Что такое технология блокчейн? пошаговое руководство для начинающих

Что такое блокчейн?

Блокчейн (Blockchain) — распределительный реестр, предназначенный для записи транзакций, учета активов, выстраивания доверительных отношений между участниками сети.

Частично название Blockchain само объясняет задачи и механику работы технологии. Оно образуется из двух слов: «Block» – это блоки, «chain» — цепь. И, формально, блокчейн представляет собой цепочку блоков, выдержанных в определенной последовательности. А сами блоки — это криптографически зашифрованная информация о финансовых транзакциях, контрактах или сделках, проведенных внутри системы.

Все блоки в реестре блокчейна взаимосвязаны между собой, и каждый последующий блок содержит информацию о предыдущих. Таким образом, информация накапливается и формирует постоянно дополняемую базу данных. Эта база “безгранична” — в нее можно записать бесчисленное количество информации, причем самой разной направленности: от транзакций с криптовалютами до результатов голосования на президентских выборах.

Одна из ключевых особенностей блокчейна — децентрализация. Информация о блоках одновременно хранится у всех пользователей сети, постоянно обновляется и ссылается на предыдущие блоки. Поэтому если кто-то попытается совершить подмену, удалить или заменить информацию в реестре блокчейна, система сравнит данные в таблице с тысячами других версий реестра и обнаружит несоответствия.

В настоящий момент можно выделить два вида блокчейна. Первый — публичный. Он представляет собой открытый для всех реестр, где кто угодно может читать и записывать информацию. Именно такой вид распределительного реестра используется в Bitcoin и большинстве других случаев. Второй вид — приватный блокчейн. Он уже имеет определенные ограничения:  не все могут вносить изменения в реестр. Например, только приоритетные узлы. Есть еще эксклюзивный блокчейн, подвид частного. Изменения в него может вносить только установленная группа лиц.

Впервые Blockchain был использован в 2009 году в криптовалюте Bitcoin для записи транзакций в системе и предотвращения двойной траты без какого-либо контролирующего органа. Ее концепция была предложена Satoshi Nakamoto. Но и сегодня все еще неизвестно, кто скрывается за этим никнеймом: был это один человек или группа разработчиков. Однозначно можно сказать только то, что блокчейн навсегда изменил наше представление о хранении информации и безопасности сделок.

Преимущества и недостатки блокчейна

Преимущества blockchain:

1. Прозрачность сделок и доступность информации (анонимность). Каждый пользователь цепочки блокчейн вправе проверить всю историю операций, но её участников он определить не сможет.
2. Равноправность членов. Каждый человек вправе проводить транзакции с помощью технологии blockchain без привлечения 3-их лиц или дополнительных компаний. Контроль затрат и свобода выбора стали основой популярности блокчейна, в том числе в сфере криптовалют.
3. Децентрализация. Цепочка блоков не имеет общего управления и является полностью автономной. Это значит, что внесение в неё изменений по прихоти третьей стороны невозможно. Система самостоятельно контролирует свою работу, что гарантирует надёжность её работы.
4. Высокая скорость транзакций. Цепь блокчейн гарантирует мгновенное проведение операций или обмена сведениями, что объясняется отсутствием посредников и грамотным построению базы данных. Кроме того, при необходимости можно менять исходные ключи, используя несколько нажатий.
5. Шифрование информации (безопасность). Участники сети блокчейн надёжно защищены от действия мошенников. Защита гарантируется, благодаря применению продвинутой системы криптографии и невозможности внесения правок без применения огромных вычислительных мощностей.

Недостатки blockchain:

1. Наличие частичной анонимности. Этот минус особенно проявляется в отношении виртуальных денег. Так, каждый пользователь вправе проверить блоки операций, но не может узнать владельца кошелька. Получается, что анонимность только частична.
2. Чтобы использовать технологию блокчейн в различных сферах деятельности, требуется внесение правок в законодательство. Кроме того, для удаления действующих систем требуется изменить уже существующие правила, а на это уходит много времени.
3. Большая часть стран пока не могут определиться с отношением к технологии из-за её привязки к криптовалютам. К примеру, в России процесс внедрения blockchain проходит медленно и находится на стадии обсуждений в правительстве и применении в небольших проектах. Несмотря на это, многие уверены в будущем технологии и пользе ее преимуществ во многих сферах жизни.

