Что такое технология блокчейн? Как это работает?

Объясненный блокчейн

Блокчейны распределены (т. Е. без единого хранилища) и децентрализованы цифровыми реестрами, которые являются защищенными от несанкционированного доступа. На самом базовом уровне они позволяют пользователям записывать транзакции в общую книгу внутри этой группы. В результате ни одна транзакция не может быть изменена после того, как она была опубликована при стандартном функционировании сети блокчейн.

Концепция блокчейна была интегрирована с многочисленными другими технологиями и компьютерными концепциями в 2008 году для создания современных криптовалют: электронных денежных средств, которые защищены криптографическими процессами, а не центральным хранилищем или органом власти.

Реализации блокчейна часто создаются с учетом конкретной цели или функции. Криптовалюты, смарт-контракты и системы распределенных реестров для бизнеса – все это примеры функциональных возможностей.

Биткойн был первой криптовалютой на основе блокчейна, позволяющей пользователям публично обмениваться данными, чтобы участники могли самостоятельно проверять действительность транзакции. Криптовалюты построены на технологии блокчейн, которая названа в честь интенсивного использования криптографических функций.

Для цифровой подписи и безопасных транзакций в системе пользователи используют открытые и закрытые ключи. Пользователи могут решать головоломки, используя криптографические хэш-функции, в надежде получить фиксированную сумму денег в сетях блокчейн на основе криптовалют, которые включают майнинг.

В области технологии блокчейн наблюдается постоянный поток достижений, при этом регулярно внедряются новые платформы — среда постоянно меняется. Помимо криптовалют, технология блокчейн может быть использована для создания постоянной, общедоступной и прозрачной системы учета для сбора данных о продажах, отслеживания использования цифровых технологий и осуществления платежей создателям контента, таким как музыканты.

В этой статье объясняется технология блокчейн и дается обзор того, как она работает.

Как работает блокчейн?

Основная цель блокчейна – позволить людям, особенно тем, кто не доверяет друг другу, передавать жизненно важные данные безопасным способом, защищенным от несанкционированного доступа.

Хэш-функция, блоки, узлы, майнеры, кошельки, цифровые подписи и протоколы – это различные основные концепции в блокчейне.

Хэш-функция

Давайте представим, что 10 человек в одной комнате решили создать новую валюту. Они должны следить за движением средств, чтобы обеспечить действительность монет в их новой денежной экосистеме. Один человек — назовем его Боб — решил вести список всех действий в дневнике. Однако другой человек — назовем его Джек — решил украсть деньги. Чтобы скрыть это, он изменил записи в дневнике.

Затем однажды Боб заметил, что кто-то вмешался в его дневник. Он решил изменить формат своего дневника, чтобы предотвратить подделку в будущем. Он использовал программу, называемую хэш-функцией, которая превращает текст в набор цифр и букв, как показано в таблице ниже.

Этот процесс использует безопасный алгоритм хэширования, или SHA, который превращает буквы в символьные строки. Боб может выбирать различные типы SHA, каждый из которых отличается по сложности и удовлетворяет разные потребности.

Хэш – это строка цифр и букв, созданная хэш-функциями. Хэш-функция – это математическая функция, которая преобразует переменное количество символов в строку с фиксированным количеством символов.

Всего лишь небольшое изменение в строке создает совершенно новый хэш. После каждой записи в дневнике Боб вставлял хэш. Но затем Джек решил снова изменить записи. Он добрался до дневника, изменил запись и сгенерировал новый хэш.

Боб заметил, что кто-то снова просеял дневник. Он решил усложнить запись каждой транзакции. После каждой записи он вставлял новый хэш, сгенерированный из записанного последнего хэша. Следовательно, каждая запись зависит от предыдущей.

Если Джек попытается изменить запись, ему придется изменить хэш во всех предыдущих записях. Джек, однако, был решительным вором, поэтому он провел всю ночь, подсчитывая все хэши.

Боб не хотел сдаваться, поэтому он добавил другое случайное число после каждой записи. Это число называется одноразовым.” Одноразовые номера следует выбирать таким образом, чтобы сгенерированный хэш заканчивался двумя нулями.

Чтобы подделать записи с помощью обновленной системы ввода Боба, Джеку теперь пришлось бы часами определять одноразовый номер для каждой строки.

Одноразовые номера сложно вычислить даже компьютерам, но задача выполнима, поскольку майнеры соревнуются, чтобы обнаружить их как часть процесса майнинга на блокчейне.

