Что такое блокчейн и как работает блокчейн технология

С момента первых разработок технология блокчейн предназначалась для хранения цифровых документов, без возможности их создания задним числом или подделки их содержимого. Позже, ее самым известным применением стала криптовалюта, в частности Биткоин.

Блокчейн в криптовалюте — это технология, которая безопасно хранит транзакционную информацию, связывая блоки вместе в определенном криптографическом порядке. Он обеспечивает безопасность, децентрализацию и прозрачность, что позволяет безопасно хранить данные.

Blockchain также называют технологией распределенных реестров, потому что вся цепочка транзакций хранится на большом количестве независимых компьютеров. В случае сбоя одного или нескольких узлов, информация не пропадет. Любой может добавлять новые записи в базу при условии соблюдения определенных правил. Но как только новые данные будут добавлены в базу данных, их уже нельзя будет изменить.

Что такое блокчейн простыми словами

Блокчейн — это неизменяемый (записанная транзакция или файл не может быть изменен) распределенный цифровой реестр (цифровая запись транзакций или данных, хранящихся в нескольких местах компьютерной сети) со многими вариантами использования, выходящими за рамки криптовалют.

Блокчейн в криптовалюте — это неизменяемые распределенный реестр, используемый для записи и хранения цифровых транзакций.

Его особенность — организация хранящиеся в нем данных. Данные в блокчейне хранятся в блоках. Блоки соединяются друг с другом в линейном, хронологическом порядке, создавая цепочку.

Поскольку блоки связаны хронологически, блокчейн можно только добавлять, что означает, что новые данные можно добавить, а уже существующие нельзя изменить или удалить. Как только блок будет добавлен, он станет постоянным. Уникальный способ связывания блоков означает, что изменение одного блока потребует изменения предыдущих блоков. Это делает невозможным компрометацию ранее записанных данных.

Основные компоненты блокчейна

Каждая сеть основана на трех важнейших компонентах:

• Блоки — это кластеры данных, которые действуют как звенья блокчейна и включают в себя одноразовые номера и хэши. Одноразовые номера — это 32-битные целые числа, генерируемые при создании блока, а хэши — это 256-битные числа, связанные с одноразовым номером и используемые для идентификации данных конкретного блока (представьте их как отпечатки пальцев). После создания первого блока (блока генезиса) его одноразовый номер генерирует хеш, после чего блок считается подписанным и навсегда привязанным к одноразовому номеру и хешу. Это делает данные блока криптографически безопасными. Каждый блок также содержит временную отметку. Эта отметка времени сообщает, когда был создан блок, поэтому также помогает поддерживать цепочку в хронологическом порядке;
• Узлы — это, по сути, устройства, способные участвовать в блокчейне. Когда новый узел присоединяется к блокчейну, ему предоставляется собственная копия блокчейна. Действия узла должны быть алгоритмически одобрены сетью. Например, если один узел создает новый блок, этот блок отправляется всем в сети, а другие узлы подтверждают, что блок жизнеспособен и не был подделан. Это общее соглашение известно как “консенсус” и является основой безопасности блокчейна;
• Майнеры (валидаторы) несут ответственность за изменение данных блокчейна, создавая новые блоки посредством консенсуса.

Если блокчейн работает на консенсусе PoW в работу вступают майнеры. Они соревнуются в решении математической головоломки, требующей найти значение хеш-функции, отвечающее определенным условиям, установленным протоколом. Этот процесс требует больших вычислительных и энергетических ресурсов. Как только майнер успешно решает головоломку, он может предложить новый блок сети узлов, каждый из которых затем проверяет решение и добавляет блок в свою копию блокчейна. За свои усилия майнеры вознаграждаются добытыми монетами и комиссиями за транзакции, включенные в новый блок.

Если блокчейн работает на механизме PoS в работу вступают валидаторы. Они выбираются для предложения новых блоков на основе их доли, среди других факторов, что снижает требуемую энергию по сравнению с майнингом PoW. Они проверяют транзакции и предлагают новые блоки, которые затем проверяются другими валидаторами в сети. Валидаторы вознаграждаются комиссией за транзакцию и, иногда, дополнительными монетами, созданными сетью. Награды обычно распределяются между всеми участниками пропорционально их ставкам.

История блокчейна

Происхождение блокчейна приписывают Дэвиду Чауму, который впервые предложил протокол, подобный блокчейну, в децентрализованной сети узлов в 1982 году. Однако первые разработки уходят корнями в 1970 годы, когда Ральф Меркл запатентовал хэш-деревья, также известные как деревья Меркла, которые делают возможным криптографическое связывание между блоками хранимой информации.

