что такое технология блокчейна
Технология блокчейн: что надо знать в 11 карточках
Что такое блокчейн простыми словами
Блокчейн — это распределенная база данных, которая содержит информацию обо всех транзакциях, проведенных участниками системы. Информация хранится в виде цепочки блоков. В каждом из них записано определенное число транзакций.
Что такое распределенная база данных? Слово «распределенная» означает: нет никакой централизованной организации, которая бы проверяла этот процесс.
Об эксперте: Артем Генкин, доктор экономических наук, профессор, один из ключевых спикеров онлайн-встреч с авторами онлайн-университета Skillbox и издательской группы «Альпина» –– «Новый мир, новый человек».
По мнению Банка Англии, блокчейн — «технология, позволяющая людям, которые не знают друг друга, доверенно и совместно использовать запись событий». Невозможно скрытно подделать данные внутри этой системы, поэтому она признана коррупционно-стойкой.
Аналогия с блокчейном — ожерелье. Каждая бусина –– это «блок» или запись действия. Это ожерелье — или «chain» (цепь) — не может быть уничтожено или разрушено. Таким образом, блокчейн — это нерушимая цифровая запись действий. Надежность этой системы позволила использовать ее для повышения эффективности денежных операций и обмена информацией среди частных лиц, корпораций и даже госсектора.
История понятия «блокчейн»
Понятие «блокчейн» не имеет национального происхождения, у него сетевое «гражданство». История термина началась в 2008 году, когда аноним или группа лиц, скрывшихся под псевдонимом Сатоши Накамото, опубликовали статью, ставшую манифестом этой инновационной технологии. В статье описывались ее сущностные характеристики и возможности создания децентрализованной системы денежных расчетов.
За последние годы было много версий того, кто мог быть автором этого манифеста. Убедительны некоторые доказательства в пользу его русскоязычного происхождения. Первый блок был сгенерирован в 2009 году, а на сегодня только криптоинструментов на базе разных модификаций блокчейна в мире циркулирует свыше 2 тыс. видов.
Как блокчейн связан с понятием биткоин?
Биткоин — исторически первое и наиболее известное применение блокчейн-технологии. Транзакции в нем –– это переводы средств между кошельками пользователей. Каждому участнику доступна информация о любой из транзакций, когда-либо происходивших в блокчейне, начиная с первого перевода в 2009 году.
Как первое применение блокчейна, биткоин поспособствовал глобальному росту популярности этой технологии и ознакомил мир с ее преимуществами. Но впоследствии в процессе развития на базе блокчейна и его модификаций появились и другие криптовалюты, а также другие, не связанные с криптоинструментами формы эффективного использования этой технологии.
Сферы применения блокчейна: криптовалюта
Внедрение блокчейна увеличивает скорость обмена, уменьшает временные затраты, улучшает качество, надежность и доступность услуг. При этом увеличивается прозрачность и надежность, снижаются риски.
Главная сфера применения блокчейна — криптоиндустрия. Но помимо этого проекты на блокчейне используются в банковском секторе, сфере финансовых услуг, платежных сервисах, госсекторе (госуслуги, реестры недвижимости, нотариат, электронное голосование и др.), транспорте и логистике, IoT, здравоохранении, управлении интеллектуальной собственностью, энергетике, и т. д.
В криптоиндустрии блокчейн стал технологической основой для выпуска криптовалют, которые являются осовремененной версией хайековских «частных денег». При этом крупнейшие из них, такие как биткоин и эфир, имеют глобальный характер обращения.
На основе этой технологии происходит токенизация. Выпуск токенов — это особая форма секьюритизации активов на базе массового и глобального спроса инвесторов. Снижение издержек при этом гораздо значительнее, по сравнению с процедурами традиционных финансовых рынков.
Сферы применения блокчейна: банковское дело
Блокчейн позволяет сделать все процессы в банковской индустрии безопаснее, надежнее и прозрачнее. Денежные переводы, расчеты при сделках с ценными бумагами, аккредитивы, KYC-комплаенс, рутинная работа бэк-офисов банков — все эти операции теперь проходят с внедрением этой технологии.
Блокчейн может сократить затраты банков до 50%. Об этом заявляли еще в 2017 г. аналитики Morgan Stanley. По их мнению, блокчейн мог бы оптимизировать инфраструктуру, радикально сократить затраты и обеспечить необходимое повышение RoE (доходности собственного капитала) банков. Многим банкам, несмотря на присущую им консервативность, опасно было бы недооценивать потенциал этой технологии. Повсеместное ее внедрение может привести к ликвидации некоторых участников мировой финансовой системы.
