Что такое Блокчейн простыми словами. Всё о технологии Blockchain

 

Блокчейн – цепочка блоков с информацией, которая хранится на устройствах благодаря технологии распределённого реестра. Новая форма базы данных, наделённая защитой от перезаписи криптографической устойчивостью и открытостью, если это необходимо.

 

Как устроен блокчейн

 

Структура данных блокчейна простыми словами – это упорядоченный список блоков транзакций (реестр), где каждый последующий блок ссылается на предыдущие. История сохраняется в виде цельного либо шардированного файла, или простой базы данных.

 

Каждый блок идентифицируется хэшем. Он создаётся с использованием алгоритма криптографического хэширования (SHA-256, Ethash, Scrypt, Cryptonight, X11…).

 

Хэш-функции не имеют конфликтов. Невозможно найти два одинаковых сообщения с одинаковым хэшем. Алгоритм преобразовывает данные произвольного размера в битовую строку фиксированного размера. Полученный компактный хэш код гарантированно соответствует входным данным, а обратное преобразование выхода становится практически невозможным.

 

У каждого блока есть родительский блок, и новые блоки ссылаются на него в поле хэша предыдущего блока. Цепочка внутри него ведёт к самому первому созданному «генезис» блоку. Так подтверждается валидность новых блоков. Все они связаны между собой последовательностью хэшей.

 

ДНК ребёнка изменится, если изменить личность родителя. И если родительский блок хоть как-то изменится, потребуется изменить хэш дочернего элемента. Это вызовет мутацию внука, правнука и всех последующих поколений. Каскадный эффект в блокчейне создаёт необходимость пересчёта всех дочерних блоков при изменении, что требует огромного количества вычислений. Наличие длинной цепочки защищает всю прежнюю историю, вплоть до самой основы блокчейна, от перезаписи. Неизменность – ключевая особенность безопасности, суть технологии блокчейна.

 

Создать ложные записи в предстоящем времени возможно теоретически, при наличии большинства голосов валидаторов сети. Например, блокчейн Bitcoin работает на алгоритме Proof-of-Work (PoW), где создание новых блоков обеспечивается доказательством работы (вычислениями на устройствах ASIC). А в Ethereum 2.0 применяется алгоритм Proof-of-Stake (PoS), где записи подтверждают валидаторы доказательством своей доли (размещением стейка, крупной суммы криптовалюты).

 

Если атакующий будет обладать более чем 51% вычислительной мощности всей сети, работающей на PoW, или сможет подчинить себе большинство валидаторов, которым одновременно повезло оказаться в нужном для атаки шарде при PoS, станет возможным записать ложные транзакции в новый блок. Стоимость такого мероприятия несоразмерна потенциальной прибыли, и риск нарушения последовательности плана слишком высок. Это делает систему блокчейн защищённой от записи ложных данных и в будущем времени.

 

Что значит децентрализация

 

У каждой компании есть генеральный директор и центральный офис. Современное государство олицетворяет демократическое мнение большинства, но решения принимаются централизованно группой избранных людей. Платёжные системы и коммерческие банки в конечном счёте подчиняются Национальному Банку внутри страны.

 

Децентрализация позволяет достичь консенсуса путём избавления от центрального органа в пользу коллективного принятия решений.

(а) – Централизованная сеть. (b) – Децентрализованная сеть. (c) – Распределённая сеть.

 

Блокчейн основан на децентрализации (Decentralized), распределении (Distributed) и пиринге, равенстве узлов реестра (Peer-to-Peer). Современные дискуссии подвергают пересмотру точную формулировку значения «распределённых» сетей, но современные блокчейны можно считать объединением этих 3 концепций.

 

Децентрализованная блокчейн сеть стремится к решению 3 проблем:

 

  • Архитектурная – сколько физических устройств нужно для работы? Какой процент из них может полностью отключиться, и это не повлияет на стабильное функционирование?
  • Политическая – сколько персон или организаций владеют, или могут повлиять на компьютеры, что поддерживают работу сети?
  • Логическая – структура данных цельная, или представляет собой стихийный рой? Если отрезать половину провайдеров и пользователей системы, смогут ли они продолжить функционирование как независимые системы?

