Что такое технология Blockchain и как она работает

Небольшой исторический экскурс

Технологии, связанные с распределением вычислений и децентрализованного хранения данных, были представлены еще в 90-х годах прошлого века. Но термин «блокчейн» появился сравнительно недавно. И связано это с неким Сатоши Накамото, показавшим, как эту технологию можно использовать для организации новой финансовой системы. Под этим псевдонимом была опубликована статья, которая стала манифестом этой инновационной технологии. Были описаны ее характеристики и возможности, позволяющие создать децентрализованную систему для финансовых расчетов. Генерация первого блока пришлась на 2009 год.

Технология блокчейн в первую очередь связывается с биткоином. Действительно, это первое и самое известное использование подобной технологии. Транзакции, который осуществляются в нем, представляют собой переводы финансов между кошельками пользователей. Каждый участник имеет сведения о любой транзакции, когда-либо осуществленной в блокчейне — начиная с первой операции в 2009 году. В последующем основы блокчейна были использованы для создания других криптовалют и прочих возможных форм использования.

Описание технологии простым языком

Часто возникает вопрос о том, что такое блокчейн простыми словами для чайников? Если обратить внимание на дословный перевод, то это непрерывная цепочка блоков. Она содержит все записи о совершенных сделках. Изменить или удалить их нельзя — можно только добавить новые. В качестве аналогии можно представить ожерелье, где одна бусина — это одно записанное действие. Разрушить это ожерелье нельзя.

Посредники

Для начала нужно представить себе работу обычной банковской системы. На специальных серверах и компьютерах хранятся все данные, которые касаются клиентов (ФИО, адреса проживания), номера их лицевых счетов и информация об операциях. Разрешение на обработку этих данных дает сам пользователь, когда регистрируется на сайте финансовой организации. Когда клиент №1 совершает перевод клиенту №2, он делает запрос в указанную базу данных. Программным обеспечением выполняется проверка некоторых условий, в частности, есть ли у первого клиента средства в указанном для перевода количестве. Проверок обычно несколько. Если систему безопасности все устроило, то у клиента №1 списываются средства, которые затем зачисляются на счет получателя.

Описанная система — традиционная, централизованная. Здесь предусмотрен собственный регулятор и органы управления. Главное — в системе трудится обслуживающий персонал (операционисты, менеджеры, программисты и др.). Без соответствующих специалистов ничего работать не будет. Центральный узел создает потенциальную угрозу безопасности, так как информация клиента принадлежит не только ему, но и компаниям-посредникам (третьей стороне).

Что касается сети блокчейна, то она дает возможность хранить и осуществлять транзакции без необходимости в таких посредниках. Пользователям, в свою очередь, не нужно никому доверять личную информацию.

Что такое блокчейн и как это функционирует

Если коротко говорить о том, что такое blockchain, то это своего рода децентрализованная БД для хранения последовательных блоков с набором характеристик. Последний состоит из версии, даты создания, сведений о предыдущих действиях в сети. Основные движения в блокчейне происходят посредством транзакций. Во время каждой операции выполняется какой-либо скрипт или прописывается некоторая заметка с данными. То есть «транзакция» в таком случае не равна переводу денег. Скорее этим словом обозначается способ обработки сведений внутри сети.

Работа в рамках blockchain выглядит следующим образом:

1. Пользователь подключается к сети.

2. Заводит кошелек и отправляет туда денежные средства.

3. Произведенный перевод заносится в блокчейн и подвергается шифрованию.

4. Данные о переводе предоставляются всем участникам сети — в крупных системах это сотни тысяч и даже миллионы пользователей.

Что входит в состав блокчейна

Узнав о том, как работает блокчейн, можно дальше углубиться в эту технологию. После оформления перевода в цепочке появляется новый блок. Для соединения между собой звеньев цепочки разработчиками было придумано следующее: каждый новый блок дополняется хешем предыдущего.

Под хешем подразумеваются зашифрованные данные о сделке. Например, в биткоине для хеширования операции применяется алгоритм SHA-256. Отыскать последовательность буквенно-символьного цифрового кода криптографического ключа — практически невозможная задача.