Сферы применения блокчейна: кибербезопасность
На каждом узле блокчейн-системы хранятся копии всей базы данных в целом, и они сверяются между собой. Это придает системе жизнеспособность даже в случае успешных хакерских атак на ее одиночные узлы. Несмотря на то, что приложения на блокчейне предлагают анонимность, технология может использоваться, чтобы прикреплять реальные идентификационные данные к криптографическим в базе данных.
Известен стартап, создавший удобный способ безопасного внесения данных, их отслеживания и передачи имущественных прав через блокчейн-платформу. Это помогает риэлторским фирмам: управление записями становится удобнее, сокращается время поиска, растет конфиденциальность и прозрачность. Другой кейс — система репутации интернет-юзеров, начисляющая денежное вознаграждение в криптовалюте эфир, исходя из показателей репутации.
Сферы применения блокчейна: удостоверения личности
Такие ID представляют собой перевод персональных данных о человеке на блокчейн, создание его цифрового профиля. Есть большой перечень госуслуг, доступ к которым может быть осуществлен посредством блокчейна, и есть статистика передовых блокчейн-стран (Эстония, некоторые эмираты ОАЭ). Использование блокчейна и блокчейн-ID активным гражданином может стать обычным паттерном поведения уже при жизни современного поколения.
И в России, и на Западе государства в последние десятилетия активно ищут пути оптимизации своей административной деятельности. Хорошим решением для этого было бы перевести в блокчейн все рутинные и архаичные процессы. Проблематику прайваси и защиты информационной безопасности при этом никто с повестки дня не снимал — напротив, в эру блокчейна она станет приоритетом.
Как работают платежные средства на блокчейне?
Можно выделить как минимум два типа платежных средств. Прежде всего, это традиционные негосударственные криптовалюты, такие как эфир и биткоин, которые имеют многомиллиардную (если измерять ее в «традиционных» фиатных долларах США) капитализацию.
Второй тип — криптовалюты центральных банков — это зачастую попытки фиатных государственных эмитентов влить «новое вино в старые меха»: представить новую форму зарабатывания сеньоража, т. е. эмиссию госвалюты, как нечто сверхмодное и прогрессивное. Только единицы проектов по выпуску КВЦБ на сегодня предусматривают подлинно децентрализованный характер их эмиссии.
Критика блокчейна: минусы технологии
Есть проблемы технологического характера. Прежде всего, масштабируемость: сегодня многие популярные системы распределенных реестров не могут обрабатывать большое количество транзакций, что приводит к торможению оборота и процессинга транзакций в них.
Другой минус — недостаток конфиденциальности в связи с квазианонимностью блокчейна. Некоторые типы блокчейна потенциально уязвимы перед хакерскими атаками, а также перед так называемыми «атаками 51%» — когда, в полном соответствии с правилами системы, коалиция пользователей, обладающих большими компьютерными мощностями, может изменить записи в конкретном блокчейне. Этот процесс аналогичен тому, как перехватывает контроль мажоритарный акционер в АО.
Кроме того, регуляторные и правовые риски, а также иногда зашкаливающая ресурсо- и энергоемкость остаются специфическими рисками криптовалютного сектора блокчейн-индустрии.
Прогнозы по рынку: будущее технологии в России и за рубежом
Крупнейшие игроки рынка еще в 2015-17 годах организовались в консорциумы. Ими уже реализованы сотни экспериментов и тестов с блокчейнами различного типа.
Обладание этой технологией остается пропуском в элитарный клуб, ее диффузия в «массы» бизнесменов и потребителей будет не одномоментной. Хайп (и расцвет множества мошеннических проектов с применением криптоактивов), который мы наблюдали в 2017-2018 годах, вряд ли повторится, но успешных внедрений блокчейна в различные сегменты коммерческого и госсектора будет все больше.
Конвергенция ICO / STO с традиционными IPO приведет к трансформации и частичному снятию лишних барьеров на фондовом рынке. Поляризация отношения различных юрисдикций к технологии и феномен blockchain-friendly states — а значит, и регуляторный арбитраж — продлятся еще несколько лет, сменившись глобальным осознанием преимуществ этой технологии и ее зрячим принятием законодателями.
Что нам стоит блокчейн построить?