 

Аргументы в пользу децентрализации:

  • Отказоустойчивость – множество компонентов работают наравне, и случайный выход из строя становится маловероятен.
  • Устойчивость к атакам – ценностная целесообразность атаки ниже потенциального дохода. Чтобы снести образный «дом» информации, требуется затратить средства на снос всего «города».
  • Устойчивость к сговору – в открытой системе, группе людей сложнее сговориться, чтобы действовать в свою пользу за счёт остальных участников, слабозащищённых или действующих неслаженно. Широкая публика всё время наблюдает за событиями в системе блокчейн, обладая равным уровнем доступа к информации.

 

Потенциальные уязвимости децентрализованных сетей (эти сценарии не обязательно происходят, или происходили на практике):

 

  • Все узлы используют одинаковое клиентское программное обеспечение, и в нём обнаруживается ошибка.
  • Команда разработчиков программного обеспечения, или исследовательская группа, предлагающая обновление протокола могут быть коррумпированы.
  • В блокчейне, работающем на алгоритме Proof-of-Work (PoW), 70% майнеров концентрируются в одном государстве, и власть решает захватить все майнинг-фермы в национальных интересах.
  • Большинство майнинг-оборудования на алгоритме Proof-of-Work (PoW) создаётся одной компанией. Её подкупают или принуждают установить бэкдор, позволяющий отключить его по желанию.
  • В блокчейне, работающем на алгоритме Proof-of-Stake (PoS), 70% средств, замороженных в стейкинге, сконцентрированы в одном кастодиане (бирже, пуле).

 

Работа над увеличением свободы и децентрализации блокчейн сетей продолжается: разработчики представляют разные организации и страны, перед голосованием за обновление протокола пользователи максимально информируются о подробностях, для принятия осознанного решения, алгоритмы майнинга (и стейкинга) совершенствуются для минимизации рисков централизации.

 

Что такое пиринговая сеть (P2P)

 

P2P (Peer-to-Peer) – одноранговая сеть, где группа компьютеров связана между собой одинаковыми разрешениями и обязанностями по обработке данных.

 

В отличие от традиционной клиент-серверной сети, никакие устройства не предназначены исключительно для обслуживания или приёма данных. Каждая подключенная машина, имеет те же права, что и остальные, и может использоваться для тех же целей.

 

Для создания блокчейн транзакции клиент не должен обращаться к центральному серверу. Он сообщает о событии узлам, и они распространяют информацию дальше в децентрализованной сети.

 

Приватные и публичные блокчейны

 

Публичный блокчейн – открытая сеть.

Примеры: Ethereum, Free TON.

 

Одно из самых больших преимуществ публичного блокчейна – отсутствие необходимости в доверии. Всё записано, открыто и не может быть изменено. Все транзакции отображает обозреватель блокчейна. Каждый заинтересован в том, чтобы делать правильные вещи для улучшения сети. Нет необходимости в посредниках.

 

Другое важное преимущество – безопасность. Чем более децентрализован и активен публичный блокчейн, тем безопаснее он становится. Чем больше людей работает в сети, тем труднее становится атака любого типа. Злоумышленникам практически невозможно объединиться и получить контроль над сетью.

 

Последний элемент того, что делает публичный блокчейн успешным – это прозрачность. Все данные, связанные с транзакциями, открыты общественности для проверки. Прозрачность общедоступной цепочки блоков увеличивает потенциальные варианты использования блокчейна, такие как децентрализованная идентификация.

 

Недостаток публичного блокчейна – это скорость. Открытые сети, такие как Bitcoin, чрезвычайно медленны, им удается обрабатывать только 7 транзакций в секунду. Сравните это с VISA, которая может выполнять 24 000 транзакций в секунду, и вы поймёте, в чем проблема. Публичные блокчейны работают медленно, потому что сети требуется время для достижения консенсуса. Кроме того, время, необходимое для обработки одного блока, занимает больше времени по сравнению с приватной цепочкой блоков.