Блоки

Первоначальная таблица Боба из 5000 транзакций называется блоком генезиса — отправной точкой для этого блокчейна. Принятие этой валюты распространилось, поэтому транзакции происходят быстро и часто. Создаются новые блоки, которые также могут содержать до 5000 транзакций и имеют коды, которые коррелируют с предыдущими блоками, что делает их недоступными.

Давайте предположим, что этот блокчейн обновляется каждые 10 минут новым блоком. Это происходит автоматически. Ни один главный или центральный компьютер не инструктирует компьютеры делать это.

Как только электронная таблица, бухгалтерская книга или реестр обновляются, они больше не могут быть изменены. Таким образом, подделать ее невозможно. Вы можете только добавлять в нее новые записи. Реестр обновляется на всех компьютерах в сети одновременно. Изменения в блокчейнах требуют консенсуса большинства участников сети.

Одним из потенциальных рисков для блокчейна является “атака 51%”, в ходе которой участник получает большую часть хэшрейта блокчейна, что позволяет им затем диктовать сети.

В общем, блок содержит временную метку, ссылку на предыдущий блок, транзакции и вычислительную проблему, которую нужно было решить до того, как блок попал в блокчейн. Распределенная сеть узлов, которые должны достичь консенсуса, делает мошенничество в блокчейне практически невозможным.

Узлы

Боб вел дневник таким образом в течение короткого времени. Однако, поскольку продолжали происходить новые транзакции, он вскоре стал обременен количеством записей, считая свою текущую систему неустойчивой. Итак, как только в его дневнике появилось 5000 транзакций, он преобразовал его в одностраничную электронную таблицу. Мэри проверила точность всех транзакций.

Затем Боб передал свой электронный дневник 3000 различным компьютерам, каждый из которых расположен в разных регионах мира. Эти компьютеры называются узлами. Каждый раз, когда происходит транзакция, она должна быть одобрена этими узлами, каждый из которых проверяет действительность транзакции. Как только каждый узел проверил транзакцию, по сути, происходит электронное голосование. Некоторые узлы могут считать транзакцию действительной, в то время как другие могут рассматривать ее как мошенническую.

У каждого узла есть копия электронной таблицы дневника. Каждый узел проверяет действительность каждой транзакции. Если большинство узлов говорят, что транзакция действительна, то она записывается в блок.

Теперь, если Джек захочет изменить одну запись в электронной таблице дневника, все остальные компьютеры будут иметь исходный хэш. Они не позволили бы произойти изменениям.

Майнеры

Майнинг – это процесс, с помощью которого майнеры добавляют новые блоки в цепочку. Каждый блок в блокчейне имеет свой уникальный одноразовый номер и хэш, но он также ссылается на хэш предыдущего блока в цепочке, что затрудняет майнинг блока, особенно в больших цепочках.

Майнеры используют специализированное программное обеспечение для решения чрезвычайно сложной математической задачи генерации приемлемого хэша с использованием одноразового номера. Поскольку одноразовый номер имеет длину всего 32 бита, а хэш-256 бит, необходимо обработать около четырех миллиардов комбинаций одноразовый номер-хэш, прежде чем найти подходящую.

Считается, что майнеры обнаружили “золотой одноразовый номер”, когда это происходит, и их блок добавляется в цепочку. Внесение изменений в любой блок ранее в цепочке требует повторного майнинга не только затронутого блока, но и всех последующих блоков.

Вот почему манипулировать технологией блокчейн так сложно. Считайте это “безопасностью в математике”, потому что идентификация золотых одноразовых номеров занимает много времени и много вычислительных ресурсов. Когда блок успешно добыт, все узлы в сети подтверждают изменение, и майнер получает финансовую компенсацию.

Кошельки, цифровые подписи и протоколы

Продолжая тот же пример, Боб собрал 10 человек вместе (изначально собрались 10 человек, которые являются частью новой валюты). Ему нужно было объяснить им новую систему цифровых монет и реестров.

Джек признался в своих грехах перед группой и извинился. Чтобы доказать свою искренность, он вернул Энн и Мэри их монеты.

Разобравшись со всем этим, Боб объяснил, почему это никогда не может повториться. Он решил внедрить нечто, называемое цифровой подписью, для подтверждения каждой транзакции. Но сначала он дал каждому кошелек.

Что такое кошелек?

Если у вас есть цифровые деньги, то вам нужен цифровой кошелек или онлайн-платформа или обмен для хранения.

Кошелек – это строка цифр и букв, например: 18c177926650e5550973303c300e136f22673b74. Это адрес, который будет отображаться в различных блоках внутри блокчейна по мере совершения транзакций. Никаких имен или личной информации, позволяющей установить личность, не указано — только номер кошелька.