Вся история человечества — это непрерывное избавление от цепей и создание новых, еще более крепких. (Анонимный автор)
Анализируя многочисленные blockchain проекты (Bitshares, Hyperledger, Exonum, Ethereum, Bitcoin и др.), я понимаю, что с технической точки зрения все они построены по одним принципам. Блокчейны напоминают дома, у которых при всем разнообразии конструкций, декора и назначений имеются фундамент, стены, крыша, окна, двери, которые связаны друг с другом определенными способами. И если понять основные принципы проектирования зданий, знать свойства применяемых материалов, то можно определить целевое назначение конкретного дома. В настоящее время с блокчейном возникла ситуация, что все про него слышали, но мало кто понимает архитектуру и принципы работы. Поэтому возникает непонимание для чего и как имеет смысл использовать технологии блокчейна.
В данной статье мы разберем общие для всех блокчейнов свойства и принципы. Далее посмотрим на задачи, которые можно решать с помощью блокчейна и для закрепления материала построим маленький, но настоящий блокчейн на своем виртуальном участке!
Итак, давайте вспомним какие проблемы изначально решил блокчейн.
Уверен, что многие скажут про распределенную, децентрализованную, публичную и неизменяемую базу данных. Но зачем это все было нужно?
Я предпочитаю начинать изучение любой технологии с чтения стандартов, так как именно на них основываются все статьи и книги по исследуемой теме. Но стандарты блокчейна в настоящее время отсутствуют, в ISO созданы только комитеты для их разработки. На текущий момент в каждом публичном блокчейн проекте имеется свой документ White paper, который по сути является техническим заданием. Первый общеизвестный блокчейн проект — это сеть Bitcoin. Идем на официальный сайт сети и смотрим с чего все начиналось.
Задача блокчейна
Итак, задача, которую решил блокчейн в сети пионере Bitcoin — это совершение доверительной передачи собственности на цифровые активы (assets) в недоверительной среде без посредников. Например, в сети Bitcoin цифровой актив — это цифровые монеты bitcoin. И все технические решения Bitcoin и других блокчейнов сводятся к решению этой задачи.
Проблемы, которые решает блокчейн
Предположим некая финансовая организация говорит, что построила сеть по всему миру, с помощью которой можно переводить деньги любому человеку. Поверите ли вы ей? Если эта организация Visa или MasterCard, скорее всего, поверите, а если, условно говоря, AnonymousWorldMoney, наверное, нет. Почему же? А потому, что мы прекрасно знаем, как делаются распределенные системы частными компаниями, с какими целями, и к чему это может привести. Рассмотрим подробнее проблемы таких систем, и как они могут быть решены с применением технологий блокчейна.
Допустим, в условной AnonymousWorldMoney стоят сервера с базами данных, и хорошо, если их будет несколько в разных дата-центрах. Когда отправитель переводит деньги, регистрируется транзакция, которая реплицируется на все сервера, и деньги доходят до получателя.
В идеальном мире такая схема прекрасно работает, в нашем же возникают следующие проблемы:
Как блокчейн решает эти проблемы
Архитектура блокчейна
Составные части блокчейна
Каждый участник может запустить свою ноду с полной копией блокчейна (full node). Полные ноды, которые могут записывать транзакции в блокчейн, называются узлами консенсуса (witness) или майнерами (miner). Полные ноды, которые только проверяют правильность транзакций называются узлами аудита (audit). Легкие клиенты (light clients) не хранят полных копий блокчейна, а взаимодействуют с сетью, используя полные ноды.
Большинство пользователей для совершения транзакций используют именно легких клиентов или web кошельки. Все ноды связаны друг с другом. При таком наборе элементов архитектура сети становится более устойчивой:
Жизненный цикл транзакции
Посмотрим на жизненный цикл транзакции и разберем его по частям:
Технологии блокчейна
Остановимся подробнее на технических решениях и их связях друг с другом.
Идентификация
Каждая блокчейн транзакция должна быть подписана цифровой подписью. Поэтому для совершения транзакции каждый участник должен иметь пару ключей: private / public. Иногда пару ключей называют кошелек (wallet), т.к. ключи однозначно связаны с уникальным цифровым адресом и балансом участника. В реальности ключи и адреса — это просто строки цифр в разных системах счисления. Примеры ключей и адреса кошелька:
Для создания цифровой подписи в блокчейнах используется алгоритм, основанный на эллиптических кривых: Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). Для его работы приватный ключ (256 битное число), обычно, берется случайно. Число вариантов ключей составляет 2 в степени 256, поэтому можно говорить о практической невозможности совпадения значений приватных ключей.