Эти теории объединились в 1991 году, когда был запущен первый блокчейн-продукт. Стремясь создать защищенные от несанкционированного доступа записи, ученый Стюарт Хабер и криптограф Скотт Сторнетта разработали вычислительное решение, которое ставило бы временные метки в документах с использованием хэш-функции в хронологической цепочке цифровых сертификатов. Благодаря помощи математика Дэвида Байера, деревья Меркла были включены в проект, что позволило объединить данные в один блок — аналогично тому, как это теперь функционирует в блокчейне.

Однако известность и завершенность блокчейн получил с разработкой криптовалют. В 2008 году под псевдонимом Сатоши Накамото было опубликовано техническое описание блокчейна для отслеживания цифровой валюты. Название этой валюты было Биткоин (BTC). Сатоши присутствовал в сети недолго и конфиденциально, и настоящая личность человека или людей, стоящих за псевдонимом, до сих пор не раскрыта.

Биткоин быстро завоевал популярность среди энтузиастов криптографии. И после его успеха разработчики начали думать о дальнейшем развитии блокчейна. Например, благодаря созданному Виталиком Бутериным блокчейну Ethereum, стало возможным создавать смарт-контракты и различные децентрализованные приложения. Постоянно ведутся разработки, чтобы решить трилемму блокчейна, оптимизируя три элемента на одном уровне: децентрализацию, безопасность и масштабируемость.

Характерные особенности технологии блокчейн

• Прежде чем понять работу блокчейна, нужно узнать особенности этой технологии:
• Неизменяемость. Блокчейн является постоянным. После того как блок создан, его нельзя изменить;
• Распределение. Все узлы в сети блокчейна распределены и имеют копию текущего реестра для обеспечения прозрачности. В блокчейне все изменения обновляются через минуты или секунды после проверки, ни один узел не является более особенным, чем другой, поскольку существует стандартный протокол для добавления блоков в сеть;
• Децентрализация. Поскольку не существует центрального органа, который бы управлял работой распределенного реестра, сеть децентрализована. Третья сторона не участвует, сеть менее подвержена сбоям и зависит не от человеческих расчетов;
• Консенсус. Чтобы принимать объективные решения, в сети есть консенсус. Консенсус — это алгоритм принятия решений. Следовательно, даже несмотря на то, что одноранговые узлы не доверяют друг другу, существует взаимное доверие к консенсусу, который может принимать решения;
• Единогласие. Участники должны согласиться добавить блок в сеть. Следовательно, если узел хочет добавить блок в сеть, он должен получить большинство голосов. Как только будет принято единогласное решение, блок добавляется, и реестр обновляется на каждом узле сети;
• Быстрота. Поскольку блокчейн использует алгоритмы консенсуса, вычислительную мощность, единогласие и децентрализацию для принятия решений, блокчейны работают быстрее, чем традиционные централизованные системы.

Как работает блокчейн

Процесс от создания до завершения блокчейн транзакции можно представить следующим образом:

1. Создание транзакции: новая транзакция попадает в блокчейн. Вся информация, которую необходимо передать, дважды шифруется с использованием открытого и закрытого ключей;
2. Проверка транзакции. Операция передается в сеть одноранговых компьютеров, распределенных по всему миру, называемых узлами. Все узлы проверяют ее действительность, например, наличие достаточного баланса для выполнения транзакции;
3. Формирование нового блока. В типичной сети блокчейна имеется много узлов, и одновременно проверяется множество сделок. Перед добавлением в блок транзакция попадает ​​в мемпул – “комната ожидания” для инициированных, но не обработанных транзакций. Узлы пытаются добавить блок в блокчейн, чтобы сделать его постоянным. Но если каждому узлу будет разрешено добавлять блоки таким образом, это нарушит работу сети. Чтобы решить эту проблему, узлы используют механизм консенсуса, гарантирующий, что каждый добавляемый блок, является единственно верным. Это согласовывается со всеми узлами в блокчейне. Узел, выбранный для добавления блока в блокчейн, получит вознаграждение. Алгоритм консенсуса создает для этого блока хеш-код, который необходим для добавления блока в блокчейн;
4. Добавление нового блока в блокчейн. После того как созданный блок получил свое хэш-значение и прошел аутентификацию, он готов к добавлению в блокчейн. В каждом блоке есть хеш-значение предыдущего блока, и именно так блоки криптографически связаны друг с другом, образуя блокчейн. Новый блок добавляется в конец блокчейна;
5. Транзакция завершена: как только блок добавляется в блокчейн, транзакция завершается, и ее детали навсегда сохраняются в блокчейне. Любой желающий может получить подробную информацию об операции через специальные программы — обозреватели блокчейн.