 

По другую сторону – проблемы масштабируемости. Фактически, чем больше используется публичный блокчейн, тем медленнее он работает, потому что больше транзакций засоряют сеть. Однако предпринимаются шаги для решения и этой проблемы. Сети Bitcoin Lightning Network и блокчейн Эфириума 2.0 могут снизить нагрузку и удешевить транзакции.

 

Приватный блокчейн – закрытая сеть.

Примеры: Ripple, Monero, Hyperledger.

 

После успеха Биткоина, общество задумалось о пользе цифровой технологии блокчейн в коммерческом секторе. Однако подключение корпоративной цепочки блоков к общедоступной сети может быть проблематично. В первую очередь, из-за ограничений по скорости, и невозможности вносить нужные правки в исходный код. Так появились приватные блокчейны.

 

Главное преимущество приватного блокчейна – скорость. Частные блокчейны имеют гораздо меньше участников, а это означает, что сети требуется меньше времени для достижения консенсуса. Они могут обрабатывать миллионы транзакций в секунду. Если сравнить это с 7 транзакциями Bitcoin в секунду, это огромная разница.

 

Корпоративные блокчейны более масштабируемы. Только несколько узлов авторизованы и отвечают за управление данными. Процесс принятия решений намного быстрее, потому что он централизован.

 

Однако централизация частного блокчейна – один из его самых больших недостатков. Блокчейн был построен, чтобы избежать централизации, а частный блокчейн по своей сути становится централизованным.

 

Доверие – серьезная проблема в частной цепочке блоков. Валидность приватной сети блокчейнов зависит от доверия к авторизованным узлам. Они должны заслуживать доверие, поскольку они проверяют и подтверждают транзакции. Действительность записей не может быть проверена независимо в частном блокчейне.

 

Безопасность – еще одна проблема. Чем меньше узлов, тем проще злоумышленникам получить контроль над сетью. К сожалению, приватный блокчейн гораздо больше подвержен риску взлома или манипулирования данными.

 

Развитие технологии безусловно позволит корпоративному сектору находить решения для перемещения части своих данных в блокчейны. В частности, повышать устойчивость закрытых корпоративных образований с помощью комбинированных блокчейнов, присоединяя их к развитым публичным сетям.

 

Что такое узлы (ноды)

 

Ноды отвечают за хранение и обновление фрагментов данных блокчейна, или его всего целиком. Это могут быть компьютеры, серверы или даже домашний ноутбук. Они постоянно сообщаются и синхронизируются между собой для получения настоящего состояния сети.

 

С развитием технологии появились и специфические роли нод. Традиционно существуют полные узлы (хранят копию всей истории блокчейна) и облегчённые узлы (хранят и обрабатывают только тот объем данных, что необходим лично им для взаимодействия с сетью).

 

Теоретически, весь блокчейн мог бы работать на единственной ноде, но это легко ставит сеть под уязвимость – так она становится централизованной. Подключение узлов с разных точек планеты упрощает взаимодействие с блокчейном, делает работу сети стабильной и безопасной. Не только майнеры, но и волонтёры запускают свой узел для поддержки блокчейна на чистом энтузиазме. Всё, что для этого требуется: загрузить на компьютер core-клиент, дождаться полной загрузки блокчейна на свой жёсткий диск, и как можно чаще быть онлайн.

 

Растущий размер Bitcoin блокчейна (300+ ГБ) постепенно усложняет заинтересованность рядовых пользователей в его хранении на жёстком диске. И делает невозможным быстрое использование клиента (особенно старт). Потому появились «лёгкие» кошельки и Simple Payment Verification (SPV) ноды. Они хранят фрагменты данных, начиная с определённой высоты блока, и синхронизируют цепочки только своих транзакций, используя дерево Меркла. Так теряется количество полноценных узлов, но это делает блокчейн доступнее для повседневных нужд.