Адреса публичных кошельков – это строки символов, на которые могут быть отправлены определенные активы. Адрес каждого конкретного кошелька генерируется из открытого ключа.

Цифровая подпись

Для осуществления транзакции вам нужны две вещи: кошелек, который является адресом, и закрытый ключ. Закрытый ключ представляет собой строку случайных чисел. Однако, в отличие от адреса, закрытый ключ должен храниться в секрете. Закрытый ключ контролирует средства, хранящиеся в соответствующем кошельке.

Когда кто-то решает отправить монеты кому-либо еще, он должен использовать свой закрытый ключ для подписи сообщения, содержащего транзакцию. Система из двух ключей — закрытого и открытого — лежит в основе шифрования и криптографии, и ее использование задолго до существования блокчейна. Впервые она была предложена в 1970-х годах.

Как только сообщение отправлено, оно транслируется в сеть блокчейн. Затем сеть узлов обрабатывает сообщение, чтобы убедиться, что содержащаяся в нем транзакция действительна. Если она подтверждает действительность, транзакция помещается в блок. После этого никакая информация о ней не может быть изменена.

Что такое криптографические ключи?

Криптографический ключ – это строка цифр и букв. Криптографические ключи создаются генераторами ключей или кейгенами. Эти кейгены используют очень продвинутую математику, включающую простые числа, для создания ключей. Такие ключи могут использоваться для шифрования или дешифрования информации.

Протоколы

Технология блокчейн состоит из спецификаций индивидуального поведения, большого набора правил, которые в нее запрограммированы. Эти спецификации называются протоколами. Реализация определенных протоколов по сути делает блокчейн тем, чем он является — распределенной, одноранговой, защищенной информационной базой данных.

Протоколы блокчейна гарантируют, что сеть работает так, как было задумано ее создателями, даже если она полностью автономна и никем не контролируется.

Вот несколько примеров протоколов, реализованных в блокчейнах:

• Вводимая информация для каждого хэш-номера должна включать хэш-номер предыдущего блока.

• Вознаграждение за успешную добычу блока уменьшается вдвое после того, как было добыто 210 000 блоков. Для биткойнов (BTC) это называется разделением пополам. При 10 минутах на блок добыча 210 000 блоков занимает около четырех лет; следовательно, биткойн сокращается вдвое каждые четыре года.

• Чтобы время, необходимое для майнинга одного блока, составляло примерно 10 минут, сложность майнинга пересчитывается каждые 2 016 блоков. Сложность майнинга существенно балансирует сеть для учета количества майнеров. Больше майнеров означает более конкурентную атмосферу, что затрудняет добычу блоков. Меньшее количество майнеров означает, что добывать блоки сравнительно легче, что привлекает майнеров к участию.

Технология блокчейн: плюсы и минусы

Большинство блокчейнов построены как децентрализованная база данных, которая действует как распределенный реестр. Эти блокчейн-регистры отслеживают и хранят данные в блоках, которые расположены в хронологическом порядке и связаны криптографическими доказательствами.

Развитие технологии блокчейн привело к многочисленным преимуществам для широкого круга предприятий, включая повышенную безопасность в ситуациях, когда нет доверия. Однако тот факт, что она децентрализована, имеет существенные недостатки. Например, блокчейны имеют ограниченную эффективность по сравнению с типичными централизованными базами данных и требуют больше места для хранения.

Различные плюсы и минусы блокчейна включают:

Что такое децентрализация в блокчейне и почему это важно?

Блокчейны – это, по сути, типы распределенных баз данных. База данных – это блокчейн, и каждый узел в блокчейне имеет доступ ко всей цепочке. Ни один узел или компьютер не регулирует содержащуюся в ней информацию. Каждый узел может проверять записи блокчейна. Все это делается без одного или нескольких посредников, контролирующих все.

Она архитектурно децентрализована, и нет единой точки отказа, которая могла бы вывести блокчейн из строя, что делает его важнейшим компонентом систем блокчейн. Однако узлы блокчейна логически централизованы, поскольку весь блокчейн представляет собой распределенную сеть, выполняющую определенные запрограммированные действия.

Одноранговая передача

При децентрализованной одноранговой передаче (P2P) связь всегда происходит непосредственно между одноранговыми узлами, а не через центральный узел. Информация о том, что происходит на блокчейне, хранится на каждом узле, а затем передается на соседние узлы. Таким образом, информация распространяется по всей сети.