Далее, публичный ключ получается из приватного путем умножения его значения на координаты точки, находящейся на эллиптической кривой, в результате чего получаются координаты новой точки этой же кривой. Это действие гарантирует получение пары ключей, пригодной для цифровых подписей транзакций. И наконец адрес кошелька однозначно вычисляется из публичного ключа.
Есть масса статей с подробностями по криптографии, используемой в блокчейне, например: Bitcoin in a nutshell — Cryptography
Приватный ключ должен быть строго секретен и храниться в безопасности. Публичный ключ известен всем. При утере приватного ключа доступ к активу (монетам) восстановить невозможно и деньги будут утеряны навсегда. Поэтому задача надежного хранения приватных ключей крайне актуальна, т.к. это не банк, куда всегда можно прийти с паспортом и восстановить счет. Существует целая индустрия по производству, так называемых, холодных криптокошельков, похожих на флешки:
или можно использовать более надежные способы, как пример, выбивать значение приватного ключа на жетонах:
Транзакции
Подробнее про структуру транзакции можно посмотреть в статье Bitcoin in a nutshell — Transaction. Нам же важно понимать, что каждая транзакция имеет по крайней мере следующие данные:
Далее транзакция подписывается приватным ключом и рассылается (см. подробности по работе протокола Bitcoin in a nutshell-Protocol) всем нодам в блокчейне, которые проверяют транзакции на валидность. Алгоритм проверки транзакции нетривиален и включает два десятка шагов.
Блоки транзакций
Проверив валидность транзакций, ноды формируют из них блоки. Помимо транзакций в блок записывается хеш предыдущего блока, число (счетчик Nonce), и происходит вычисление хеша текущего блока по алгоритму SHA-256. Хеш должен обладать установленным условиям сложности. Например, в сети Bitcoin сложность хеша автоматически меняется раз в 2 недели в зависимости от мощности сети так, чтобы блок генерировался примерно раз в 10 минут. Сложность определятся следующим условием: найденный хеш должен быть меньше заранее заданного числа. Если данное условие не выполняется, то к Nonce прибавляется 1, и работа по вычислению хеша повторяется. Для подбора хеша используется поле Nonce, т.к. это единственные данные в блоке, которые можно изменить, остальные должны оставаться неизменными. Правильный хеш должен иметь определенное число нулей в начале, например, один из реальных хешей:
После успешного нахождения хеша блок и сам найденный хеш записываются в блокчейн следующим блоком. Подробнее по структуру блоков можно посмотреть в статье Bitcoin in a nutshell-Blockchain, а ниже приведу упрощенную схему:
Блокчейн начинается с блока, у которого еще нет хеша предыдущего блока. Такой блок в блокчейне один и имеет собственное название Genesis block. У остальных блоков одинаковая структура и отличаются они только числом транзакций. Реальные транзакции и блоки создающиеся в настоящее время в Bitcoin или Ethereum можно смотреть в Block Explorer.
Размер блоков в Bitcoin ограничен 1Мб и при минимальном объеме информации в транзакции около 200 байт, максимально в блоке может быть около 6000 транзакций. Отсюда, кстати, и следует производительность Bitcoin, над которой все смеются: блок генерируется примерно раз в 10 мин * 60 сек = 600 сек, что и дает формальную производительность около 10 TPS. Хотя на самом деле — это не производительность, а сознательно реализованный алгоритм работы. В Ethereum для конкуренции просто сделали время генерации блока 15 сек. и производительность формально взлетела. Поэтому в блокчейнах, использующих PoW в качестве консенсуса вообще бессмысленно сравнивать производительность, т.к. она напрямую зависит от сложности вычисления кеша, которую можно назначить любую.
Форки
А что происходит, если, например, несколько узлов нашли хеши удовлетворяющие условиям сложности, но разные по значению (иными словами, пришли к разным консенсусам) и записали блоки в блокчейн? Давайте посмотрим, как блокчейн защищается от данной ситуации. В этом случае происходит, так называемый, форк (‘вилка’), и блокчейн имеет две версии цепочки:
Что происходит далее? Далее часть сети начинает работать над блоком N+2 от одной цепочки, а часть от другой:
Какой-то из этих блоков будет найден раньше и отправлен в блокчейн и тогда по правилам блокчейн должен будет переключиться на более длинную цепочку и отменить все транзакции из альтернативного блока:
При этом, может сложиться ситуация, когда транзакция участника находилась только в одном из блоков форка, который и был отменен. Поэтому, чтобы быть уверенным, что нужная транзакция записалась в блокчейн, есть общая рекомендация — прежде чем доверять транзакции надо подождать пока следующие несколько блоков не будут добавлены в блокчейн. Рекомендации, сколько блоков ждать для разных блокчейнов различаются. Например, для сети Bitcoin минимум — это 2 блока, максимум 6.
