هاش Poseidon

ما هاش Poseidon؟

هاش Poseidon دالة تجزئة تشفيرية صُممت لتكون فعالة داخل أنظمة إثبات المعرفة الصفرية وغيرها من تطبيقات البلوكشين التي تستخدم دوائر حسابية على حقول منتهية.في عالم العملات المشفرة، يُعرف Poseidon أساسًا بأنه هاش ملائم لـ ZK، إذ يمكن حسابه بقيود أقل في الدائرة مقارنةً بكثير من دوال التجزئة التقليدية عند استخدامه داخل SNARKs وSTARKs وBulletproofs وأنظمة إثبات أخرى ذات صلة.تأخذ دالة التجزئة التشفيرية بيانات مدخلة وتنتج مخرجات ثابتة الحجم، يُفترض أن يصعب عكسها أو إيجاد تصادمات لها أو التنبؤ بها من دون حساب الدالة على نحو صحيح.يختلف Poseidon عن دوال التجزئة العامة مثل SHA-256 أو SHA-3، لأنه مبني على عمليات حسابية أقل كلفة عند إثباتها داخل دوائر المعرفة الصفرية.

توضح ورقة Poseidon المقدمة في USENIX Security 2021 أن Poseidon يعمل مباشرةً مع عناصر الحقول المنتهية، ويمكنه استخدام قيود أقل بكثير لكل بت من الرسالة مقارنةً بهاش Pedersen في الإعدادات التي دُرست.

يُستخدم Poseidon عادةً في أشجار Merkle والالتزامات والقيم الفارغة وتحديثات الحالة الخاصة وهياكل البيانات الملائمة للإثبات وتطبيقات البلوكشين التي يجب فيها إجراء التجزئة داخل دائرة إثبات.هاش Poseidon ليس توكنًا أو محفظة أو آلية إجماع أو منتجًا لمنصة تداول أو خوارزمية تعدين.ببساطة، هاش Poseidon دالة تجزئة صُممت للبيئة الرياضية التي تستخدمها إثباتات المعرفة الصفرية، لا للتجزئة المعتادة التي تعتمد على وحدة المعالجة المركزية وحدها.

أهمية هاش Poseidon في العملات المشفرة

تنبع أهمية هاش Poseidon من حاجة كثير من أنظمة العملات المشفرة إلى إثبات صحة تجزئة البيانات من دون كشف البيانات الخاصة نفسها.تفيد إثباتات المعرفة الصفرية في البلوكشين لأنها تتيح للمستخدمين إثبات حقائق تتعلق بالأرصدة أو الهويات أو المعاملات أو العضوية أو العمليات الحسابية، من دون كشف كل التفاصيل علنًا.لكن لكل عملية داخل إثبات المعرفة الصفرية تكلفة.إذا كانت دالة التجزئة مكلفة داخل الدائرة، فقد يصبح الإثبات أبطأ أو أكبر حجمًا أو أعلى تكلفة أو غير عملي للمستخدمين.تتمتع دوال التجزئة التقليدية مثل SHA-256 وKeccak بثقة واسعة واستخدام شائع، لكنها تعتمد بدرجة كبيرة على العمليات الثنائية التي قد يكون تمثيلها مكلفًا داخل كثير من أنظمة الإثبات الحسابية.صُمم Poseidon لمعالجة هذه المشكلة باستخدام عمليات تلائم الحقول المنتهية بطبيعتها، مثل الجمع والضرب وعمليات S-box من نمط الرفع إلى الأس واختلاط المصفوفات.وهذا يجعل Poseidon مفيدًا للمعاملات الحافظة للخصوصية وعمليات ZK rollup وإثباتات الهوية والحوسبة القابلة للتحقق والعقود الذكية الخاصة وأنظمة التوسّع القائمة على الإثباتات.يمكن أن يخفض Poseidon تكلفة الإثبات للمطورين عندما تشكل التجزئة جزءًا كبيرًا من الدائرة.وقد يساعد ذلك على جعل تطبيقات الخصوصية والتوسّع أسرع وأقل تكلفة وأكثر قابلية للتطبيق للمستخدمين.

آلية عمل هاش Poseidon

يوصف Poseidon عادةً بأنه هاش قائم على بنية الإسفنجة، مبني على تبديل فوق حقل أولي.تمتص بنية الإسفنجة البيانات المدخلة في حالة داخلية، ثم تستخرج مخرجات الهاش.تتكون الحالة الداخلية من عناصر حقلية، لا من بايتات عادية.عناصر الحقل أعداد ضمن حقل رياضي منتهٍ، وهو نوع البيئة نفسه الذي تستخدمه كثير من دوائر إثبات ZK.يطبق Poseidon سلسلة من الجولات على الحالة الداخلية.تجمع كل جولة عادةً ثوابت الجولة وعمليات S-box غير الخطية والخلط الخطي باستخدام مصفوفة MDS أو بنية مصفوفة محسّنة.

يشرح مواصفات Poseidon لدى Filecoin معلمات Poseidon، مثل الحقل الأولي ومستوى الأمان وحجم الحالة وأُسّ S-box والجولات الكاملة والجزئية وثوابت الجولات ومصفوفة MDS.

في الجولات الكاملة، تُطبَّق S-box على كل عنصر في الحالة.أما في الجولات الجزئية، فتُطبَّق S-box على جزء من الحالة فقط، ما يقلل التكلفة مع السعي إلى الحفاظ على الأمان.بعد عدد كافٍ من الجولات، تُستخدم الحالة النهائية لإنتاج مخرجات الهاش.