Прозрачность технологии блокчейн

Любой, кто проверяет блокчейн, способен видеть каждую транзакцию и ее хэш-значение. Кто-то, использующий блокчейн, может действовать под псевдонимом, если пожелает, или они могут предоставить свою идентификацию другим. Все, что видно на блокчейне, – это запись транзакций между адресами кошельков.

Как только транзакция записывается в блокчейн и блокчейн обновляется, изменение записи этой транзакции становится невозможным. Почему? Эта конкретная запись транзакции связана с записью каждой предыдущей, что делает ее неизменяемой. Записи блокчейна являются постоянными, они упорядочены в хронологическом порядке и доступны для всех других узлов.

Отключить сеть практически невозможно. Поскольку существует и функционирует множество узлов по всему миру, одна сторона не может захватить всю сеть.

Подделать блок также практически невозможно, потому что действительность каждого блока и, соответственно, его включение в блокчейн определяется электронным консенсусом узлов. Существуют тысячи таких узлов, разбросанных по всему миру. В результате для захвата сети потребуется компьютер с практически невозможным количеством энергии.

Однако использование технологии блокчейн в качестве обычной базы данных оказалось бы затруднительным. Можете ли вы хранить три гигабайта файлов в блокчейне таким же образом, как при использовании платформ баз данных, таких как Microsoft Access, FileMaker или MySQL? Это не было бы хорошей идеей. Большинство блокчейнов не подходят для этого по дизайну или просто не имеют необходимой емкости.

Традиционные онлайн-базы данных обычно используют сетевую архитектуру клиент-сервер. Это означает, что пользователи с правами доступа могут изменять записи, хранящиеся в базе данных, но общий контроль остается за администраторами. Когда дело доходит до базы данных blockchain, каждый пользователь отвечает за поддержание, вычисление и обновление каждой новой записи. Каждый отдельный узел должен работать вместе, чтобы убедиться, что все они приходят к одинаковым выводам.

Архитектура технологии блокчейн также означает, что каждый узел должен работать независимо и сравнивать результаты своей работы с остальной частью сети, поэтому достижение консенсуса может занять очень много времени. Из-за этого сети блокчейн исторически считались медленными по сравнению с традиционной технологией цифровых транзакций. В некоторых случаях достижения увеличили скорость транзакций, связанных с блокчейном, как это видно в некоторых криптоактивах, проектах и решениях.

Тем не менее, проводятся эксперименты по созданию баз данных с использованием технологии блокчейн. Эти платформы нацелены на то, чтобы использовать распределенную базу данных корпоративного класса и строить поверх нее, добавляя три ключевых атрибута блокчейна: децентрализацию, неизменяемость и возможность регистрации и передачи активов.

Насколько безопасна технология блокчейн?

Хотя блокчейн не защищен от взлома, его децентрализованный характер обеспечивает ему более надежную защиту. Хакеру или преступнику потребуется контроль над более чем половиной всех машин в распределенном реестре, чтобы изменить его.

Самые известные и крупнейшие сети блокчейн, такие как Биткоин и Эфириум (ETH), открыты для всех, у кого есть компьютер и подключение к Интернету. Наличие большего числа участников в сети блокчейн, как правило, повышает безопасность, а не создает проблемы безопасности. Чем больше участвующих узлов, тем больше людей просматривают работу друг друга и сообщают о злоумышленниках. Это одна из причин, по которой, вопреки здравому смыслу, частные сети блокчейн, требующие приглашения присоединиться, могут быть более уязвимыми для взлома и манипуляций.

Кроме того, блокчейн полезен в борьбе с атаками “двойного расходования” при платежах и денежных переводах. Атаки на криптовалюту являются серьезным источником беспокойства. Пользователь будет тратить свою криптовалюту более одного раза в атаке с двойным расходованием. Это проблема, которой не существует при работе с наличными.

Если вы потратите 3 доллара на чашку кофе, у вас больше не будет 3 долларов, чтобы потратить на что-либо еще. Однако, когда дело доходит до криптовалюты, есть вероятность, что пользователь потратит криптовалюту много раз, прежде чем сеть заметит.

Это то, с чем блокчейн может помочь. В блокчейне криптовалюты вся сеть должна согласовать последовательность транзакций, подтвердить самую последнюю транзакцию и опубликовать ее публично, что помогает сохранить безопасность сети.

Биткоин против блокчейна

Давайте разберемся, что биткоин и блокчейн – это две разные вещи:

Где можно использовать технологию блокчейн?

В последней части этой статьи будут рассмотрены некоторые из многочисленных приложений блокчейна. Технология блокчейн особенно идеальна для так называемых “умных контрактов”. Итак, что же такое смарт-контракты?