Такая же картина с форком блоков будет наблюдаться и при, так называемой, атаке 51% — это когда группа майнеров будет пытаться вырастить альтернативную цепочку блоков, добиваясь отмены цепочки cо своими мошенническими транзакциями. Хотя в настоящее время, вместо мошенничества, выгоднее тратить свои мощности на честный майнинг.
Консенсус
Для записи блока в блокчейн сеть должна прийти к консенсусу. Давайте вспомним, задачу достижения консенсуса в компьютерных сетях связи. Проблема формулируется, как задача византийских генералов BFT (Byzantine fault tolerance). Опуская живописное описание проблем византийской армии, задачу можно сформулировать так: как узлам сети прийти к общему результату, если часть узлов сети могут сознательно их искажать. Существующие алгоритмы решения задачи BFT показывают, что сеть может функционировать правильно, если мошенников меньше 1/3. Почему в сети Bitcoin не был применен консенсус BFT? Зачем нужно было использовать PoW? Есть несколько причин:
Консенсус PoS основан на выборе узла, который может записать блок с транзакциями в блокчейн в зависимости от количества средств на счету, вернее, не на счету, а в залоге, Т.е. чем у тебя больше средств в залоге, тем с большей вероятностью сеть выберет твой узел для записи блока. Залог не возвратится, если блок окажется невалидным. Таким образом реализована защита от мошенничества. Есть следующие вариации PoS:
Надежность и модели развертывания блокчейнов
Устойчивость Public или другое название Permissionless blockchain достигается тем, что каждый может подключиться и просмотреть информацию или даже подключить свой узел, а доверие строится на консенсусе PoW.
Private или Private Permissioned blockchain. В этих блокчейнах только определенная группа участников (организаций или людей) имеет доступ к информации. Такие блокчейны строят организации с целью увеличения общей выгоды или эффективности. Их надежность обеспечивается общими целями участников и алгоритмами консенсуса PoS и BFT.
Существуют Consortium или Public Permissioned blockchain. Это такие блокчейны, к которым каждый может подключиться для просмотра, но добавлять информацию или подключить свой узел участник может только с разрешения других участников. Такие блокчейны строят организации с целью повышения доверия со стороны заказчиков или потребителей продукции или общества в целом. Здесь надежность также достигается присутствием доверия между участниками и теми же алгоритмами консенсуса PoS и BFT.
Smart Contracts
В блокчейны, реализованные после Bitcoin, в той или степени добавлена возможность выполнения смарт-контрактов. По сути смарт-контракт — это транзакция, в которой помещен программный код для выполнения. Смарт-контракты в сети Ethereum выполняются в EVM (Ethereum Virtual Machine). Для начала выполнения смарт-контракта его надо явно запустить другой транзакцией, или должно выполниться предусловия для выполнения. Результаты выполнения смарт-контракта также запишутся в блокчейн. Получение данных извне блокчейна возможно, но крайне ограничено.
Какую бизнес логику можно реализовать с помощью смарт-контракта? На самом деле не так уж много, например проверка условий по данным из блокчейна, изменение собственников цифровых активов в зависимости от этих условий, запись данных в постоянное хранилище внутри блокчейна. Реализуется логика на специальном языке высокого уровня Solidity.
Классическим примером функциональности, которую реализуют с использованием смарт-контрактов — это выпуск токенов для проведения ICO. Например, мной был реализован смарт-контракт на выпуск скромных 500 000 000 AlexToken. По ссылке в Etherscan находится
Больше подробностей про смарт-контракты можно узнать в статье: Что такое смарт-контракты в Ethereum.
Заключение
Мы перечислили технологии на которых построены современные блокчейны и как они связаны друг с другом. Теперь давайте сформулируем, какие задачи можно решить с помощью блокчейна, а решения каких будет, в лучшем случае, неэффективно. Итак, использование блокчейна не обязательно, если:
Технология Blockchain простыми словами
Содержание
Содержание
Технологии распределенных вычислений и децентрализованного хранения информации были представлены еще в 90-х годах. Однако, слово «блокчейн» стало известно лишь недавно — когда некий Сатоши Накамото показал, как эти технологии можно использовать для устройства новой финансовой системы. Так, в 2008 году появился биткоин, а вместе с этим началась история развития блокчейна.
