Blockchain: основы и знакомство с технологией

Если посмотреть на понятие «Блокчейн» с технической стороны — это защищенные от взлома распределенные структуры данных, которые, по сути, можно понимать, как расширение и дальнейшее развитие идеи сети. Но можно объяснить и другими словами.

Блокчейн основан на технологии распределенных бухгалтерских книг и в настоящее время является наиболее известной ее формой.

Термин «распределенная бухгалтерская книга» описывает сети, в которых данные организованы распределенным образом. Эти данные хранятся параллельно всеми участниками сети и проверяются с помощью процедуры консенсуса.

Использование всех участников сети обеспечивает децентрализацию сети и, в отличие от традиционных баз данных, отпадает необходимость централизованного хранения данных. Соответственно, нет необходимости в центральном административном офисе. Обслуживание данных осуществляется всеми участниками сети.

Блокчейн имеет особую структуру в виде криптографической конкатенации блоков данных. Они связаны друг с другом в хронологическом порядке с помощью определенных контрольных сумм (хешей). Упрощенное графическое представление блокчейна было опубликовано основателем Bitcoin Сатоши Накамото в документе Bitcoin Whitepaper.

Хеши — это необратимые функции шифрования, которые могут быть сформированы для любого набора данных. После того как блок данных был зашифрован и сохранен в блокчейне, за ним следует новый блок данных. После сохранения данные предыдущего блока уже не могут быть изменены.

Если в блоке данных происходит изменение, хеш-значение всего блока меняется. Однако, поскольку хеш-значение является предпосылкой для хеш-значения последующего блока, любое последующее изменение одного символа приводит к тому, что весь блокчейн становится неверным. По этой причине блокчейн считается особенно защищенным от подделок.

Как работает блокчейн: важные концепции

Технически говоря, блокчейн описывает децентрализованную структуру базы данных, которая связана между участниками сети. Это гарантирует, что в истории хранится полная запись всех транзакций, и что каждая транзакция может быть проверена большинством участников сети.

И вот мы подошли к децентрализации, как характеристике блокчейна.

Блокчейн — это своего рода распределенный электронный реестр, который хранит и делает доступной информацию постоянно и прозрачно.

Здесь блокчейну не нужно полагаться на центральный орган. Она организована децентрализованным образом на основе некоторых фундаментальных концепций криптографии.

Эти криптографические концепции включают следующее:

• Хеш-функции
• Криптографические головоломки
• Хеш-деревья
• Цифровые подписи
• Блокчейн и хеш-функции

1. Хеш-функции — это математические функции, которые используются для сопоставления данных или информации любого размера в качестве входного набора с целевым диапазоном. Идея здесь заключается в том, что набор целевого диапазона намного меньше, чем потенциальный набор входных данных. Хеш-функция должна максимально использовать целевой диапазон.

При изменении небольшой части входного значения, хеш-функция возвращает совершенно другое целевое значение. Это позволяет сделать вывод о целостности входного значения по целевому значению. Это называется целостностью данных.

2. Механизмы консенсуса, доказательства выполнения работы и криптографические головоломки

Кроме того, существуют так называемые криптографические головоломки. Это своего рода головоломка со следующим начальным условием: с помощью хеш-функции необходимо достичь определенного выходного значения. Решение должно быть найдено путем варьирования заданного значения и вычисления хешей только методом проб и ошибок. Невозможно заранее определить, как может быть достигнуто определенное значение результата хеш-функции. Поэтому при использовании Proof-of-Work необходимо перебирать случайные значения, пока не будет найдено решение.

С помощью этих головоломок можно осуществлять случайный выбор среди множества участников сети без центрального органа, осуществляющего этот выбор. Это соответствует основной характеристике децентрализации блокчейна.

3. Хеш-деревья и цифровые подписи

Помимо головоломок, хеш-деревья также используются для построения определенных структур данных. Они дают возможность эффективно проверить наличие определенной информации в коллекции данных.