По мере заполнения памяти блок закрывается. В дальнейшем он переходит на новый блок в виде хеша.

Если второй пользователь решит отправить деньги обратно первому (к примеру, они ему в итоге не понадобились), то система работает следующим образом:

1. Будет взят хеш предыдущего блока.

2. К нему добавятся новые сведения.

3. Запись будет снова хеширована, в результате чего появится новый блок.

Кто такие майнеры и чем они занимаются

Транзакция — это набор данных, наподобие записи в блокноте. Чтобы сделать из нее блок для цепочки, необходимы вычислительные мощности. Чем больше сеть, тем больше «железа» потребуется для ее работы. Формированием новых блоков занимаются люди с мощным оборудованием — это и есть майнеры.

Если говорить простыми словами, то майнинг — это процесс проверки и добавления транзакций в блокчейн, осуществляемый с помощью решения сложных математических задач.

Для выполнения поставленной задачи майнеру необходимо: взять транзакцию из общей очереди, подобрать для нее уникальный хеш и соединить с хешем предыдущей операции. Все это дело необходимо снова подвергнуть хешированию, чтобы сформировать новый блок.

За этот труд майнеры получают частичку об общего цифрового пирога. Например, в случае с биткоином — это биткоины. Но чтобы заработать на добыче цифровой валюты, потребуются большие ресурсы. В основном это графические процессоры и электроэнергия. Поэтому в последнее время идет настоящая гонка за производительностью распределенных вычислений. Ведь чем большей вычислительной мощностью обладает майнер, тем быстрее он сможет работать. Результатом подобной гонки становится строительство целых майнинговых ферм.

Майнинг-ферма — система, которая объединяет некоторое количество компьютеров или серверов. Их мощности используются для добычи цифровой валюты.

Что представляет собой блокчейн-платформа

Чтобы не писать код с нуля, можно воспользоваться готовой платформой и настроить ее с учетом конкретных задач. Необходимо продумать общую идею, название и логотип, а также прописать некоторые фишки. Всю техническую составляющую платформа возьмет на себя. К наиболее известным платформам относятся:

• Bitcoin. Основа для выпуска одноименной криптовалюты. На этом механизме работает и ряд других подобных валют, включая Dogecoin.

• Ethereum. Дает возможность создать приложение на базе смарт-контрактов в сфере страхования, финансов, инвестфондов и онлайн-игр.

• Hyperledger. Платформа, представленная Linux Foundation. Существуют фреймворки, с помощью которых можно создать цифровые паспорта, облачные сервисы и бухгалтерские книги.

• Solana. Фреймворк, который нацелен на скорость. Способен проводить около 65 тысяч транзакций в секунду. К минусам относится ограниченная децентрализация.

• Corda. Служит для хранения и передачи активов между организациями из финансовой сферы: кредитов, акций, облигаций и прочих обязательств.

• Polkadot. Проект от создателя Ethereum. Особенность этой платформы заключается в том, что с ее помощью можно объединить несколько блокчейнов в одну экосистему.

Подробнее о децентрализации

На сегодняшний день блокчейн имеет наибольшую вовлеченность вычислительных систем в мире. Участником может стать каждый заинтересованный в этом пользователь. Чем больше людей используют blockchain, тем более надежным и безопасным он становится. Чтобы влиться в эту систему, достаточно установить кошелек и загрузить полную ноду на диск. С этого самого момента ваш ПК станет полноценным узлом огромной сети.

В случае с полной централизацией злоумышленнику легче выявить уязвимость, чтобы атаковать основные серверы. Это может быть как обычная брешь в программной безопасности, так и халатность сотрудника безопасности банковского учреждения.

Что касается блокчейна, то копии цепочки блоков могут быть установлены на десятках тысяч ПК. Следовательно, если какой-нибудь пользователь решит попытаться взломать систему и нарисовать в своем кошельке миллион, то для этого нужно не только пересчитать все блоки самостоятельно, но и сделать это на каждом узле (т. е. компьютере). Это, безусловно, невозможно. Система не имеет центрального управления. Изо дня в день узлов становится только больше, что уменьшает шансы возможного взлома.