 

Со временем ноды получили более специфические роли. Самые популярные формы:

 

  • Обрезанный полный узел (Pruned Full Node) – постоянно загружает новые блоки, но удаляет старые, достигая лимита памяти. Например при уровне 1ГБ, при заполнении памяти начнёт происходить очистка от устаревших данных. Несмотря на отсутствие полной истории, обрезанные ноды могут участвовать в валидации блоков и помогать в достижении консенсуса.
  • Архивный полный узел (Archival Full Node) – обязательно хранят всю историю блокчейна и могут участвовать в проверке новых блоков. Некоторые архивные узлы не могут добавлять записи в блокчейн, а лишь хранят его историю. Это зависит от специфики конкретной сети.
  • Майнинг узлы (Mining Nodes) – участники процесса валидации, что хранят всю историю или её фрагмент, и участвуют в добыче блоков с помощью алгоритма Proof-of-Work (PoW). Доказательство валидности их решений подкреплено криптографическими вычислениями.
  • Стейкинг узлы (Staking Nodes) – участники процесса валидации, что хранят всю историю или её фрагмент, и участвуют в добыче блоков с помощью алгоритма Proof-of-Stake (PoS). Доказательство валидности их решений подкреплено денежным депозитом.
  • Управляющие узлы (Authority Nodes) – несмотря на децентрализованную природу блокчейна, существуют сети с более избирательным принципом валидации, когда команда разработчиков или сообщество голосуют за определённые узлы, которым они будут доверять достижение консенсуса. Только эти избранные ноды принимают окончательное решение о состоянии таких блокчейнов.
  • Мастерноды (Masternodes) – в отличие от полных узлов, они не могут добавлять новые блоки в цепочку. Их роль только в учёте и проверке транзакций. Но, как и майнеры, мастерноды могут получать доход за предоставление своих услуг. Для этого настраивается выделенный сервер с круглосуточным аптаймом.
  • Лайтнинг узлы (Lightning Nodes) – запускаются частными лицами или организациями, при наличии доверия между контрагентами. Облегчённые, молниеносные сети проводят транзакции вне основного блокчейна, передавая ему итоговые состояния балансов только до и после серии транзакций. Это значительно снижает нагрузку на блокчейн, и комиссии, что придётся заплатить в итоге.

 

Как проходят транзакции

 

На примере популярного блокчейна криптовалюты Bitcoin

Пользователь инициирует транзакцию, генерируя хэш в своём кошельке. Он содержит сведения о входах и выходах, сумму перевода и размер награды для майнера (комиссии). Хэш отправляется в сеть, проверяется нодами на валидность и попадает в пул транзакций. Переводы с высокой комиссией имеют приоритет на включение в блок.

 

Майнеры постоянно добывают новые блоки и отслеживают появление транзакций в очереди. Счастливчик, нашедший блок, самостоятельно решает, какие из них включать, и получает за это содержащуюся в них комиссию. Транзакция, попавшая в блок, называется подтверждённой. После первого подтверждения транзакции, коины попадают на кошелек получателя. Последующие блоки добавляют к ней количество подтверждений – безопасным считается наличие хотя-бы 3, а для больших сумм – от 20.

 

Сферы применения блокчейна

 

Изначально, Bitcoin воспринимался как сеть для электронных платежей. Его блокчейн быстро стал непригодным для простых расчётов, из-за популярности. 2021 год начался со средней комиссии в 10$ для включения транзакции в блок. Каждый год появлялись новые блокчейны, решая разные задачи, и в первую очередь – масштабируемости.

 

Когда были протестированы алгоритмы Proof-of-Stake (PoS) для валидации блоков, стало понятно, что не обязательно требовать от пользователей такие затраты на подтверждение переводов. Теперь требуется минимум электроэнергии, а интерес майнера поддерживается наградой за чеканку новых блоков.

 

Современные технологии шардирования, применяемые в Ethereum 2.0 и Free TON, позволяют обрабатывать миллионы транзакций в секунду, оставляя далеко позади фиксированный лимит в 7 транзакций у Bitcoin.