4. Цифровые подписи — еще один важный компонент блокчейна. Они являются широко используемым подходом для обеспечения подлинности данных. Основная концепция основана на двух соответствующих ключах. Они создаются функцией генерации и доступны пользователю. Каждый пользователь имеет открытый ключ, который может распространяться по своему усмотрению, и закрытый ключ, который доступен только ему.

В этом смысле подпись — это процедура шифрования, в которой используется закрытый ключ, применяемый к хэш-значению сообщения. Оба ключа вместе служат для проверки сообщения (или информации, или соответствующих данных).

Прозрачность: полная проверяемость данных

Участники блокчейна называются узлами, пользователями и майнерами. Пользователи пользуются услугами блокчейна, осуществляя определенные транзакции. Узлы передают и хранят информацию. Майнеры собирают эту информацию в блоки. Так поддерживается система.

Эта система гарантирует, что информация, которая передается, хранится и обрабатывается в блокчейне, доступна всем участникам. Майнеры обеспечивают обновление этой информации через очень регулярные промежутки времени в соответствии с четкими правилами. Самым известным примером этого является майнинг Биткойна.

Из этого следует, что блокчейн всегда уникален и неизменен.

Блокчейн и сопротивление цензуре

Информация, содержащаяся в блокчейне, не может быть изменена. Это возможно только в том случае, если большинство пользователей согласны с изменениями. Это сопротивление цензуре основано на точных и неизменных правилах, согласно которым все блоки связаны друг с другом.

Узлы блокчейна проверяют и хранят все транзакции. У каждого узла есть своя локальная копия всего блокчейна. Это список всех транзакций, когда-либо проведенных в сети. Если проводится новая транзакция, она распространяется по всей сети, и результат транзакции вычисляется всеми проверяющими узлами.

Отдельные узлы сообщают результаты в сеть. С помощью ранее упомянутого алгоритма консенсуса можно определить согласие, т.е. общий консенсус. Эта система обеспечивает целостность в общей сети и гарантирует устойчивость к цензуре.

Процесс формирования консенсуса, создания и распространения новых блоков зависит от механизма консенсуса или конкретной реализации блокчейна. Например, в Bitcoin и Ethereum используется алгоритм Proof-of-Work.

В системе Proof-of-Work хеш-значение с определенным количеством нулей вычисляется из транзакций, хеш-значения предыдущего блока и случайного числа для вычисления нового блока. Этот процесс вычисления называется майнингом.

Является ли блокчейн анонимным?

Еще один важнейший принцип блокчейна — анонимность. Блокчейн в принципе обходится без аутентификации, авторизации, контроля доступа или отслеживания. Пользователи идентифицируют себя с помощью ключей, а не идентификаторов.

Очевидно, что это не обязательно идет рука об руку с идеей защиты данных. По этой причине в настоящее время разрабатывается множество нормативно-правовых актов, касающихся работы с цифровыми идентификационными данными. Здесь следует упомянуть «белую книгу» по разработке стратегии блокчейн Федерального правительства Германии, а также регламент eIDAS Европейского союза.

Что касается блокчейна Bitcoin, Бен Вайс, глава банковского провайдера ВТС CoinFlip, утверждает, что он ни в коем случае не анонимный, а псевдо-анонимный. Невозможно купить большое количество Биткойнов, не имея возможности подтвердить свою личность.

Транзакционные издержки блокчейна

Еще одним важным аспектом применимости блокчейна является относительно низкая стоимость транзакций для крупных сделок. Вышеупомянутые характеристики технологии блокчейн обеспечивают автоматизированные, эффективные, защищенные от взлома транзакции. Теоретически, любая форма торговли, которая в настоящее время все еще осуществляется вручную посредниками, может быть осуществлена на блокчейне при значительно более низких транзакционных издержках.

Известные блокчейны

Вероятно, самым известным приложением блокчейна является Bitcoin (BTC). В 2008 году он стал отправной точкой для дальнейшего развития различных блокчейнов, которые сегодня также доминируют на рынке.

Блокчейн Bitcoin — это начало инноваций.