Где используется блокчейн

Вначале, единственной целью технологии блокчейн было ведение учета транзакций криптовалют Bitcoin, Ethereum, Liteсoin и других. Однако позже блокчейн начал использоваться и в других областях:

• Торговля NFT (невзаимозаменяемый токен) — это что-то вроде сертификата права собственности и подлинности цифрового или физического предмета коллекционирования, часто произведения искусства. Когда создается NFT, он “чеканится” в блокчейне и может быть продан его создателем. При покупке его право собственности становится связанным с личностью покупателя в блокчейне. Это право остается нетронутым, общедоступным и безотзывным до тех пор, пока NFT не будет продан снова, после чего информация о продаже и новом владельце записываются в блокчейн;
• Банковское дело. Для банков блокчейн упрощает торговлю валютой, обеспечения кредитов и обработку платежей. Эта технология действует как инструмент, предназначенный для отслеживания транзакций совершенных ее пользователями. Эта неизменность защищает от мошенничества в банковской сфере, сокращает время расчетов и обеспечивает встроенный мониторинг отмывания денег. Банки также получают выгоду от более быстрых трансграничных транзакций при снижении затрат и надежного шифрования данных;
• Здравоохранение. Службы здравоохранения в основном используют блокчейн для безопасного шифрования данных пациентов, хранящихся в их медицинских записях. Смарт-контракты автоматизируют такие процессы, как обработка страховых претензий и мониторинг соблюдения режима приема лекарств. Это повышает эффективность и снижает расходы. Благодаря блокчейну обеспечивается безопасный обмен медицинскими данными между поставщиками медицинских услуг, пациентами и исследователями;
• Недвижимость. Перенос процесса приобретения и регистрации собственности на блокчейн может вывести его на новый уровень. Размещение документов и записей в цепочке может обеспечить максимальную прозрачность процедуры, упрощая передачу права собственности;
• Голосование. Процесс голосования является важнейшим с точки зрения конфиденциальности. В истории стран были попытки скомпрометировать именно этот фактор на выборах. Перенос его в блокчейн позволит установить необходимые протоколы безопасности, такие как децентрализованные узлы, сквозная проверка и многое другое. Это привносит больше прозрачности, точности и удобства;
• Игры — это огромная индустрия, конкурирующая с традиционными развлечениями, такими как телевидение и кино. Благодаря сетевым эффектам, многопользовательские онлайн-игры более жизнеспособны, чем однопользовательские. Однако эти игры сталкиваются с проблемой мошенничества. Создав смарт-контракт на основе блокчейна можно предотвратить распространенный тип мошенничества в таких играх;
• Информационная безопасность. Децентрализованный, защищенный от несанкционированного доступа реестр оснащен встроенной защитой от кражи, мошенничества и несанкционированных пользователей посредством криптографического кодирования и механизмов консенсуса. По этой причине блокчейн был принят в арсенал кибербезопасности для поддержки криптовалюты, защиты банковских активов, медицинских записей пациентов, устройств интернета вещей и даже для защиты военных и оборонных данных;
• Логистика. Блокчейн отслеживает движение товаров по цепочке поставок. Прозрачная система позволяет отслеживать товары в режиме реального времени, от производства до доставки. Эта информация помогает собирать данные, определять короткие маршруты, устранять ненужных посредников и даже защищаться от кибератак.

Плюсы и минусы блокчейна

Заключение

Блокчейн — это неизменяемый цифровой реестр, который обеспечивает безопасные транзакции в одноранговой сети. Он записывает, хранит и проверяет данные, используя децентрализованные методы, чтобы исключить необходимость участия третьих сторон, таких как банки или правительства. Каждая транзакция записывается, а затем сохраняется в блоке блокчейна. Каждый блок шифруется для защиты и привязывается к предыдущему блоку, устанавливая хронологический порядок на основе кода. Это означает, что без консенсуса сети данные, хранящиеся в блокчейне, нельзя изменить или удалить.

Помимо работы с криптовалютами, технология блокчейн применяется банками, логистической системой, объектами здравоохранения и другими отраслями. Блокчейн помогает снизить риски безопасности, искоренить мошенничество и обеспечить масштабируемую прозрачность.

Что такое web 3.0

Криптовалюты