SHA-256: دالة التجزئة التي يقوم عليها بيتكوين

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) هي دالة تجزئة تشفيرية من عائلة SHA-2 تحوّل مُدخلًا بأي طول عملي إلى مُخرج ثابت طوله 256 بت (32 بايت)، يُسمّى قيمة التجزئة (hash) أو الملخّص (digest). وSHA-256 ليست تشفيرًا، لأنها لا تستخدم أي مفتاح وليست لها خطوة فك تشفير. ويقوم إثبات العمل في بيتكوين (العملية التي يجزّئ فيها المعدّنون ترويسة الكتلة مرارًا) وسجلات معاملاته على SHA-256.

ماذا تفعل خوارزمية SHA-256 بالمُدخل؟

تعمل دالة التجزئة مثل SHA-256 كآلة لأخذ البصمات. فالمُدخل نفسه يعطي دائمًا البصمة نفسها ذات الحجم الثابت، والمُدخل المختلف يعطي، من الناحية العملية، بصمة مختلفة لا تبدو مرتبطة بالأولى. ويصف NIST، أي المعهد الوطني للمعايير والتقنية في الولايات المتحدة، دالة التجزئة بأنها دالة تحوّل رسالة بأي طول إلى ملخّص ثابت الطول.

حتى أكتوبر 2026، تُعد SHA-256 واحدة من ست دوال معتمدة في عائلة SHA-2، وقد حدّدها NIST في معيار التجزئة الآمنة (Secure Hash Standard) منذ عام 2002، والإصدار الحالي من هذا المعيار هو FIPS 180-4. والرقم 256 في الاسم هو طول المُخرج بالبت، وليس حجم مفتاح ولا حدًّا لطول المُدخل. وتقبل الخوارزمية مُدخلات يصل طولها إلى ما دون 2 مرفوعًا إلى القوة 64 بت بقليل، وهو حد يتجاوز بكثير أي ملف حقيقي.

يبلغ مُخرج SHA-256 ‏256 بت، أي 32 بايت، ويُكتب عادةً على شكل 64 حرفًا ست عشريًا. والنظام الست عشري هو نظام ترقيم أساسه 16 يستخدم الأرقام 0-9 والأحرف a-f، ويمثّل كل حرف 4 بتات، لذلك تحتاج 256 بت إلى 64 حرفًا.

ويكتب البعض الاسم أيضًا SHA256 أو SHA 256، وتشير الكتابات الثلاث كلها إلى الدالة نفسها. يتناول هذا المقال من المسرد SHA-256 فقط؛ أما دوال التجزئة عمومًا فمكانها مقال التجزئة التشفيرية.

كيف تبدو قيمة تجزئة SHA-256؟

تبدو قيمة تجزئة SHA-256 كسلسلة عشوائية من 64 حرفًا ست عشريًا. ويعرض الجدول قيمة تجزئة SHA-256 للنص المكوّن من ثلاثة أحرف «abc» (والملخّص مطابق لقيمة الاختبار التي ينشرها NIST لهذا المُدخل) وللنص «abd» (وهو مُدخل يختلف عن «abc» بحرف واحد).

المُدخل	قيمة تجزئة SHA-256 (64 حرفًا ست عشريًا)
abc	ba7816bf8f01cfea414140de5dae2223b00361a396177a9cb410ff61f20015ad
abd	a52d159f262b2c6ddb724a61840befc36eb30c88877a4030b65cbe86298449c9

في SHA-256، يؤدي تغيير الحرف الأخير من «abc» ليصبح «abd» إلى تغيير 58 حرفًا من أصل 64 حرفًا ست عشريًا، ولا شيء في قيمة التجزئة الثانية يوحي بأن المُدخلين كانا متطابقين تقريبًا.

ما الخصائص التي تجعل SHA-256 مفيدة؟

حتمية. تُنتج SHA-256 دائمًا قيمة التجزئة نفسها للمُدخل نفسه، على أي حاسوب. ويمكن لأي شخص إعادة حساب قيمة التجزئة ومقارنة النتيجة بقيمة منشورة.

طول ثابت. تُعيد SHA-256 دائمًا 256 بت، سواء كان المُدخل حرفًا واحدًا أو كتابًا كاملًا. لذلك يكون لقيمة التجزئة المكوّنة من 64 حرفًا الحجم نفسه أيًّا كانت البيانات التي تقف وراءها.

أحادية الاتجاه. صُمّمت SHA-256 لتكون أحادية الاتجاه، أي أن العثور على مُدخل يقابل مُخرجًا محددًا مسبقًا غير ممكن حسابيًا. وحتى أكتوبر 2026، لا يُعرف أي هجوم عملي على دالة SHA-256 الكاملة، لذلك لا يمكن عمليًا العثور على مُدخل لقيمة تجزئة معيّنة إلا بتجربة المُدخلات واحدًا تلو الآخر ومقارنة كل نتيجة. ولهذا يبقى المُدخل الضعيف معرّضًا للخطر حتى بعد تجزئته.

