Как работает блокчейн Максимально простое и полное объяснение

Биткойн и другие криптовалюты работают на технологии блокчейн. Простыми словами это «цепочка блоков». В каждом блоке содержится информация о переводе: кто, когда, кому и в каком количестве передал деньги. Но кроме финансовых данных в блоке есть еще две строчки: хеш-сумма предыдущего блока и новая хеш-сумма.

Как происходят транзакции в Блокчейне

Слово hash в переводе с английского означает «фарш» — ​тот самый, который нельзя провернуть назад. Производством «фарша» занимается функция свертки, которая умеет превращать данные любого объема в строку относительно небольшой длины. К примеру, можно пропустить четыре тома «Войны и мира» через функцию свертки и получить на выходе 20 символов. Это и есть хеш-сумма. Если изменить в романе хоть одну букву, хеш станет другим.

Подобные функции используются для контроля сохранности данных. К примеру, если вам по сети прислали роман «Вой­на и мир» и хеш-сумму к нему, компьютер может легко «пробежать» текст и проверить, соответствует ли он исходным данным. И если не соответствует, значит, по пути файл повредился или кто-то намеренно внес в него изменения.

Подытожим. Блок — ​это кусочек информации, который содержит хеш предыдущего блока, информацию о финансовой транзакции и новый, свой хеш. Блоки выстраиваются друг за другом, образуя большую «бухгалтерскую книгу» — ​блокчейн.

Для проведения транзакции в Блокчейне пользователю нужен минимальный набор инструментов. А если быть точнее — всего два ключа: публичный и приватный. Публичный ключ, как и следует из названия это технологии, открыт для просмотра всем желающим — это набор цифр и букв, который представляет собой номер кошелька. Приватный ключ, также представляющий собой определенный шифр, позволяет финализировать, подписывать транзакции в пределах собственного кошелька.

Что такое Блокчейн: децентрализация и распределенность

В основе принципа Блокчейна лежит принцип децентрализации и распределенности. Блокчейн надежно защищен от взлома. Во-первых, если зло­умышленник попытается переписать информацию внутри одного из блоков, цепочка разорвется. У взломанного блока изменится сумма, и следующий блок к нему уже не подойдет, ведь он содержит старый хеш предыдущего блока. Если открыть следующий блок и переписать в нем «входной» хеш, то «выходной» тоже изменится. Получается, единственный способ изменить блок в цепочке — ​переписать и все последующие блоки за ним.

Но и это не поможет, потому что кроме «во-первых» есть еще «во-вторых». Блокчейн — ​это пиринговая система, как BitTorrent*. Она не имеет единого центра — ​сервера, который можно было бы взломать или отключить. Копии блокчейна содержатся на всех компьютерах, подключенных к сети. Выходит, чтобы приписать себе биткойн-другой, необходимо «задним числом» переписать множество блоков почти на четырех миллионах компьютеров.

И первое, и второе гипотетически возможно, если злоумышленник сумеет получить контроль больше чем над половиной компьютеров в сети. Такой механизм взлома называется атакой 51 %.

* BitTorrent — ​протокол для обмена файлами через интернет. Пользователи сети BitTorrent скачивают фрагменты нужных файлов с компьютеров таких же пользователей, а не со специальных серверов.

Принцип работы Блокчейна на примере Биткоина

Итак, в сети Биткойн почти 4 млн равноправных компьютеров. И когда кто-то отправляет кому-то монеты, все эти компьютеры принимаются делать блоки и вычислять хеши. Но в блокчейн нужно записать всего один блок, и только один компьютер удостоится этой чести. Это своего рода лотерея, которая проходит по определенным правилам.

Хеш-сумма — ​это буквально сумма, то есть число. И особенность этой функции такова, что на один и тот же роман «Война и мир» можно получить бесконечное количество корректных хешей. Сам блокчейн биткойна постоянно устанавливает некий «целевой хеш» — ​произвольное число. Первый компьютер, которому удастся «выбить» хеш меньше целевого, получает право записать блок в цепочку. А его владельцу достанется награда — ​определенная сумма в криптовалюте — новых биткойнах. Процесс создания блоков с целью получения вознаграждения называется майнингом.

Алгоритм вычисления этой функции специально устроен так, чтобы посчитать хеш было сложно. На то есть две причины. Первая — ​защита от взлома. Если бы хеш вычислялся быстро, зло­умышленник мог бы легко переписать все блоки, следующие за фальшивым.