ما الذي يجعل Poseidon ملائمًا لـ ZK؟

يُعد Poseidon ملائمًا لـ ZK لأن التعبير عن عملياته في الدوائر الحسابية منخفض التكلفة.تمثل كثير من أنظمة إثبات المعرفة الصفرية العمليات الحسابية على شكل قيود فوق حقل منتهٍ.يكون الجمع والضرب البسيطان ضمن ذلك الحقل أقل تكلفة عادةً بكثير من التدوير على مستوى البتات وعمليات XOR الثنائية والمنطق البولياني.يُعد SHA-256 ممتازًا لكثير من استخدامات البلوكشين، لكنه لم يُصمم لتقليل قيود الدوائر الحسابية.أما Poseidon، فقد صُمم مع مراعاة هذه القيود منذ البداية.وهذا يعني أن إثبات شجرة Merkle المبنية على Poseidon قد يكون أقل تكلفة بكثير من إثبات شجرة تستخدم دالة تجزئة أقل ملاءمة للدوائر في كثير من أنظمة ZK.لذلك، قد يقلل Poseidon وقت إنشاء الإثبات واستهلاك الذاكرة، وأحيانًا تكاليف التحقق على السلسلة، بحسب نظام الإثبات والتنفيذ.

وجد اختبار معياري أُجري عام 2024 على دوال التجزئة الملائمة لـ ZK وأنظمة إنشاء إثباتات SNARK أن أداء Poseidon وPoseidon2 كان قويًا من حيث وقت التشغيل واستهلاك الذاكرة في دوائر أشجار Merkle التي اختُبرت.

تعتمد القيمة العملية لـ Poseidon على الحقل ولغة الدائرة ومجموعة المعلمات ونظام الإثبات وجودة التنفيذ وافتراضات الأمان.تنبع قوته من توافقه مع بيئة إنشاء إثباتات ZK بدلًا من مقاومة متطلباتها.

هاش Poseidon والحقول المنتهية

الحقل المنتهي نظام رياضي له عدد محدد من العناصر، وتتم فيه عمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة بطريقة مضبوطة.تجري حسابات كثير من أنظمة إثبات ZK على حقول منتهية، لأن معادلات الإثبات مبنية على حسابات الحقول.يقبل Poseidon عناصر حقلية مدخلات وينتج عنصرًا حقليًا مخرجًا.وهذا يختلف عن دالة تجزئة معتادة قائمة على البايتات، تتعامل مع البيانات كسلاسل ثنائية.

توضح وثائق Poseidon في Circom أن بنية الإسفنجة في Poseidon تأخذ مدخلات من حقل أولي وتنتج عنصرًا واحدًا من الحقل نفسه.

وهذا يعني أن على المطورين غالبًا ترميز البيانات بعناية قبل تجزئتها باستخدام Poseidon.قد يلزم تحويل عنوان محفظة أو معرّف توكن أو مبلغ أو قيمة nonce أو رسالة إلى عنصر حقلي صالح واحد أو أكثر.إذا رمّز نظامان البيانات نفسها بطرق مختلفة، فقد ينتجان هاشات Poseidon مختلفة حتى لو استخدما الخوارزمية العامة نفسها.لذلك، يُعد اختيار الحقل والترميز وفصل النطاق واختيار المعلمات أمورًا بالغة الأهمية في أنظمة العملات المشفرة المبنية على Poseidon.

هاش Poseidon وأشجار Merkle

تُعد أشجار Merkle أحد أكثر استخدامات هاش Poseidon شيوعًا في العملات المشفرة.تجمع شجرة Merkle أجزاء كثيرة من البيانات في هاش جذر واحد، يمكن استخدامه لاحقًا لإثبات العضوية بكفاءة.في تطبيق ZK، قد يثبت المستخدم أن ملاحظة أو التزام هوية أو سجل رصيد أو إدخالًا في قائمة السماح مدرج في شجرة Merkle، من دون كشف جميع الإدخالات فيها.إذا استخدم كل مستوى في الشجرة دالة تجزئة تقليدية مكلفة داخل الدوائر، فستصبح كلفة الإثبات أعلى.أما إذا استخدمت المستويات كلها Poseidon، فغالبًا ما يصبح إنشاء إثبات العضوية نفسه أقل تكلفة.لهذا السبب، يُستخدم Poseidon كثيرًا في أنظمة المعاملات الخاصة وأنظمة الهوية ومجموعات القيم الفارغة وأشجار الحالة وهياكل الإثبات المرتبطة بـ rollup.يجب أن يكون هاش شجرة Merkle مقاومًا للتصادمات، بحيث لا تتمكن أوراق أو مسارات مختلفة من إنتاج الجذر نفسه في هجوم عملي.لذلك، يؤثر أمان Poseidon مباشرةً عند استخدامه لحماية الالتزامات وإثباتات العضوية وادعاءات حالة الأصول.ينبغي ألا يغير المطورون معلمات Poseidon في أشجار Merkle على نحو عشوائي، إذ يجب أن يتفق جميع المشاركين على دالة التجزئة الدقيقة للتحقق من الجذر نفسه.

هاش Poseidon والالتزامات

يتيح الالتزام للمستخدم تثبيت قيمة من دون كشفها فورًا.تُستخدم الالتزامات في العملات المشفرة في التحويلات الخاصة وأنظمة الهوية والمزايدات المغلقة والتصويت وأنظمة القيم الفارغة وحالة العقود الذكية الخاصة.يمكن استخدام Poseidon لحساب الالتزامات داخل دوائر ZK، إذ يستطيع المستخدم إثبات معرفته بمدخلات خاصة تنتج هاش التزام عام.على سبيل المثال، قد يحتفظ المستخدم بقيمة سرية وقيمة salt سرّيتين، ولا ينشر سوى ناتج هاش Poseidon.

توضح وثائق Mina حول المدخلات الخاصة ودوال التجزئة استخدام Poseidon لتجزئة مدخلات حقلية مع إبقاء المدخلات السرية خاصة في مثال zkApp.

هذا النمط شائع لأن الإثبات يمكن أن يبرهن معرفة المستخدم بالبيانات المخفية من دون كشفها على السلسلة.لكن أمان الالتزامات يعتمد على إنتروبيا المدخلات واستخدام salt وفصل النطاق والتنفيذ.إذا كان من السهل تخمين القيمة الملتزم بها، فقد يجرّب المهاجم هاش القيم المحتملة ويقارن النتائج.تساعد قيم salt العشوائية والترميز المصمم جيدًا للمدخلات على تقليل هذا الخطر.