Транзакции в блокчейне

В банках для работы, как правило, требуется предоставлять много личной информации. Что касается блокчейна, то он не требует от участников сети ничего. Для функционирования нужны только два ключа, которые предоставляются пользователю при регистрации:

• Публичный (Public Key). Представляет собой фразу из цифр и символов, которая доступна для просмотра каждому желающему. Используется для подписки транзакции. Если проводить аналогию с биткоином, то публичный ключ представляет собой номер кошелька, который можно предоставить кому угодно для перевода денежных средств.

• Приватный (Private Key). Также является буквенно-цифровым. Служит для получения доступа к средствам, которые находятся на кошельке, и дает возможность выполнять транзакции из него. Поэтому его нужно хранить в месте, недоступном для третьих лиц.

Все, что шифруется с помощью приватного ключа пользователя, можно расшифровать при помощи своего публичного — но не открыть его! Это позволяет ознакомиться с информацией по каждому переводу — система абсолютна прозрачна. В то же времена это полностью анонимные данные, так как никакие сведения о пользователе в кошельках и блоках не хранятся.

Что подразумевается под словом «консенсус»

Если некоторые участники блокчейн-сети отключат свои ПК и часть записей у них окажется неверными или и вовсе не отразится, то это не окажет никакого влияния на работу системы. Это связано с так называемой процедурой консенсуса — достижения согласия.

Она отвечает за восстановление верной информации. Работает она очень просто: прежде чем сделать следующую запись, у всех пользователей сверяются данные. Верным будет признан тот вариант, который имеется у большинства участников.

Что представляет собой биткоин

Многие сегодня привыкли считать биткоины какой-то разновидностью валюты. Но такого понятия, как баланс, в блокчейне нет. Все потому, что это просто записная книжка. Система собирает всю информацию о движениях, после чего передает ее в виде транзакции.

Дальше все по инструкции — майнеры получают данные, считывают хеши и подписывают блоки, чтобы взамен получить «зарплату» в виде комиссии — ее пользователи оплачивают при совершении переводов.

Где применяется блокчейн

Биткоин и прочая криптовалюта — это не деньги и не драгоценный металл, а просто удачный пример того, как могут работать децентрализованные сети. Стоимость такой технологии нельзя считать недостаточной или полностью оправданной. Здесь все как на фондовом рынке. То есть если продукт действительно хороший и что-то представляет собой, то цифровой актив постепенно увеличивается в стоимости и капитализации. Если же наоборот, то проект будет считаться провальным.

Технология блокчейна находит применение в разных областях. Наибольшую популярность она приобрела в следующих сферах:

• Криптовалюта. Это одна из основных сфер использования системы блоков. Внедрение этой системы способствует увеличению скорости обмена, уменьшению временных затрат, улучшению качества, надежности услуг. Результатом становится увеличение прозрачности и безопасности в сочетании с уменьшением возможных рисков. В последнее время появилось достаточно большое количество пиринговой валюты (в частности, Bitcoin, Ethereum и др.). Интерес к ним повышенный. Особо они ценятся теми людьми, для которых важен свободный обмен денежными средствами без помощи со стороны посредников.

• Кибербезопасность. Каждый узел системы сохраняет все копии общей БД, которые сверяются друг с другом. Благодаря этому система обладает отличной стабильностью и жизнеспособностью — даже при условии, что хакерские атаки на одиночные узлы окажутся успешными. Приложения на основе блокчейна предлагают анонимность. Но использовать эту технологию можно и для прикрепления реальных идентификационных данных к криптографическим в БД.

• Банковское дело. В этой сфере с помощью блокчейна можно сделать любой процесс более безопасным, надежным и прозрачным. Это могут быть не только переводы денежных средств, но и аккредитивы, расчеты при сделках с акциями и облигациями, работа бэк-офисов и другое. Но повсеместное внедрение такой технологии может обернуться тем, что некоторые из участников мировой финансовой системы могут быть ликвидированы.