Bitcoin был разработан в 2008 году во время финансового кризиса. Разработчик или разработчики известны под псевдонимом Сатоши Накамото. Основной мотивацией для разработки блокчейна Bitcoin стало впечатление от провала банков и правительств во время финансового кризиса. Скептическое отношение к нему стало причиной разработки Bitcoin как блокчейна с открытым исходным кодом, который не требует центрального органа и открыт для всех участников.

Цифровая валюта Bitcoin функционирует в соответствии с основными свойствами блокчейна: она неизменяема и, следовательно, безопасна. Кроме того, ВТС может быть выпущен только один раз за один раз. Поскольку технология открыта для всех, существует множество узлов, обеспечивающих защиту от потери и манипулирования данными.

Блокчейн Биткойна является публичным. Участники транзакции идентифицируют себя только по номеру счета (открытый ключ). Эти ключи хранятся в цифровом кошельке. Система не требует указания настоящего имени. С помощью закрытого ключа пользователи доказывают, что Биткойны, присвоенные номеру счета, принадлежат именно им.

За тем появился блокчейн Ethereum — децентрализованные приложения и смарт-контракты. Ethereum — это решение первого уровня, и также основано на технологии блокчейн. Однако, в отличие от BTC, Ethereum — это не чистая криптовалюта, а платформа для смарт-контрактов.

Ethereum — это программируемый блокчейн. В то время как Bitcoin предоставляет пользователю множество готовых функций, Ethereum дает возможность иметь любую функцию, созданную пользователями. Хотя есть и готовые функции, они могут быть расширены пользователями по желанию.

За тем появились блокчейн-решения второго уровня, к которым можно отнести такой проект, как Decimal Chain, с уникальным нативным токеном DEL.

Основанный на блокчейне проекта Cosmos SDK, Decimal Chain руководствуется консенсусом DPoS. Это проект позволяет на децентрализованной основе создавать криптовалюты разных категорий, включая NFT и стейблкоины, игры и приложения. И еще одной из самых важных его особенностей является использование так называемых “мостов”, технологию кроссчейна, что позволяет совершать переходы между блокчейнами.

Преимущества и недостатки блокчейна

Технология блокчейн предлагает множество преимуществ в применении, но также чревата рисками и опасностями.

Самые большие преимущества блокчейна:

• Защита данных, безопасность, прозрачность
• Децентрализованная структура, поэтому нет необходимости в посредниках
• Множество возможных применений с высоким потенциалом повышения эффективности
• Лучшая отслеживаемость
• Низкие транзакционные издержки

Но, следует отметить следующие недостатки:

• Все еще слишком мало областей применения
• Комплексное внедрение новых технологий
• Неопределенность в отношении новой, относительно неизвестной технологии
• Растущий объем данных приводит к проблемам хранения

Блокчейн или база данных — различия

Основное отличие блокчейна от обычной базы данных заключается в сетевой архитектуре. Базы данных используют архитектуру клиент-сервер, где пользователь может запрашивать данные, которые хранятся на центральном сервере. Управление осуществляется контролирующим органом (администратором).

В отличие от этого, блокчейн состоит из нескольких децентрализованных узлов, которые берут на себя управление.

В этом смысле функциональность блокчейна в основном сосредоточена на следующих моментах:

• Проверка ценности с помощью криптографической защиты
• Обеспечение возможности совершения сделок без посредника
• Безопасное хранение ценностей
• Безопасное кредитование и обмен ценностями
• Безопасные расчеты и оценка движения активов

Заключение

По своей сути, основная идея блокчейна может быть описана пятью фундаментальными свойствами: неизменность, безотказность, целостность, прозрачность и равные права.

Суть блокчейна заключается в его децентрализации. Это также является его преимуществом перед обычными системами баз данных. В настоящее время уже существуют различные блокчейн-приложения, использующие такие основные свойства блокчейна, как эффективность, производительность и прозрачность.

Однако во многих бизнес-приложениях полная прозрачность нежелательна. Поэтому еще предстоит выяснить, как в будущем будет соблюдаться баланс между необходимой прозрачностью и желаемой конфиденциальностью.