هاش Poseidon والقيم الفارغة

القيمة الفارغة قيمة تُستخدم لمنع الإنفاق المزدوج أو الاستخدام المتكرر من دون كشف الملاحظة الخاصة أو الهوية الأصلية.في أنظمة العملات المشفرة التي تركز على الخصوصية، قد يثبت المستخدم امتلاكه ملاحظة خاصة صالحة ويكشف قيمة فارغة لإظهار أن الملاحظة استُنفدت.يمكن استخدام Poseidon لاشتقاق القيم الفارغة داخل الدائرة، لأنه يتيح تجزئة بيانات الملاحظة السرية بكفاءة.يتحقق النظام العام من أن القيمة الفارغة لم تظهر من قبل.ويثبت البرهان الخاص أن القيمة الفارغة اشتُقت على نحو صحيح من سر صالح.يسمح ذلك للنظام بمنع الإنفاق المزدوج مع الحفاظ على خصوصية الالتزام الأصلي.إذا كان هاش القيم الفارغة ضعيفًا، فقد يصبح نظام الخصوصية عرضة لهجمات الاستخدام المزدوج أو ربط المعاملات أو التزوير.وإذا كان ترميز القيم الفارغة غير متسق، فقد ينشئ المستخدمون إثباتات غير صالحة أو تحديثات حالة غير متوافقة.يفيد Poseidon في هذا المجال لأن منطق القيم الفارغة والالتزامات قد يتطلب تكرار عمليات التجزئة كثيرًا داخل دوائر الإثبات.

هاش Poseidon وZK rollups

تستخدم ZK rollups إثباتات المعرفة الصفرية أو إثباتات الصلاحية لإثبات تنفيذ دفعات المعاملات خارج السلسلة على نحو صحيح.غالبًا ما تحتاج rollups إلى دوال تجزئة لأشجار الحالة وأشجار الحسابات والتزامات المعاملات والقيم الفارغة وتجميع الإثباتات والتزامات البيانات.يمكن أن يقلل Poseidon تكلفة هذه العمليات الكثيفة التجزئة داخل نظام الإثبات.

اقترح EIP-5988 الخاص بـ Ethereum إضافة دالة Poseidon تمهيدية لتحسين قابلية التشغيل البيني بين EVM وZK rollups أو rollups الصلاحية.

بحسب صفحة EIP المتاحة حاليًا، تحمل EIP-5988 حالة Stagnant ولم تصبح دالة تمهيدية نشطة على شبكة Ethereum الرئيسية.وهذا مهم، لأن العقود قد تحتاج إلى التحقق من Poseidon عبر منطق مخصص أعلى تكلفة أو استخدام مسارات أخرى للتحقق من الإثباتات إذا لم تدعم الطبقة الأساسية Poseidon أصلًا.قد تخفض الدالة التمهيدية الأصلية تكلفة بعض أنماط التشغيل البيني لـ ZK، لكنها تتطلب أيضًا اختيار المعلمات بعناية ومراجعة الأمان.لذلك، فإن دور Poseidon في rollups تقني وعلى مستوى المنظومة معًا.

هاش Poseidon مقابل SHA-256

Poseidon وSHA-256 دالتا تجزئة تشفيريتان، لكن لكل منهما بيئة مختلفة مُحسّنة لها.يُستخدم SHA-256 على نطاق واسع في Bitcoin والتوقيعات الرقمية وسلامة الملفات وكثير من أنظمة الأمن العامة.يتميز SHA-256 بالنضج والدراسة المكثفة والكفاءة على الأجهزة العادية.أما Poseidon، فهو أحدث ومُحسّن للحسابات على الحقول المنتهية داخل أنظمة إثبات ZK.عندما تحتاج البلوكشين إلى هاش عام خارج دائرة إثبات، قد يكون SHA-256 أو SHA-3 خيارًا أشهر.أما عندما تحتاج دائرة ZK إلى إثبات عمليات تجزئة كثيرة، فقد يكون Poseidon أقل تكلفة بكثير.ولا يعني ذلك أن Poseidon أفضل تلقائيًا من SHA-256 في جميع الاستخدامات.بل يعني أنه قد يكون أفضل من حيث كفاءة دوائر ZK عندما يُصمم النظام حول معلماته وافتراضات الأمان الخاصة به.يختار النظام المشفر الدقيق دالة التجزئة التي تلائم نموذج التهديد ومتطلبات التوافق والأداء والنضج.

هاش Poseidon مقابل Keccak وSHA-3

Keccak وSHA-3 تصميمان لهاش قائم على بنية الإسفنجة، ويُستخدمان في تطبيقات تشفيرية كثيرة.

يحدد معيار NIST FIPS 202 عائلة SHA-3 ودوال SHAKE ذات المخرجات القابلة للتمديد المستندة إلى Keccak.

يحظى Keccak بأهمية في العملات المشفرة لأن عدة أنظمة بلوكشين تستخدم تجزئة على نمط Keccak للعناوين وبيانات المعاملات والسجلات وعمليات العقود الذكية.يستخدم Poseidon أيضًا نهجًا شبيهًا ببنية الإسفنجة، لكنه مبني على حقول منتهية ومصمم لأنظمة الإثبات، لا للتجزئة العامة القائمة على البايتات.يُعد Keccak وSHA-3 أكثر توحيدًا ونضجًا للاستخدامات التشفيرية العامة.أما Poseidon فهو أكثر تخصصًا لدوائر ZK والحوسبة القابلة للتحقق.

تعرض صفحة مشروع دوال التجزئة لدى NIST خوارزميات التجزئة المعتمدة، مثل عائلتي SHA-2 وSHA-3، ولا ينبغي وصف Poseidon بأنه بديل عام معتمد من NIST لتلك المعايير.