تأثير الانهيار الجليدي. تُظهر SHA-256 تأثير الانهيار الجليدي: فأي تغيير صغير جدًا في المُدخل يُنتج قيمة تجزئة لا تبدو مرتبطة بالأصلية. وتغيير «abc» إلى «abd» يغيّر 122 بتًا من أصل 256 بت في المُخرج.

مقاومة التصادم. صُمّمت SHA-256 لتكون مقاومة للتصادم. والتصادم هو زوج من المُدخلات المختلفة يُنتج قيمة التجزئة نفسها، وتكون دالة التجزئة مقاومة للتصادم عندما يكون العثور على مثل هذا الزوج غير ممكن حسابيًا. ولا بد أن توجد التصادمات رياضيًا، لأن عدد المُدخلات الممكنة يفوق عدد المُخرجات الممكنة. ولـSHA-256 عدد من المُخرجات الممكنة يساوي 2 مرفوعًا إلى القوة 256، وهو عدد من 78 خانة، وحتى أكتوبر 2026، لا يُعرف أي تصادم للدالة الكاملة.

أين يستخدم بيتكوين SHA-256؟

SHA-256 هي دالة التجزئة في بيتكوين في عدة مواضع، وعادةً ما يطبّقها بيتكوين مرتين. ويُسمّى ذلك SHA-256 المزدوجة (double SHA-256)، وتُكتب أيضًا SHA-256d: إذ يُجزّأ مُخرج المرور الأول مرة ثانية، ويبقى المُخرج النهائي 256 بت، لا 512.

إثبات العمل هو الآلية التي يجزّئ فيها معدّنو بيتكوين مرارًا ترويسة الكتلة البالغ حجمها 80 بايت، وهي ملخّص الكتلة الذي يضم ستة حقول: الإصدار (version)، وتجزئة الكتلة السابقة (previous block hash)، وجذر ميركل (Merkle root)، والوقت (time)، وnBits، وnonce. وتكون الترويسة صالحة إذا كانت قيمة تجزئتها بـSHA-256 المزدوجة، عند قراءتها كعدد من 256 بت، مساوية للهدف أو أقل منه.

في إثبات العمل في بيتكوين، الهدف (target) هو الحد الذي يجب ألا تتجاوزه قيمة تجزئة الكتلة، وnBits هو الهدف بصيغة مضغوطة. ولأن قيمة التجزئة يجب أن تكون عند الهدف أو دونه، فإن تحقيق الهدف الأقل يكون أصعب. والـnonce حقل من 4 بايت يغيّره المعدّنون في كل محاولة قبل أن يجزّئوا الترويسة من جديد.

تلخّص شجرة ميركل (Merkle tree) جميع المعاملات في الكتلة. فبيتكوين يجزّئ معرّفات المعاملات أزواجًا، ثم يجزّئ النتائج أزواجًا مرة أخرى، ويكرر ذلك حتى تبقى قيمة تجزئة واحدة هي جذر ميركل. وتغيير أي معاملة يغيّر جذر ميركل، ولأن الجذر موجود في الترويسة، فإنه يغيّر قيمة تجزئة الكتلة.

معرّف المعاملة (transaction ID) هو قيمة تجزئة SHA-256 المزدوجة للمعاملة المتسلسلة (serialized)، أي إصدارها ومُدخلاتها ومُخرجاتها وlocktime. وتحمل معاملة SegWit (Segregated Witness) أيضًا بيانات الشاهد (witness)، وهي الجزء الذي يحتوي على عناصر مثل التوقيع والمفتاح العام، ومعرّف هذه المعاملة يستبعد ذلك الجزء.

العنوان أحادي المفتاح هو عنوان مبني من مفتاح عام واحد. وفي العناوين أحادية المفتاح من النوعين القديم (legacy) وSegWit، يجزّئ بيتكوين المفتاح العام بـSHA-256 ثم بـRIPEMD-160، وهي دالة تجزئة ثانية مُخرجها 160 بت (20 بايت). أما أنواع العناوين الأخرى فتُبنى بطريقة مختلفة ولا يتناولها هذا المقال.

يلخّص هذا الجدول أربعة من المواضع التي يستخدم فيها بيتكوين SHA-256.