Смарт-контракты определяют правила и штрафы в отношении конкретного соглашения, аналогично функции традиционных контрактов. Однако большая разница заключается в том, что смарт-контракты автоматически обеспечивают выполнение этих обязательств. Благодаря их кодированию смарт-контракты разряжаются при выполнении определенных критериев.

Децентрализованные финансы

Децентрализованные финансы, или DeFi, – это использование технологии блокчейн, которая позволяет участникам получать доступ к функциям, аналогичным тем, которые распространены в основном финансовом мире, за исключением децентрализованного способа. Используя различные решения DeFi, участники могут предоставлять кредиты и позаимствованные средства, а также получать доступ к другим возможностям, управляемым на блокчейне вне контроля централизованного органа.

Нефинансовые токены

Нефинансовые токены, или NFT, служат приложением технологии блокчейн с огромным потенциалом в нескольких различных вариантах использования. Такие токены уникальны для проверки и не подлежат обмену один на один с другими за ту же стоимость. Одним из возможных вариантов использования NFT является аутентификация произведений искусства, привязанных к NFT, которые могут подтвердить их подлинность и право собственности.

Цепочки поставок

Применение технологии блокчейн к цепочке поставок может предоставить возможность отслеживать ингредиенты, продукты питания, материалы и многое другое вплоть до источника, чтобы доказать их происхождение, а также предоставлять другую соответствующую информацию о любой данной цепочке поставок.

Претензии по гарантии

Урегулирование гарантийных претензий может быть дорогостоящим, отнимающим много времени и часто трудным для тех, кто предъявляет претензии. Возможно реализовать смарт-контракты с использованием технологии блокчейн, что неизбежно значительно упростит процесс.

Страховые претензии

С помощью смарт-контрактов может быть установлен определенный набор критериев для конкретных ситуаций, связанных со страхованием. Теоретически, с внедрением технологии blockchain вы можете просто подать заявку на страхование онлайн и получить мгновенную автоматическую выплату — при условии, конечно, что ваша заявка соответствует всем необходимым критериям.

Проверка личности

Благодаря блокчейну и его аспекту децентрализации онлайн-проверка личности может быть намного быстрее и потенциально безопаснее. Хранение онлайн-идентификационных данных в центральном месте может стать практикой прошлого с использованием блокчейна, что означает, что у компьютерных хакеров больше не будет централизованных точек уязвимости для атак.

Интернет вещей (IoT)

IoT, связанный вместе через Интернет для целей взаимодействия, представляет собой экосистему программных элементов, таких как транспортные средства и устройства, которые включают определенные технологические спецификации, которые делают такое взаимодействие возможным.

Технология блокчейн может сыграть определенную роль в будущем Интернета Вещей, частично предоставляя потенциальные методы защиты от хакеров. Поскольку блокчейн создан для децентрализованного контроля, основанная на нем схема безопасности должна быть достаточно масштабируемой, чтобы охватить расширение Интернета вещей.

Архивирование и хранение файлов

Google Drive, Dropbox и другие тщательно разработали электронное архивирование документов с использованием централизованных методов. Централизованные сайты являются заманчивыми для хакеров. Блокчейн и его смарт-контракты предлагают способы существенного снижения этой угрозы.

Борьба с преступностью

Поскольку технология привлекает все больше внимания, блокчейн и его смарт-контракты могут помочь в борьбе с тактикой отмывания денег.

Блокчейн обеспечивает более всесторонний анализ системы, а не только мониторинг точек входа и выхода. Поскольку блокчейн – это децентрализованная сеть, в которой каждый пользователь или узел отвечает за проверку обновлений, это повышает безопасность сети.

Голосование

Голосование на выборах и аналогичные процессы могут быть значительно улучшены с помощью смарт-контрактов и блокчейна. Со временем появились различные связанные приложения.

Будущее технологии блокчейн

Потенциал технологии блокчейн практически безграничен, а недавние достижения приблизили нас к децентрализованному Интернету без доверия, прозрачности транзакций и многому другому.

По мере того, как мы отходим от периода пандемии в эпоху “новой нормы”, блокчейны, вероятно, будут на переднем крае нашего прогресса в решении этих новых социальных проблем и переопределении истинного значения богатства в дивном новом мире цифровых денег.

Будущее технологии блокчейн представляется ярким, и, учитывая, что она уже демонстрирует потенциал практически во всех областях, кажется, что лучшее еще впереди.

Между тем, будет интересно посмотреть, куда технология блокчейн пойдет в будущем, особенно с точки зрения банковских услуг, денежных переводов, децентрализованных рынков и других областей.

Author: admin