ينبغي للمطورين تجنب استخدام Poseidon لمجرد أنه يبدو حديثًا.بل ينبغي استخدامه عندما يستفيد التطبيق فعلًا من كفاءة الدوائر الحسابية ويعتمد على تنفيذ خضع للمراجعة.

هاش Poseidon مقابل هاش Pedersen

استُخدم هاش Pedersen في عدة أنظمة للخصوصية وZK لما يملكه من خصائص جبرية مفيدة، وقد يكون فعالًا في بعض إعدادات المنحنيات الإهليلجية.صُمم Poseidon ليكون أكثر كفاءة من هاش Pedersen في كثير من حالات الاستخدام الخاصة بالدوائر الحسابية.وتفيد ورقة Poseidon المقدمة إلى USENIX بأن Poseidon قد يستخدم قيودًا أقل بكثير لكل بت من الرسالة مقارنةً بهاش Pedersen في الإعدادات التي دُرست.وهذا سبب رئيسي لشيوع Poseidon في أنظمة ZK التي تحتاج إلى عدد كبير من عمليات التجزئة.ومع ذلك، يختلف هاش Pedersen عن Poseidon في بنيته وافتراضاته ومتطلبات تنفيذه.ينبغي ألا يستبدل المشروع أحدهما بالآخر من دون التحقق من التوافق وبراهين الأمان واختيار المعلمات وسجل التدقيق.قد تحتفظ الأنظمة الأقدم بهاش Pedersen، لأن تغيير دالة التجزئة قد يفسد الالتزامات الحالية وجذور Merkle والتحقق من الإثباتات.وقد تختار الأنظمة الأحدث Poseidon عندما تكون كفاءة الدوائر هدفًا أساسيًا للتصميم.يعتمد الخيار الأفضل على ما إذا كان النظام يعطي الأولوية للنضج أو التوافق أو تكلفة الدائرة أو مرونة الترقية.

هاش Poseidon مقابل MiMC وRescue

MiMC وRescue وPoseidon أمثلة على دوال تجزئة صُممت مع مراعاة الحسابات الملائمة للإثبات.يستخدم MiMC بنية بسيطة، وقد استُخدم في أبحاث ZK وتنفيذاتها.وصُمم Rescue أيضًا للتجزئة الموجهة إلى التمثيل الحسابي.انتشر Poseidon لأنه يقدم أداءً قويًا في كثير من إعدادات الدوائر العملية، ويدعم تكوينات مختلفة للحقول المنتهية.وجد الاختبار المعياري لعام 2024 حول دوال التجزئة الملائمة لـ ZK أن Poseidon وPoseidon2 من بين أقوى الخيارات أداءً في إعداد الاختبار ومرحلتَي الإثبات.ولا يعني ذلك أن Poseidon يتفوق دائمًا في كل دائرة أو نظام إثبات أو حقل أو بيئة أجهزة.قد يتغير الأداء بحسب التعددية وحجم الحقل والقيود ولغة التنفيذ والمترجم والواجهة الخلفية لإنشاء الإثبات والسلسلة المستهدفة.ينبغي لفريق يركز على الأمان قياس أداء عدة خيارات بدلًا من افتراض أن إحدى دوال التجزئة الملائمة لـ ZK هي الأفضل دائمًا.تكمن أهمية Poseidon في أنه مدروس ومستخدم على نطاق واسع، لا في أن كل البدائل قد عفا عليها الزمن.

هاش Poseidon وPoseidon2

Poseidon2 إصدار لاحق محسّن من Poseidon، صُمم لتحسين الأداء مع الحفاظ على الهدف العام المتمثل في إنشاء هاش ملائم لـ ZK.

تقدم ورقة Poseidon2 Poseidon2 بوصفه إصدارًا أسرع من دالة التجزئة Poseidon.

قد تقيّم مشاريع ZK الحديثة Poseidon2 عند الحاجة إلى خفض تكلفة الإثبات أو تسريع تجزئة Merkle أو تحسين الكفاءة في حزم إنشاء الإثبات الأحدث.لا يجعل Poseidon2 كل تطبيقات Poseidon الحالية متقادمة.قد تعتمد الأنظمة القائمة على معلمات Poseidon الأصلية لضمان التوافق مع جذور Merkle أو الإثباتات أو العقود أو المحافظ أو التزامات الحالة القديمة.الانتقال من Poseidon إلى Poseidon2 ترحيل للبروتوكول، وليس مجرد إعادة تنظيم بسيطة للبرمجيات.في التصميمات الجديدة، قد يستحق Poseidon2 الدراسة إلى جانب Poseidon الأصلي ودوال التجزئة الأخرى الملائمة لـ ZK.أما في التصميمات القائمة، فقد يكون التوافق وسجل التدقيق أهم من السرعة الخام.ينبغي لبروتوكول العملات المشفرة أن يوثق بوضوح استخدامه Poseidon أو Poseidon2 أو نسخة أخرى، لأن الأسماء المتشابهة قد تنتج مخرجات مختلفة.

معلمات هاش Poseidon

ليس Poseidon دالة واحدة عالمية تنتج مخرجًا واحدًا عالميًا لكل بلوكشين.بل هو عائلة من حالات الهاش التي تحددها المعلمات.تشمل المعلمات المهمة معامل الحقل الأولي ومستوى الأمان وعرض الحالة والمعدل والسعة وأُسّ S-box وعدد الجولات الكاملة والجزئية وثوابت الجولات ومصفوفة MDS.تعرض صفحة EIP-5988 معلمات مثل معامل الحقل الأولي ومستوى الأمان وأُسّ S-box ومعدل الإدخال وحجم الحالة والجولات الكاملة والجزئية وترميز المدخلات.قد تختار المشاريع المختلفة معلمات Poseidon مختلفة وفق الحقل ونظام الإثبات ومستوى الأمان ومتطلبات الأداء.هذه المرونة مفيدة، لكنها تنطوي على مخاطر أيضًا.إذا ذكر نظامان استخدام Poseidon لكنهما اختارا معلمات مختلفة، فقد ينتج عن المدخل نفسه هاشان مختلفان.وإذا اختار النظام معلمات ضعيفة، فقد تفشل افتراضات الأمان.ينبغي للمطورين استخدام مجموعات معلمات مدروسة ومراجعة ومتجهات اختبار، بدلًا من ابتكار المعلمات عشوائيًا.