В 2021 году популярность этих технологий оказалась настолько высока, что стоимость того самого биткоина уже превышает 40 000 долларов за штуку. И, если этим феноменом заинтересовался такой крупный игрок, как Tesla, то почему бы не приобщиться к технологии простым пользователям. Разбираемся пальцах, что такое блокчейн, децентрализованная сеть и криптовалюта.
Народная энциклопедия знает очень много, но это не всегда понятно и доступно простому человеку. Как и в случае с определением технологии блокчейн. Поэтому попробуем разобрать тему на части и узнать, что к чему относится в этих непонятных дебрях криптографии.
Простым языком
Давным-давно, когда еще не вышел десятый айфон, жили Роман и Антон. У Романа было несколько способов передать денежные средства Антону:
Обычно, третья сторона — это целая совокупность инстанций и сервисов. Поэтому мы имеем цепочку посредников, схема работы которых находится под грифом секретности. С одной стороны, это полезно в целях безопасности — даже если мы зайдем в банк и попросим рассказать технические детали нашего перевода — никто этого делать не станет. С другой стороны, безопасность легко превращается в незащищенность — не зная технических подробностей, остается лишь слепо доверять банковской системе и надеяться, что «третьи лица» окажутся добросовестными ребятами.
Дело в том, что, превращаясь из бумажных в электронные, деньги не меняют своей формы — актуальные системы просто формируют цифровой код с зашифрованной в нем информацией о типе валюты, ее стоимости и количестве, чтобы передать ее от одного хранилища другому. Физически бумажное подтверждение ценности остается на руках пользователя или в сейфе банкомата.
Другими словами, Роман может найти терминал, предложить ему наличные денежные средства и получить их у себя на карте или отправить Антону. Мы привыкли так работать и считаем это безопасным способом перемещать деньги. Но с появлением блокчейна теория безопасности принимает новый оборот.
Посредники
Как работает стандартная банковская система переводов: на специальных компьютерах хранится вся информация о клиентах, операциях, имена, фамилии, отчества, адреса проживания, номера лицевых счетов. Нет, это не база данных КГБ — просто мы сами даем разрешение на обработку этой информации, когда регистрируемся на сайте. И это одна из брешей безопасности, которую блокчейн легко устраняет.
Когда Роман переводит деньги Антону через банкомат или онлайн-банк, он, так или иначе, делает запрос в эту базу данных, в реестр, где программное обеспечение проверяет некоторые условия:
И еще много подобных проверок, производимых программным обеспечением банков.
После того, как системе безопасности все понравилось, у Романа списывают необходимую сумму и зачисляют на счет Антона. Это привычная система и она централизована: здесь есть свой регулятор, органы управления, но, самое главное, — в системе есть обслуживающий персонал, без которого ничего не будет работать.
Программисты, аудиторы, операционисты, бухгалтеры, руководители, и еще два десятка должностных лиц, с помощью которых вся эта система функционирует, косвенно или прямо работают с переводом денег от Романа к Антону. Это следующая брешь в безопасности, которую блокчейн тоже закрывает.
Что такое блокчейн и как это работает
Еще совсем недавно все расчеты производились наличными деньгами. С развитием всемирной паутины изменился и способ передачи ценностей. Сегодня, в эпоху распределенных вычислений и автономных систем, в сети стало удобнее и безопаснее работать с помощью новых технологий. Например, блокчейн, где информация двигается между различными людьми без участия обслуживающего персонала, а также минуя централизацию, где существует вероятность, что вредная ошибка в коде ПО поможет хакеру забрать деньги или ценную информацию.
Начнем с того, что блокчейн (Block — блок, chain — цепь) — это децентрализованная база данных, которая предназначена для хранения последовательных блоков с набором характеристик (версия, дата создания, информация о предыдущих действиях в сети). Аналоговым примером его структуры представляется бесконечно длинная металлическая цепь, в которой нельзя разорвать или поменять местами звенья.
А еще цепочку блокчейна можно представить как книгу с возможностью добавлять страницы. Каждая новая страница пишется в режиме «онлайн», а остальные нельзя отредактировать или удалить.
Основное движение в такой системе происходит с помощью транзакций. Во время транзакции может выполняться какой-то скрипт, либо прописываться некая заметка с данными. То есть слово «транзакция» не равно денежному переводу и скорее обозначает способ обработки информации внутри сети.
Помимо основных данных, каждый блок имеет уникальный набор параметров: nonce, хеш предыдущего блока, хеш текущего блока и список транзакций.