 

Смарт-контракты дают разработчикам возможность быстро реализовывать свои идеи на децентрализованном суперкомпьютере, без необходимости разрабатывать индивидуальный блокчейн.

 

Будущее технологии блокчейна становится всё более явным. Его сфера применения давно начала выходить за рамки анонимных цифровых платежей.

 

Суммарная капитализация криптовалют достигла 1 трлн. $. Сравнимо с мировыми компаниями, экосистема блокчейнов находится в десятке лучших, соседствуя с Microsoft, Google, Facebook, Apple, Tencent, Alibaba. О применении Blockchain и других IT-технологий в странах лидерах вы можете в серии наших статей про разные страны: ОАЭ, Сингапур, Латвия, Эстония и Гонконг.

 

Финансовый сектор

 

Коммерческие финансовые компании и регуляторы ищут пути для поиска и внедрения преимуществ блокчейн технологии.

 

Снижение стоимости денежных переводов – первая причина. Перекладывая вычисления на плечи пользователей, можно увеличить доходность и сделать систему устойчивой к атакам.

 

Валидация платежей укрепляется. Исключается подделка чека клиентом, за которой следует судебный спор о возмещении средств. Транзакция быстро проходит и бетонируется в блокчейне. Подтверждение личности отправителя при этом тоже близится к новому эталону – цифровой подписи на основе документов, устройства или даже внешности.

 

Подделка бухгалтерских записей сходит на нет, а отмывание денег с исчезновением следа на фрагменте цепочки становится невозможным, если банки достигнут соглашения с регуляторами о запрете на удаление истории.

 

Появление CBDC (Цифровой Валюты Центрального Банка) и популярность этой инициативы в десятках стран говорит о том, что национальная валюта вскоре будет передаваться между электронными устройствами. Технологию блокчейн в экономике, как инструмент, активнее всех внедряет Китай.

 

Институциональные инвесторы открыто заговорили о ценности Bitcoin, и публикуют данные о наличии его в своих портфелях. Фонды включают опцию хранения средств вкладчиков в криптовалюте. Капитализация Биткоина уже превысила 0,7 трлн. $ и пока далека от золота, но приближает его к мировому статусу валютного резерва. Цифровая экономика обретает ликвидность.

 

Медицина и образование

 

Криптовалютные вымогатели, шифрующие данные на серверах, в том числе и медицинских, образовательных учреждений, активно подталкивают их к переносу баз данных в блокчейн.

 

Потеря чувствительной информации – истории пациента, может стоить ему здоровья и даже жизни. Блоки, что невозможно изменить или взломать, надёжно будут хранить эти данные в зашифрованном виде. Глобальная открытая база позволит выдавать нужные доступы учёным и компьютерам с AI, для проведения исследований.

 

Цепочки поставок лекарств могут быть более контролируемы. Без центрального сервера, и с надежной криптографической устойчивостью, каждая упаковка может отслеживаться от завода до потребителя.

 

Успеваемость и посещаемость студентов – нередко почва для коррупции в слаборазвитых странах. Международный блокчейн с результатами учащихся мог бы повлиять на ситуацию, и изменить уровень имиджа учебных заведений на мировой арене. Дипломы и другие документы легко будут проверяться на подлинность, без необходимости выпуска их на физическом носителе.

 

Недвижимость

 

Брокеры, юристы и банки давно являются частью экосистемы недвижимости. Блокчейн может привести к изменению их ролей и участия в сделках с недвижимостью.

 

Новые платформы могут в конечном итоге взять на себя такие функции, как листинги, платежи и юридическая документация, перенеся часть бумаг в блокчейн контракты. Исключение посредников приведёт к тому, что покупатели и продавцы получат больше от своих денег, поскольку они сэкономят на комиссиях и сборах, взимаемых этими посредниками. Это значительно ускорит процесс, так как между этими посредниками сокращается время общения.

 

Недвижимость долгое время считалась неликвидным активом, так как для завершения продажи требуется время. Это не относится к криптовалютам и токенам, поскольку теоретически их можно легко обменять на фиатные валюты через биржи. Однако в качестве токенов недвижимость можно легко продать. Продавцу не нужно ждать покупателя, который может позволить себе всю собственность, чтобы получить некоторую ценность от своей собственности.