فصل النطاق في هاش Poseidon

يعني فصل النطاق ضمان عدم إعادة استخدام دالة التجزئة نفسها عن غير قصد في دورين مختلفين بطريقة تؤدي إلى غموض أو خطر هجوم.على سبيل المثال، قد يستخدم بروتوكول Poseidon لأوراق Merkle والعقد الداخلية والالتزامات والقيم الفارغة ومعرّفات الحسابات.إذا لم تُفصل المدخلات باستخدام وسوم أو بادئات أو قواعد تعددية أو ترميز منظم، فقد ينتج نوعان مختلفان من البيانات التنسيق نفسه بعد التجزئة.وقد يؤدي ذلك إلى سلوك مربك أو غير آمن.يساعد فصل النطاق على ضمان عدم الخلط بين هاش مستخدم لغرض معين وهاش مستخدم لغرض آخر.وقد يتضمن فصل النطاق في أنظمة Poseidon إضافة وسم نطاق إلى الحالة أو استخدام ثوابت مختلفة أو تعددية مختلفة أو تنسيق مدخلات منظمًا.ينبغي تحديد الطريقة الدقيقة في مواصفات البروتوكول.وينبغي ألا يعتمد المطورون على تعليقات غير رسمية أو افتراضات الواجهة الأمامية لتحقيق فصل النطاق.عندما يحمي Poseidon الأصول، يجب أن يكون تنسيق المدخلات دقيقًا وقابلًا للتحقق.

خصائص الأمان في هاش Poseidon

يهدف Poseidon إلى توفير خصائص التشفير المعتادة لدوال التجزئة، مثل مقاومة التصادمات ومقاومة استرجاع المدخل الأصلي ومقاومة استرجاع مدخل ثانٍ، عند استخدام معلماته المختارة.تعني مقاومة التصادمات أن العثور على مدخلين مختلفين لهما المخرج نفسه ينبغي أن يكون مستحيلًا عمليًا حسابيًا.وتعني مقاومة استرجاع المدخل الأصلي أن العثور على مدخل ينتج مخرجًا محددًا ينبغي أن يكون مستحيلًا عمليًا حسابيًا.أما مقاومة استرجاع مدخل ثانٍ، فتعني أن العثور على مدخل ثانٍ يطابق هاش مدخل معروف ينبغي أن يكون مستحيلًا عمليًا حسابيًا.يصف مرجع دوال التجزئة لدى NIST هذه الخصائص بوصفها خصائص متوقعة لدوال التجزئة المعتمدة، مع أن Poseidon نفسه غير مدرج ضمن دوال التجزئة العامة المعتمدة من NIST.تعتمد هذه الخصائص في Poseidon على صحة المعلمات والتنفيذ والترميز ومقاومة الهجمات الجبرية.

تصف مبادرة التحليل التشفيري لـ Poseidon الحالية Poseidon وPoseidon2 بأنهما دالتا تجزئة للحوسبة القابلة للتحقق، وتشير إلى استمرار جهود التحقيق الأمني.

وهذا أمر صحي، إذ تحتاج التصاميم التشفيرية الأحدث إلى تدقيق عام قبل الوثوق بها في الأنظمة عالية القيمة.ينبغي للمستخدمين اعتبار Poseidon مهمًا وشائع الاستخدام، مع تذكر أنه أحدث من دوال التجزئة التقليدية التي خضعت للدراسة لعقود.

مخاطر استخدام هاش Poseidon

الخطر الأول هو اختيار معلمات غير صحيحة.قد تقلل مجموعة المعلمات الضعيفة أو غير القياسية هامش الأمان أو تفسد التوافق مع الأنظمة الأخرى.الخطر الثاني هو أخطاء التنفيذ.قد يؤدي خطأ صغير في ثوابت الجولات أو اختزال الحقل أو الحشو أو عرض الحالة أو ضرب المصفوفات إلى هاشات خاطئة وإثباتات غير صالحة.الخطر الثالث هو غموض الترميز.قد تنتج الطرق المختلفة لتجميع البايتات في عناصر حقلية هاشات مختلفة أو تصادمات غير آمنة على مستوى التطبيق.الخطر الرابع هو قصور فصل النطاق.ينبغي عدم الخلط بين هاش الالتزام وهاش عقدة Merkle وهاش القيمة الفارغة من دون تسميات أو بنية واضحة.الخطر الخامس هو الإفراط في استخدام Poseidon خارج البيئة التي صُمم لها.يكون Poseidon أقوى بوصفه هاشًا ملائمًا للإثبات في دوائر الحقول المنتهية، لا بديلًا عالميًا لكل دوال التجزئة التقليدية.الخطر السادس هو مخاطر النضج، لأن Poseidon أحدث من SHA-2 وSHA-3 وKeccak.

هاش Poseidon في العقود الذكية

قد تتفاعل العقود الذكية مع Poseidon بطرق متعددة.قد يتحقق العقد من إثبات استُخدم فيه Poseidon داخل دائرة خارج السلسلة.وقد يخزن العقد جذور Merkle مبنية على Poseidon ويتحقق من مخرجات إثبات تعتمد عليها.وقد يستدعي العقد تنفيذًا لـ Poseidon مباشرةً إذا وفرت المنصة ذلك بتكلفة منخفضة بما يكفي.في السلاسل القائمة على EVM، قد يكون حساب Poseidon مباشرةً داخل العقد مكلفًا إذا لم تتوفر دالة تمهيدية أصلية أو دعم محسّن على مستوى التعليمات.لذلك، اقترحت EIP-5988 دالة تمهيدية لـ Poseidon على Ethereum، مع أن صفحة المقترح تحمل حاليًا حالة Stagnant.في غياب بدائية أصلية، غالبًا ما يبقي المطورون حساب Poseidon داخل دائرة ZK ويتحققون من الإثبات على السلسلة بدلًا من إعادة حساب كل هاش على السلسلة.توفر بعض الأنظمة غير القائمة على EVM أو المصممة خصيصًا لـ ZK دعمًا أكثر مباشرةً للتجزئة القائمة على الحقول.ينبغي للمطورين قياس تكاليف الغاز والإثبات والتحقق وافتراضات الأمان قبل اختيار موضع تشغيل Poseidon.ليس التصميم الأقل تكلفة هو الأكثر أمانًا دائمًا.