بنية بيتكوين	ما الذي يُجزّأ	كيف تُستخدم SHA-256
ترويسة الكتلة	الترويسة البالغ حجمها 80 بايت	SHA-256 المزدوجة؛ ويجب أن تكون النتيجة عند الهدف أو دونه
شجرة ميركل	أزواج معرّفات المعاملات	SHA-256 المزدوجة في كل مستوى، حتى الوصول إلى جذر ميركل واحد مُخزَّن في الترويسة
معرّف المعاملة	المعاملة المتسلسلة، دون بيانات الشاهد	SHA-256 المزدوجة
العنوان (أحادي المفتاح من النوعين القديم وSegWit)	المفتاح العام	SHA-256، ثم RIPEMD-160

قُدّر معدل التجزئة (Hashrate) لشبكة بيتكوين، أي عدد قيم التجزئة التي تحسبها في الثانية، بأكثر من 1,000 إكساهاش في الثانية (EH/s) حتى أكتوبر 2026. والإكساهاش الواحد يساوي كوينتيليون قيمة تجزئة، أي 10 مرفوعًا إلى القوة 18. وتنشر الجهات المختلفة قيمًا متفاوتة قليلًا، ويتغير الرقم من يوم إلى آخر.

لماذا تُصمَّم أجهزة ASIC لتعدين البيتكوين لـSHA-256؟

SHA-256 هي خوارزمية تعدين البيتكوين: فالحساب الذي يكرره المعدّنون هو تجزئة ترويسات الكتل. والدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) هي شريحة مصنوعة لاستخدام محدد واحد بدلًا من الحوسبة العامة. لذلك يُصمَّم جهاز ASIC لتعدين البيتكوين لحساب قيم تجزئة SHA-256، ولا يمكن عمومًا استخدام هذه الشرائح في أي شيء سوى تعدين البيتكوين.

يرتبط جهاز ASIC لتعدين البيتكوين بخوارزمية SHA-256، لا بعملة واحدة، لأن ورقة المواصفات لجهاز واحد قد تذكر عدة عملات تستخدم الخوارزمية نفسها. أما عملات إثبات العمل الأخرى فتستخدم دوال تجزئة أخرى، مثل Scrypt، وتحتاج إلى أجهزة مختلفة.

سرعة جهاز ASIC لتعدين البيتكوين هي معدل التجزئة الخاص به، ويُقاس بالتيراهاش في الثانية (TH/s)، حيث يساوي التيراهاش الواحد تريليون قيمة تجزئة. على سبيل المثال، جهاز Antminer S21 XP من Bitmain هو جهاز ASIC لتعدين البيتكوين يذكر SHA-256 كخوارزمية له، ويذكر، حتى أكتوبر 2026، معدل تجزئة نموذجيًا قدره 270 TH/s.

ما الذي لا تفعله SHA-256؟

SHA-256 ليست تشفيرًا. يحوّل التشفير النص الواضح (plaintext) إلى نص مشفّر (ciphertext) باستخدام خوارزمية تشفير ومفتاح، ويعكس فك التشفير هذا التحويل. ولا تأخذ SHA-256 أي مفتاح وليست لها خطوة فك تشفير، لذلك فإن عبارة مثل «تشفير SHA-256» تسمية خاطئة، ولا يمكن «فك تشفير» قيمة تجزئة SHA-256.

قيمة تجزئة SHA-256 لا تحمي المُدخل الضعيف. لا يمكن حساب قيمة التجزئة بشكل عكسي، لكن يمكن لأي شخص تجزئة تخمينات ومقارنتها بقيمة التجزئة المستهدفة. وتنص إرشادات NIST الخاصة بكلمات المرور على أن المهاجم الذي بحوزته كلمات مرور مجزّأة يمكنه التخمين دون اتصال ودون حد لعدد المحاولات، وأن الأسرار القصيرة أو المتوقعة، مثل الكلمات الشائعة أو كلمات المرور التي سبق تسريبها، تسقط أمام هجمات القوة الغاشمة وهجمات القاموس. ورمز PIN المكوّن من أربعة أرقام له 10,000 قيمة ممكنة فقط، لذلك لا تمنحه قيمة تجزئة SHA-256 الخاصة به أي حماية عملية.

لا يوجد إثبات على أمان دائم لـSHA-256. حتى أكتوبر 2026، لا يُعرف أي هجوم عملي على دالة SHA-256 الكاملة، لكن ذلك يصف المعرفة الحالية، لا إثباتًا. ولا تصل هجمات التصادم المنشورة إلا إلى نسخ مختصرة من SHA-256: فقد أفادت ورقة بحثية من عام 2024 بتحقيق تصادم شبه حر البداية (semi-free-start)، يمكن فيه للمهاجم اختيار الحالة الابتدائية، لنسخة من 39 خطوة، بينما تتكوّن الدالة الكاملة من 64 خطوة.