Чтобы лучше понять, как устроены переводы внутри сети, снова представим страницу книги, где есть такая информация:
В пределах одного блока может храниться несколько тысяч таких записей. Когда память в блоке заканчивается — он закрывается, подписывается и переходит на новый блок в виде хеша или «отпечатка».
Хеш — это некий набор символов, несущий в себе уникальный отпечаток. Он формируется исходя из того, какие транзакции и в каком количестве хранит в себе каждый блок.
В процессе обработки транзакций постоянно проверяются хеши, после чего, словно по пирамиде, система поднимается к последнему хешу, где подтверждается целостность и верность всех предыдущих кодов, чтобы блок закрылся.
Если вдруг кому-то захочется добавить себе в кошелек пару сотен долларов без подтверждения со стороны остальных участников сети, то такая транзакция будет считаться неверной и перезапишется теми хешами, что хранятся у большинства узлов. То есть, если изменить хоть один байт, хоть одну точку, запятую или ноль, то итоговый хеш изменится, и блокчейну придется проверять все эти суммы заново для того, чтобы понять, правда это или ложь.
Из всего этого можно сделать вывод: сеть состоит из блоков, которые можно менять здесь и сейчас, пока они не закрылись. Все записывается в виде транзакций с информацией, которая шифруется как хеши и постоянно хранится в сети в каждом последующем блоке. Если изменить что-то и не найти этому подтверждение у большинства участников, то такие изменения просто не применятся, а блок будет считаться невалидным.
Простыми словами — в системе больше не получится подделать документы задним числом, как бы этого не хотели даже сотни человек, если общая сеть контролируется миллионами участников.
Отсюда и название Blockchain — все работает по цепочке, последовательно и непрерывно.
Кто такие майнеры и зачем они нужны
Мы уже говорили, что основной фактор безопасности заключается в добросовестности третьих лиц, тех, кто занимается обработкой информации. Как и у банковской системы — у блокчейна есть свой обслуживающий персонал. Но это не люди, а программный код, установленный на системах с нодой (сетью) блокчейна, то есть, на компьютерах, которые поддерживают сеть блокчейн. Другими словами — с помощью майнеров.
Для того чтобы провести операцию в блокчейне, необходимо ее создать и поместить в mempool — некую область, где хранятся все транзакции, которые в данный момент хотят совершить люди в блокчейне.
Что делают майнеры: они подключаются к mempool и начинают обрабатывать всю очередь. В глобальном смысле это работает так: система узнает о всех транзакциях в мемпуле, обрабатывает их, записывает в блок, высчитывает хеши и переходит к обработке новых заявок. Чтобы подтвердить валидность (правильность) блока, майнеру необходимо предоставить решение в сеть, которое проверяют другие майнеры и, если все хорошо, и большинство участников принимают результат вычисления хешей, блок считается правильным. Или nonce.
Разберемся на жизненном примере:
За круглым столом сидят десять человек. У них есть пять слов, из которых нужно составить предложение, которое может быть единственно верным из всех вариантов, которые можно придумать. Так, один из участников составил предложение первым и записал его на бумагу. После того, как все закончили задание, полученные предложения сравниваются. Так получилось, что первому участнику удалось составить верное предложение, и остальные семеро подтвердили, что у них получилось то же самое. И только один участник представил другое решение — но, так как он является меньшинством, а его предложение отличается от остальных, этот вариант из пяти слов считают недействительным и выкидывают из системы.
Выходит, для подтверждения настоящей информации в сети нужно договориться, чье решение подходит всем участникам в сети. Этим и занимаются криптовалютные майнеры.
Именно поэтому, в момент появления блокчейна, началась гонка за производительностью распределенных вычислений. Ведь чем больше у майнера вычислительной мощности, тем быстрее и больше информации он обработает в сети. Соответственно, как и банковский персонал, майнеры получают вознаграждение за свою работу. Это и есть основная причина, по которой все стремятся принять участие в добыче криптовалюты.
Децентрализация и распределенность
Мы уже выяснили, что для поддержки сети требуется постоянная и непрерывная работа нескольких мощных компьютеров. На сегодняшний день блокчейн обладает самой большой вовлеченностью вычислительных систем на планете. Даже такие гиганты как Google, Amazon и Apple не могут соревноваться с этой сетью по мощности.
Чем больше людей используют блокчейн, тем мощнее и безопаснее он становится.
Участником сети может стать каждый: достаточно установить официальный кошелек и загрузить полную ноду к себе на диск. С этого момента компьютер станет полноправным узлом в сети.