هاش Poseidon في المحافظ وتطبيقات المستخدمين

قد تستخدم المحافظ وتطبيقات المستخدمين Poseidon بصورة غير مباشرة حتى عندما لا يرى المستخدمون اسمه مطلقًا.قد تستخدم محفظة للخصوصية Poseidon لإنشاء التزامات أو قيم فارغة.وقد يستخدم تطبيق هوية ZK Poseidon لتجزئة السمات الخاصة وتحويلها إلى التزام ملائم للإثبات.وقد تستخدم لعبة أو شبكة اجتماعية تستعمل إثباتات ZK Poseidon للالتزام بحركات أو نتائج أو بيانات اعتماد أو حقوق وصول خاصة.قد يرى المستخدم طلب معاملة فقط، بينما ينشئ التطبيق هاشات Poseidon في الخلفية.وهذا يخلق تحديًا لتجربة المستخدم، إذ يصعب عليه التحقق من صحة مدخلات الهاش.ينبغي للمحافظ توضيح معنى المعاملة بدلًا من عرض العناصر الحقلية الخام كلما أمكن.وينبغي للمطورين تجنب مطالبة المستخدمين بالوثوق بهاشات غير مفسرة عند توقيع معاملات تنقل الأصول.يمكن لـ Poseidon حماية الخصوصية، لكن تصميم المحفظة السيئ قد يظل يعرض المستخدمين للتصيد الاحتيالي أو الموافقات الخبيثة.

هاش Poseidon وقابلية التشغيل البيني

تُعد قابلية التشغيل البيني صعبة لأن Poseidon له مجموعات معلمات محتملة كثيرة.قد يدعم نظامان Poseidon، لكنهما يظلان غير متوافقين إذا استخدما حقولًا أو عروض حالة أو أعداد جولات أو مصفوفات MDS أو قواعد حشو أو وسوم نطاق مختلفة.وهذا مهم للجسور وrollups والمحافظ والعملاء الخفيفين ومجمّعات الإثباتات وأنظمة الهوية عبر السلاسل.إذا تحققت سلسلة من جذر Poseidon أنشأته سلسلة أخرى، فيجب أن يتفق الطرفان على حالة الهاش الدقيقة.وإذا أنشأت محفظة التزامًا لبروتوكول، فيجب أن تستخدم الترميز نفسه الذي يستخدمه المدقق.إذا اختلفت دائرة الإثبات والعقد الذكي في معلمة واحدة حتى، فقد يفشل التحقق أو يصبح غير آمن.تتطلب قابلية التشغيل البيني مواصفات رسمية ومتجهات اختبار ومكتبات مدققة وأسماء معلمات محددة الإصدارات.ينبغي للمشاريع تجنب استخدام عبارة «متوافق مع Poseidon» من دون تحديد حالة Poseidon المقصودة.الدقة مهمة في العملات المشفرة، إذ قد يفصل اختلاف بت واحد بين إثبات صالح وآخر غير صالح.

هاش Poseidon وعمليات التدقيق

يتطلب تدقيق نظام مبني على Poseidon مراجعة تشفيرية وعلى مستوى التطبيق معًا.ينبغي للمدقق التحقق من استخدام المشروع مجموعة معلمات معروفة وخاضعة للمراجعة لـ Poseidon.وينبغي التحقق من مطابقة مخرجات التنفيذ لمتجهات اختبار موثوقة.كما ينبغي التحقق من وضوح ترميز المدخلات وعدم إمكان الخلط بين النطاقات.وينبغي التحقق من فحص نطاق العناصر الحقلية عند الحاجة.وينبغي التحقق من استخدام الشيفرة خارج السلسلة وشيفرة الدائرة حالة الهاش نفسها.وينبغي التحقق من استخدام فصل نطاق آمن للالتزامات والقيم الفارغة وعقد شجرة Merkle.وينبغي التحقق من أن الترقيات لا تغير دالة التجزئة بصمت فتفسد الحالة القديمة.تكتسب المراجعة التشفيرية المستقلة أهمية في الأنظمة عالية القيمة، لأن مراجعة الشيفرة العامة قد لا تكشف إساءة استخدام الهاش الدقيقة.لا يكون تنفيذ Poseidon صحيحًا وآمنًا إلا إذا استُخدم على نحو صحيح في البروتوكول كاملًا.

فوائد هاش Poseidon

الفائدة الأولى لهاش Poseidon هي خفض تكلفة الدوائر في كثير من أعباء تجزئة ZK.والثانية توافقه المباشر مع حسابات الحقول المنتهية التي تستخدمها أنظمة إثبات كثيرة.والثالثة فائدته الكبيرة لأشجار Merkle والالتزامات والقيم الفارغة وأنظمة الحالة الخاصة.والرابعة مرونته عبر الحقول وأنظمة الإثبات المختلفة.والخامسة مساهمته في جعل تطبيقات العملات المشفرة الحافظة للخصوصية أكثر عملية.والسادسة تقليل عبء إنشاء الإثبات عندما تهيمن عمليات التجزئة على الدائرة.والسابعة دعم تصميمات ZK rollup وإثباتات الصلاحية الأكثر كفاءة.والثامنة تسهيل التزام المطورين بالمدخلات الخاصة من دون كشفها على السلسلة.والتاسعة إتاحة بناء هياكل بيانات ملائمة للإثبات، كانت ستصبح أعلى تكلفة باستخدام دوال التجزئة التقليدية.والعاشرة تلقي Poseidon اهتمامًا بحثيًا واختبارات معيارية وجهود تنفيذ واسعة في منظومة ZK.