• Медицина. Информация о здоровье пациентов зачастую становится лакомым кусочком для злоумышленников. Чтобы уменьшить риск возможной утечки, некоторые медицинские учреждения используют блокчейн в качестве основы для переноса и хранения медицинских карт больных. Благодаря этому их нельзя будет взломать или подделать. Кроме того, такие карты удобны для заполнения и передачи между учреждениями.

• Удостоверения личности. ID в этом случае представлены в виде перевода персональных данных о пользователе на блокчейн. Результатом становится формирование цифрового профиля. Существует достаточно большой перечень государственных услуг, доступ к которым может быть реализован при помощи этой технологии. Активное использование блокчейн-ID может стать привычным делом уже при жизни нынешнего поколения.

• Интернет вещей. Умные устройства, как правило, функционируют в паре с сервером. Между ними производится обмен данными. Следовательно, есть риск того, что хакер может взломать сервер и получить контроль над удаленным устройством. Блокчейн-сеть позволяет избежать этого — данные клиентов в таком случае хранятся децентрализовано.

Используемые языки программирования

На выбор определенного языка программирования влияет поставленная задача. Для написания блокчейн-сети с самого нуля потребуются знания языков низкого уровня, например: Go, C++, Rust. С их помощью разработчик может получить полный доступ к памяти и железу. Благодаря этому можно создать высоконагруженную сеть. В целом есть две группы языков, используемых для blockchain:

• Общего назначения. К ним относятся Java, Kotlin, Python, C#. Являются универсальным решением, так как подходят как для разработки новой сети, так и для подготовки приложения под какую-либо платформу.

• Заточенные под блокчейн. Если требуется написание приложения в рамках определенной платформы, то для этой цели используются специальные языки. С их помощью можно написать нужный для блокчейн-сети код, который, однако, сложно запустить где-то еще. К примеру, Solidity (для Ethereum) очень схож по синтаксису с JavaScript. Разница между ними заключается в том, что первый предназначен для исполнения в виртуальной машине Ethereum, второй — в браузере.

Есть ли у технологии недостатки

Несмотря на целый ряд существенных плюсов, у технологии blockchain есть и свои недостатки, о которых нужно знать. Их список состоит из нескольких пунктов:

• Атака 51%. Для того, чтобы сеть пополнилась новым блоком, одобрение на это должно последовать от более чем половины пользователей. Поэтому, если в сети есть злоумышленник с очень мощным железом, он сможет заняться проталкиванием в нее фальшивых блоков. Теоретически это возможно, но практически к этому прибегают очень редко. Это обусловлено дороговизной данного способа (сложно иметь более мощное оборудование, чем у остальных 50% участников вместе взятых) и сложностью, так как многие блокчейны имеют в основе своей работы механизмы защиты от хакерских атак. К последним относятся Proof of Stake и Proof of Work.

• Приватные ключи. Наличие специального хеш-ключа обязательно для того, чтобы авторизоваться в аккаунте. Если же потерять его, то восстановить денежные средства будет очень сложно. Нередко всплывают новости о том, как тот или иной человек терял из-за этого большие деньги.

• Необходимость транзакции. Если денежные средства были отправлены на неизвестный счет обманным путем, то в рамках обычной банковской системы можно попробовать отменить это действие — для этого нужно написать соответствующее заявление в органы и обратиться в техподдержку. В блокчейн-сети подобное невозможно. Отменить перевод с технической точки зрения нельзя.

• Дорогое обслуживание. Чтобы создать полноценную блокчейн-сеть, необходимо большое количество ресурсов — это оборудование, время и электроэнергия. Кроме того, каждому участнику необходимо хранить на своем ПК полную копию БД, которая регулярно сверяется с другими копиями блокчейна. А это могут быть десятки гигабайт данных и даже больше.

Порой перечисленные недостатки этой технологии перевешивают ее преимущества, что не позволяет внедрить ее повсеместно и полностью отойти от традиционной централизованной технологии. Несмотря на это популярность blockchain постоянно растет. Особенно она востребована среди людей, для которых важна анонимность и полная конфиденциальность при совершении транзакций.