Например, у одного человека на компьютере стоит копия блокчейна. Есть еще один компьютер, на котором есть еще одна копия блокчейна, и таких десятки тысяч по всему миру. Если какой-либо злоумышленник захочет взломать систему и «нарисовать» себе миллион, мало того, что ему придется пересчитывать все эти блоки самостоятельно, ему еще придется сделать это в каждом компьютере, на каждом узле. А это, конечно же, невозможно — система полностью децентрализована и не имеет управляющих узлов. И с каждым днем таких узлов становится все больше, а шансов на взлом все меньше.
В централизованной системе вся информация хранится на сервере, и, если с ним что-то произойдет — можно попрощаться с ценными данными. В случае с централизованной системой злоумышленникам также проще найти уязвимость, чтобы атаковать главные компьютеры. Это может быть простая брешь в программной безопасности или безответственная работа сотрудника безопасности банка.
Такой большой вопрос безопасности можно решить только с помощью такой же большой сети. А под эти критерии как раз подходит система блокчейн, где каждый блок с информацией копируется одновременно на тысячи устройств без главенствующих в структуре систем.
Транзакции в блокчейн
В отличие от банков и электронных счетов, где для работы требуется слишком много конфиденциальной информации, блокчейн не требует от пользователей ничего: для работы понадобятся лишь два ключа, которые система выдаст при регистрации.
У каждого человека, желающего принять участие в блокчейне, есть свой публичный ключ, которым он подписывает транзакцию (как бы замыкает на ключ и пишет «отправить Васе»), а также приватный ключ, которым он может открыть посылку, которую ему прислал Вася обратно.
Публичный ключ — это некая фраза из цифр и символов, доступная к просмотру всем желающим. Если провести аналогию с биткоином, то публичный ключ — это номер кошелька, который можно отправить кому угодно для перевода средств.
Приватный ключ — это самое ценное. С помощью него подписываются все транзакции в пределах личного кошелька, а поэтому его нужно хранить в конфиденциальном месте. Например, как пароли от онлайн-банков.
Например, у Романа и Антона есть кошельки и приватные ключи.
Все, что зашифровано приватным ключом пользователя, любой человек может расшифровать при помощи своего публичного ключа. Но не открыть! Так можно узнать информацию по каждому переводу, по каждой транзакции счета — система полностью прозрачна. И в то же время анонимна — ведь никакой личной информации о человеке ключи, кошельки и блоки не хранят.
Биткоин — это не деньги
Мы привыкли считать, что биткоин это какая-то разновидность валюты, денег. На самом деле, понятия баланса в блокчейне нет. Все потому, что блокчейн — это просто записная книга. Обратимся к примеру на картинке:
Понятно, что блокчейн собирает всю информацию о движениях Романа, Антона и Марины, а затем передает это в виде транзакций в мемпул блокчейна. А там все как по инструкции — майнеры подхватывают информацию, считают хеши и подписывают блоки, чтобы поддержать сеть и получить вознаграждение в виде комиссии, которую ребята заплатили во время своих переводов.
Блокчейн и его применение
Биткоин — это не золото и не деньги, а обобщенный и удачный пример работы децентрализованных сетей, где каждый может стать участником и следить за честным исполнением всех событий.
Стоимость таких технологий нельзя считать оправданной или наоборот, недостаточной — здесь все, как на настоящем фондовом рынке. Если продукт хороший и правда что-то из себя представляет, то и цифровой актив прибавит в капитализации и стоимости. Если наоборот — проект считается провалом.
Конечно, все, что связано с блокчейн и монетами, пока еще является сильно волатильными инструментами, которые порой неподвластны даже очень крутым игрокам на рынке. И все потому, что основной объем инвестиций в этой сфере делают обычные люди, а не профессиональные игроки с Уолл-стрит.
И все же, несмотря на сложность и непонятность некоторых вопросов в этой индустрии, многие уже понимают ценность, удобство и безопасность децентрализованных технологий. Каждый день появляются новости о том, как государства внедряют инновации в привычные для людей сферы. Например, учатся отслеживать подлинность паспортов здоровья с помощью блокчейна, а также разрешают проводить регистрацию ценных бумаг с помощью децентрализованных сетей.
С биткоином или любым другим проектом, децентрализованные технологии станут неотъемлемой частью жизни современных структур. Ведь люди хотят обезопасить себя от мошенников, коррупционеров, хотят научиться контролировать свою жизнь больше, чем когда-либо. А блокчейн — это первый и самый большой шаг к новой системе.
Материал обновлен пользователем Urik26