قيود هاش Poseidon

القيد الأول أن Poseidon أحدث من دوال التجزئة التقليدية مثل SHA-256 وSHA-3 وKeccak.والثاني أنه حساس للمعلمات، لذا قد لا يتطابق تنفيذ مع تنفيذ آخر.والثالث أنه ليس بديلًا عامًا معتمدًا من NIST لـ SHA-2 أو SHA-3.والرابع أن الترميز السيئ قد ينشئ مخاطر على مستوى التطبيق حتى لو كان تصميم الهاش سليمًا.والخامس أن دعم العقود الذكية قد يكون مكلفًا أو غير متاح من دون دعم دالة تمهيدية أصلية.والسادس أن قابلية التشغيل البيني في المنظومة قد تكون صعبة، لأن الأنظمة المختلفة قد تختار حقولًا ومعلمات مختلفة.والسابع أن التحليل التشفيري لا يزال مستمرًا، لذا ينبغي للفرق متابعة الأبحاث الجديدة والتنبيهات الأمنية.والثامن أن مكاسب الكفاءة في Poseidon تعتمد على نظام الإثبات وتصميم الدائرة.والتاسع أن المطورين غير المتخصصين قد يسيئون استخدام Poseidon بنسخ الثوابت أو تغيير التعددية أو تخطي متجهات الاختبار.والعاشر أن Poseidon لا يحمي المستخدمين من التصيد الاحتيالي أو العقود الخبيثة أو المحافظ المخترقة أو اقتصاديات التوكنات السيئة.

أفضل الممارسات للمطورين

استخدم مكتبات Poseidon المدققة بدلًا من كتابة تنفيذ جديد من الصفر.اختر مجموعة معلمات خضعت لمراجعة جيدة وتلائم الحقل ونظام الإثبات المستخدمين في البروتوكول.انشر المعلمات الدقيقة ووسوم النطاق والتعددية وقواعد الحشو ومتجهات الاختبار.استخدم فصل النطاق للأدوار المختلفة، مثل الأوراق والعقد الداخلية والالتزامات والقيم الفارغة وهاشات الرسائل.تأكد من استخدام الشيفرة خارج السلسلة وشيفرة الدائرة ومنطق التحقق على السلسلة حالة Poseidon نفسها.افحص نطاق المدخلات عندما تتوقع الدائرة عناصر حقلية ناتجة عن بيانات بايتية مرمزة.قارن أداء Poseidon بالبدائل داخل الدائرة الفعلية بدلًا من الاعتماد على ادعاءات عامة فقط.خطط لعمليات الترحيل بعناية، لأن تغيير دالة التجزئة قد يبطل جذور Merkle والالتزامات القديمة.تابع تحديثات التحليل التشفيري والمراجعات الأمنية، خصوصًا للبروتوكولات عالية القيمة.وثّق بوضوح ما إذا كان النظام يستخدم Poseidon أو Poseidon2 أو دالة تجزئة أخرى ملائمة لـ ZK.

أفضل الممارسات للمستخدمين

افهم أن Poseidon أداة تشفيرية تعمل عادةً في الخلفية، وليست شيئًا يتفاعل معه المستخدم مباشرةً.استخدم التطبيقات التي توفر عمليات تدقيق واضحة ووثائق مفتوحة ومسارات استخدام موثوقة للمحافظ.لا تفترض أن المشروع آمن لمجرد قوله إنه يستخدم Poseidon.تحقق مما إذا كان المشروع يشرح طريقة حماية البيانات الخاصة والالتزامات والقيم الفارغة وجذور Merkle.توخ الحذر من التطبيقات غير المعروفة التي تطلب توقيعات أو موافقات مع إخفاء طبيعة المعاملة.تذكر أن دالة تجزئة قوية لا تعالج ضعف العقود الذكية أو ممارسات الحفظ غير الآمنة.لا تستخدم أسرارًا ضعيفة في أنظمة الالتزامات، لأن المهاجمين قد يخمنون المدخلات منخفضة الإنتروبيا.استخدم قيم salt عشوائية عندما يتطلب تصميم التطبيق التزامات مملحة.اتبع إرشادات المحفظة والبروتوكول الرسمية عند الانتقال بين إصدارات الهاش أو أنظمة الإثبات.تعامل مع أنظمة الخصوصية على أنها حساسة أمنيًا، وتجنب الأدوات التجريبية للأصول عالية القيمة ما لم تكن مخاطرها مفهومة بوضوح.

مفاهيم خاطئة شائعة حول هاش Poseidon

من المفاهيم الخاطئة أن Poseidon إصدار أسرع من SHA-256 لكل الأغراض.يكون Poseidon أسرع أساسًا من حيث قيود دوائر ZK، وليس بالضرورة كهاش عام على وحدة المعالجة المركزية لكل التطبيقات.ومن المفاهيم الخاطئة الأخرى أن كل تنفيذات Poseidon متوافقة.فقد تنتج الحقول والثوابت وعروض الحالة والجولات والترميزات ووسوم النطاق المختلفة مخرجات مختلفة.ومن المفاهيم الخاطئة أيضًا أن Poseidon يجعل النظام خاصًا تلقائيًا.يمكن لـ Poseidon دعم أدوات الخصوصية، لكن الخصوصية تعتمد أيضًا على تصميم الدائرة والتعامل مع البيانات الوصفية وسلوك المحفظة ومجموعات إخفاء الهوية ومنطق العقود الذكية.ومن المفاهيم الخاطئة أن Poseidon خالٍ من المخاطر لأن كثيرًا من أنظمة ZK تستخدمه.Poseidon مفيد ومدروس على نطاق واسع، لكنه أحدث من دوال التجزئة التقليدية وينبغي استخدامه بمعلمات وتدقيقات دقيقة.ومن المفاهيم الخاطئة أن على المستخدمين مقارنة هاشات Poseidon يدويًا للتحقق من السلامة.يحتاج معظم المستخدمين إلى محافظ مصممة جيدًا وبروتوكولات مدققة، لا إلى فحص الهاشات الخام.