Вторая причина связана с тем, что биткойн — ​это криптовалюта, то есть деньги. Если «печатать» их слишком много, они обесценятся. Сеть постоянно варьирует целевой хеш так, чтобы новые биткойны рождались примерно раз в 10 минут. Когда на рынок приходят новые майнеры и подключают более мощные компьютеры, целевой уменьшается, и получить награду становится сложнее.

История Блокчейна

Технология, лежащая в основе принципа Блокчейна, а именно децентрализованное хранение информации, появилась еще в 90-х годах. Однако широкую огласку и применение Блокчейн получил сравнительно недавно — в 2008 году, когда анонимный герой, скрывающийся под псевдонимом Сатоши Накамото, продемонстрировал миру возможности технологии. Для демонстрации «революционер распределенного реестра» выбрал формат статьи, в которой описывались возможности децентрализованной системы, а также принципы распределенной базы данных. Первый блок появился в 2009 году, после чего началось стремительное развитие этой технологии. На данный момент различных криптоинстументов насчитывается несколько тысяч.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

1. Хешрейт. Показатель вычислительной мощности оборудования, который измеряется в H/s (хешей в секунду). Например, этот показатель видеокарты NVIDIA Geforce RTX 2060 при добыче криптовалюты Etherium — ​около 30 MH/s.
2. Сложность майнинга. Характеристика сети, которая показывает, сколько хешей нужно вычислить всем подключенным устройствам, чтобы появилась новая монета. Измеряется в H/s (­хешей в секунду).
3. Халвинг. Периодическое двукратное уменьшение вознаграждения майнера за запись блока. В сети Биткойн производится через каждые 210 тыс. блоков, чтобы не допустить инфляции криптовалюты.

Блокчейн и биткоин. Как они связаны?

А связаны они буквально «пуповиной»: ведь bitcoin — это «любовный плод» первого успешного использования технологии блокчейн. Если максимально упростить приведенное выше описание, то блокчейн представляет собой общую папку, например на FTP, куда по приглашению могут заходить любые пользователи, изучать ее содержимое (при том что каких-либо скрытых папок в ней нет). Кроме того, пользователям без посредников доступна вся информация о том, кто до них заходил в эту большую общую папку, какие файлы загружал и какие другие действия осуществлял. Что характерно, всех участников сети можно распределить по степени доступа к информации: у разных пользователей он может отличаться. Кому-то доступен только просмотр содержащихся в папке файлов, кто-то — адресат конкретных данных — может скачивать адресованные ему файлы (остальные участники процесса могут только наблюдать).

Так вот, возвращаясь к биткоину, транзакции, которые исторически осуществляли первые пользователи, это были переводы между их электронными кошельками, проводимые по выше описанному принципу. Популярность блокчейна во всем мире способствовала и развитию технологий блокчейна, познакомив широкие массы с их преимуществами. Впоследствии, помимо биткоина, появились и другие криптовалюты (ethereum, например), а также другие способы использования технологии. Хотя цифровая валюта по-прежнему в приоритете применения блокчейна. Еще один важный вопрос, который стоит осветить в этом параграфе — это различные платежные средства функционируют на блокчейне? Здесь существует два основных вида платежных средств. Первое — это непосредственно сами криптовалюты (bitcoin, ethereum и так далее) с многомиллиардный капитализацией. Второй вид платежных средств — это криптовалюты, которые создали и выпускают центральные банки, осуществляющие таким образом эмиссию государственной валюты. Однако в большинстве случаев этот опыт финансовых учреждений далек от принципа децентрализации (один из краеугольных камней технологии блокчейн).

Доказательство работы

Высокая сложность вычисления хеш-функции надежно защищает блокчейн от взлома, а заодно обеспечивает ценность валюты ограниченным вычислительным ресурсом компьютеров. Поэтому этот механизм, получивший название Proof of Work (доказательство работы), сегодня используется в большинстве криптовалют. Но у него есть очевидный недостаток: миллионы машин расходуют электричество и коптят небо, не производя никакой полезной работы. Поэтому у Proof of Work появились конкуренты.