 

Государственное управление

 

Цифровое правительство на основе технологии блокчейна может защитить данные, оптимизировать процессы и сократить количество случаев мошенничества, расточительства и злоупотреблений, одновременно повышая доверие и подотчётность.

 

В такой модели правительства отдельные лица и предприятия совместно используют ресурсы в распределённом реестре блокчейна, защищённом с помощью криптографии. Эта структура устраняет единую точку отказа и по своей сути защищает конфиденциальные данные граждан и государства.

 

Возможно решить застаревшие проблемы и использовать следующие преимущества блокчейна:

  • Безопасное хранение данных правительства, граждан и бизнеса
  • Снижение трудоёмких процессов
  • Снижение чрезмерных затрат, связанных с управлением подотчётностью
  • Сниженный потенциал для коррупции и злоупотреблений
  • Повышенное доверие к правительству и гражданским онлайн-системам

 

Формат распределенного реестра может использоваться для поддержки множества приложений государственного сектора, включая цифровую валюту, платежи, регистрацию земли, управление идентификацией, блокчейн паспорт, отслеживание цепочки поставок, здравоохранение, корпоративную регистрацию, налогообложение, блокчейн голосование (выборы и предварительные результаты) и управление юридическими лицами.

 

Блокчейн в России

 

В коммерческом секторе активнее всего разрабатываются проекты по документообороту, регистрации сделок и логистике.

 

Центральный банк намерен выпустить цифровой рубль. Регулярно публикуются доклады о результатах исследований.

Необходимость в шифровании персональных данных граждан, в конкурентной борьбе между государствами за обладание информацией, гораздо проще воплотить с помощью блокчейна в России. Отсутствие централизованных серверов снижает риск диверсии. Уменьшаются и общие расходы на поддержание подобной инфраструктуры.

 

Блокчейн-проекты по всему миру привлекают множество программистов, чей труд по часам всегда оценивается выше среднерыночного. Криптовалютные задачи часто предлагают дополнительный множитель, что делает экономически перспективным направление блокчейн разработки внутри страны, и для аутсорсинговых компаний.

 

Форки блокчейна

 

Поскольку цепочка блоков децентрализована, и может управляться сообществом, её дальнейшее развитие зависит от голосования. Когда инициативная группа предлагает обновление, внушительную часть голосов могут отдать против, но останутся и те, кто за. Так появляются форки.

 

Софт форки

Новая версия программного обеспечения, требующая от нод (валидаторов, майнеров) обновиться для продолжения работы. Если они не обновят свой софт, то смогут продолжать наблюдать действительную цепочку, но не смогут участвовать в добыче новых блоков. Сеть просто перестанет их видеть.

 

«Лёгкий» форк может содержать некритические обновления, но для высокого уровня защищённости сети, во избежание ошибок, майнерам и пользователям рекомендуется обновляться как можно скорее.

 

Хард форки

Критическое обновление с радикальным изменением исходного кода. Если узел не обновится на новую версию, он не сможет участвовать в работе сети. Это же касается и пользователей.

 

«Тяжёлый» форк влечёт за собой раздвоение сети. Если найдётся достаточное количество желающих поддерживать работу осколка, то он начнёт существовать отдельно, используя старую, или отличную от оригинальной версию кода.

 

При этом пользователи, обладающие приватными ключами и средствами с высоты блока на момент раздвоения, смогут тратить их в обеих цепочках, используя одну и ту же подпись.

 

Самые популярные хард форки: 

Bitcoin Cash, Bitcoin SV, Ethereum Classic.

Регистрируясь, вы акцептуете Оферту
Товарный знак Кошелёк.ру принадлежит
ООО "Кошелёк.ру" (ИНН 7811454512)
help@koshelek.ru
8(800)55555-89 для звонков по РФ
+7(900)55555-89 для международных звонков и мессенджеров