الأسئلة الشائعة

ما معنى هاش Poseidon؟

هاش Poseidon دالة تجزئة تشفيرية صُممت لتكون فعالة داخل أنظمة إثبات المعرفة الصفرية والدوائر الحسابية القائمة على الحقول المنتهية.

لماذا يُوصف Poseidon بأنه ملائم لـ ZK؟

يوصف Poseidon بأنه ملائم لـ ZK لأنه يستخدم عمليات حسابية أقل تكلفة في التمثيل داخل كثير من دوائر إثبات المعرفة الصفرية مقارنةً بدوال التجزئة التقليدية الكثيفة العمليات الثنائية.

هل هاش Poseidon هو نفسه SHA-256؟

لا، SHA-256 هاش تقليدي عام الغرض، بينما Poseidon متخصص في التجزئة الفعالة داخل أنظمة إثبات ZK.

هل يُستخدم هاش Poseidon في أشجار Merkle؟

نعم، يُستخدم Poseidon عادةً في أشجار Merkle ضمن أنظمة ZK، لأن إثباتات عضوية Merkle تتطلب غالبًا عمليات تجزئة متكررة كثيرة داخل الدائرة.

هل يُستخدم هاش Poseidon في الالتزامات؟

نعم، يمكن استخدام Poseidon للالتزام بقيم خاصة، بحيث يثبت المستخدم معرفته بمدخلات مخفية من دون كشفها.

هل اعتمدت NIST هاش Poseidon معيارًا؟

لا، تشمل معايير التجزئة العامة المعتمدة من NIST عائلتي SHA-2 وSHA-3، بينما Poseidon هاش متخصص ملائم لـ ZK وليس بديلًا عامًا معتمدًا من NIST.

ما Poseidon2؟

Poseidon2 إصدار أسرع ومحسّن من Poseidon، صُمم لاستخدامات تجزئة ملائمة لـ ZK مشابهة.

هل يمكن استخدام هاش Poseidon في العقود الذكية؟

نعم، لكن الحساب المباشر داخل العقد الذكي قد يكون مكلفًا ما لم توفر المنصة دعمًا محسّنًا مثل دالة تمهيدية أو دالة أصلية.

لماذا توجد معلمات مختلفة لـ Poseidon؟

Poseidon عائلة من حالات الهاش، ويجب أن تتوافق معلمات مثل معامل الحقل وحجم الحالة وأُس S-box وعدد الجولات والثوابت مع نظام الإثبات ومستوى الأمان المستهدفين.

هل يمكن لنظامين يستخدمان Poseidon إنتاج هاشات مختلفة؟

نعم، قد ينتج النظامان هاشين مختلفين للمدخل نفسه إذا استخدما معلمات أو حقولًا أو ترميزات أو قواعد حشو أو وسوم نطاق مختلفة.

هل هاش Poseidon آمن؟

يحظى Poseidon بدراسة واستخدام واسعين في أنظمة ZK، لكن أمانه يعتمد على صحة المعلمات والتنفيذ المدقق والترميز الآمن والتحليل التشفيري المستمر.

هل يجعل هاش Poseidon تطبيق العملات المشفرة خاصًا بمفرده؟

لا، يمكن لـ Poseidon دعم التصميمات الحافظة للخصوصية، لكن الخصوصية تتطلب تصميمًا صحيحًا للدائرة وسلوكًا آمنًا للمحفظة ومجموعات إخفاء هوية جيدة وهندسة دقيقة للبروتوكول.

الخلاصة

هاش Poseidon دالة تجزئة تشفيرية بُنيت للحسابات على الحقول المنتهية التي تستخدمها أنظمة إثبات المعرفة الصفرية.وتكمن أهميته في العملات المشفرة في حاجة تطبيقات ZK غالبًا إلى تجزئة الالتزامات والقيم الفارغة ومسارات Merkle والمدخلات الخاصة وبيانات الحالة داخل دوائر الإثبات.قد يجعل Poseidon هذه العمليات أقل تكلفة بكثير من دوال التجزئة التقليدية الموجهة إلى العمليات الثنائية في كثير من بيئات الدوائر.وتساعد هذه الكفاءة على دعم المعاملات الحافظة للخصوصية وZK rollups وأنظمة الهوية والعقود الذكية الملائمة للإثبات والحوسبة القابلة للتحقق.ليس Poseidon بديلًا عامًا لـ SHA-256 أو Keccak أو SHA-3، إذ تظل دوال التجزئة التقليدية هذه ناضجة ومهمة للاستخدامات التشفيرية العامة.تظهر الميزة الأساسية لـ Poseidon عندما يلزم تمثيل التجزئة داخل نظام إثبات على حقول منتهية.وتتمثل أبرز التحديات العملية في اختيار المعلمات وصحة التنفيذ وفصل النطاق وقواعد الترميز ودعم العقود الذكية وقابلية التشغيل البيني في المنظومة.ينبغي للمطورين استخدام مكتبات مدققة ونشر متجهات اختبار وتوثيق المعلمات الدقيقة ومتابعة الأبحاث التشفيرية الحالية.وينبغي للمستخدمين إدراك أن Poseidon مكوّن أمني غير ظاهر عادةً، وتقييم التطبيقات بناءً على جودة التدقيق الشامل وسلامة المحافظ وتصميم البروتوكول.ببساطة، هاش Poseidon دالة تجزئة ملائمة للإثبات، صُممت لجعل أنظمة العملات المشفرة القائمة على المعرفة الصفرية أسرع وأكثر عملية من دون كشف البيانات الخاصة.