1. Proof of Space (доказательство дискового пространства). Пользователи жертвуют свободным местом на жестких дисках, размещая на них большие массивы информации — ​к сожалению, бессмысленной. Процесс создания этих массивов называется плоттингом, он довольно ресурсоемкий и требует быстрых твердотельных накопителей, которые к тому же стремительно выходят из строя. Зато сами плоты можно хранить на любых дисках. Сеть задает целевой хеш, и пользователь, чей массив позволит «выбить» наиболее близкую хеш-сумму, получает награду. Так работает механизм Proof of Space, который не требует большого расхода электричества и вычислительных мощностей.
2. Proof of Time (доказательство времени). Механизм Proof of Time связан с простыми вычислениями, которые, однако, должны происходить синхронно на разных машинах. Результат опирается в большей степени на случайность, чем на вычислительную мощность.
3. Proof of Stake (доказательство доли владения) обсуждается в криптосообществе как наиболее перспективная альтернатива Proof of Work. Он вообще не предполагает ни майнинга, ни привязки ценности валюты к какому-либо техническому ресурсу. Подтверждение блоков и распределение наград разыгрывается случайным образом между участниками, которые внесли депозит. С увеличением депозита шанс получить вознаграждение увеличивается. Но если участник работает недобросовестно и подтвердил фальшивый блок, его «ставка» сгорает. Так система страхует себя от взлома.

Минусы технологии блокчейна

Многие эксперты среди минусов технологии блокчейн прежде всего называют проблемы технологического характера. Например, масштабируемость проектов, сделанных на этой технологии. Это связано с тем, что современные системы распределенных реестров имеют ограничения в количестве обрабатываемых транзакций. В конечном итоге это приводит к торможению многих процессов и уменьшению оборотов транзакций.

Еще один существенный минус технологии связан проблемами конфиденциальности. Подделать блок невозможно, но его теоретически можно взломать. Блокчейн считается анонимной технологией, однако некоторые его виды все же могут быть подвержены и уязвлены хакерским атаками. Например, «атаками 51%». Чтобы такое случилось, нужно собрать некую коалицию пользователей, располагающих огромными компьютерными мощностями, которые позволят им поменять записи в конкретном блокчейне.

Кроме того, серьезной проблемой, осложняющей жизнь приверженцев технологии блокчейна, стали его ресурсные и энергетические затраты. Есть и правовые риски, также доставляющие подчас головной боли.

Раз уж мы обсудили минусы технологии, грешно будет не сказать о плюсах, вернее, даже перспективах блокчейна. А они вполне радужные. Хайп, сопровождавший развитие проектов на блокчейне, стих. Соответственно, волна мошеннических схем с использованием криптоактивов, наблюдавшаяся пять лет назад в 2017-2018 годах, также улеглась. Уже сейчас наблюдается активное внедрение технологий на блокчейне в коммерческие проекты и кампании, связанные с госсектором разных стран.

Благодаря блокчену, на фондовых рынках становится все меньше различных барьеров. Во многом этому способствует успешная конвергенция таких инструментов как ICO / STO с уже ставшим традиционным IPO. Кстати, что такое ICO и как можно зарабатывать на токенах, читайте в нашем материале.

Сферы применения Блокчейна

Проекты на блокчейне позволяют сделать все осуществляемые процессы безопаснее, быстрее, доступнее и качественней. Основной сферой применения блокчейна до недавнего времени являлось использование технологии в области криптовалют. Блоки стали технологической базой, платформой для выпуска криптовалют, а также их токенизации, то есть секьюритизации активов. Блокчейн также нашел применение в банковской сфере, позволяя финансовым учреждениям снижать затраты, оптимизировать инфраструктуру и делать процессы прозрачными. Технология с ее безопасным внесением данных используется в области кибербезопасности и идентификации личности (создание цифрового профиля пользователя). При этом в будущем механизмы блокчейна еще явно не раз нас всех удивят.

Будущее блокчейна будет базироваться на трех его основных преимуществах: безопасности, защищённости и открытости. Например, банки уже активно внедряют технологию, снижая тем самым расходы, связанные с операционной деятельностью. Кроме того, проекты, использующие механику смарт контрактов и блокчейна, растут как грибы после дождя. Блоки находят применения в различных областях человеческой жизнедеятельности, которые подвержены рискам, связанным с мошенниками или сохранностью данных. Совершенно точно в обозримом будущем на блокчейн перейдут такие сервисы, как микроплатежи и банковские операции, медицина и юриспруденция, логистика и бухгалтерия. Еще одной важной сферой применения блокчейна стали платежные средства. Есть два типа платежных средств. Первое — это криптовалюты (биткоин или эфир), которые сейчас имеют многомиллиардную капитализацию. Второй — это когда центральные банки выпускают собственные криптовалюты, однако зачастую эти проекты далеки от децентрализованной эмиссии. В качестве вывода можно с уверенностью сказать, что хайп, который возник вокруг блокчейна, в 2018 году вряд ли возможен в современных реалиях, но совершенно точно попытки внедрять технологию блокчейна в различные коммерческие секторы будут только расти.