Коротко о том, как работает система

Чтобы лучше понять, как работает блокчейн, опишем простым языком его основной принцип работы. Базовая система является постоянно увеличивающейся последовательностью блоков, распределенных при помощи пиринговых сетей между участниками. Общий механизм того, как создать блокчейн систему, можно увидеть на инфографике ниже.

В то мгновение, когда создается новый блок, к нему добавляется уникальная хеш-сумма, это своего рода отпечаток сетчатки глаза или отпечаток пальца. Системой постоянно проводится сверка на соответствие хеш-сумм их блокам во избежание подделки сведений или отмены проведенной транзакции.

Кроме этих мер безопасности, технология blockchain применяет и другие способы защиты информации:

• PoW (Proof of Work) – доказательство работы;
• PoS (Proof of Stake) – доказательство владения.

Это система личных кодов, которая подтверждает подлинность личности. Без такого подтверждения изменения отклоняются. Эта функция выполняется моментально, без длительных проверок, как в современных банках. Следовательно, и денежная операция будет проведена значительно быстрее.

Вообще, повсеместное введение блокчейн позволит избавиться от многочисленных посредников при проведении тех или иных операций между физическими или юридическими лицами. Документы заверяются нотариусами, финансовые операции проводятся банками или обменными пунктами. Постоянно присутствуют такие недостатки, как подделка документов, проблемы с прохождением платежей и т.д. Технология блокчейн дает возможность обмениваться данными напрямую, а проверка подлинности производится самими участниками.

Недостатки блокчейна

Основной проблемой технологии и ее узким местом является масштабируемость. К сожалению, еще не реализована возможность обеспечить действительно крупное количество транзакций в короткий промежуток времени. Сравнивая с платежными системами,  Visa и MasterCard имеют пропускную способность 45.000 транзакций в секунду. Bitcoin осуществляет всего 7. Но справедливо отметить, для крипто проектов основа которых цифровая валюта, задача масштабируемости стоит на первом месте. Нет сомнений, что скоро этот вопрос будет решен. Еще один негативный момент – ежедневное увеличение веса базы данных, и рост вычислительных мощностей, необходимых для работы Blockchain. В итоге растет расход энергии, что нужна для таких задач. Это плохо с точки зрения экологии. Еще есть риск со стороны безопасности. Так называемая «атака 51%». Коротко, сконцентрировав в одних руках более 51% вычислительных мощностей, можно управлять сетью подтверждая только выбранные транзакции. К счастью, атака 51% практически невозможна. Чтобы ее совершить необходимо много ресурсов и пока — это попросту экономически невыгодно. 

Blockchain: зачем он нужен

Вся информация об операциях, транзакциях, выплатах и других действиях где-то хранится. Чаще всего это сервера банков, государственных организаций, предприятий. Эту информацию можно изменить, чем пользуются недобросовестные люди. Технология blockchain или же цепь блоков, если нужен перевод с английского, гораздо надежнее. История операций не хранится в одном месте — она распределена по тысячам компьютеров в мире. В таком виде данные хранить надежнее — они не пропадут, не потеряются, не исчезнут.

В этом и есть смысл blockchain — создать такую систему хранения данных, которая была бы прозрачна, безопасна. У системы имеются главные признаки:

• Безопасность;
• Открытость;
• Распределенность.

Вся информация в системе закодирована, и подобрать код нереально — он слишком сложен, и это экономически нецелесообразно.

Чтобы похитить или изменить данные, придется не просто раскодировать и поменять данные на одном сервере или компьютере, а на всех, входящих в систему. Еще один вариант —обладать контролем над 51% мощностями майнинга биткоина.

Учитывая, что компьютеров может быть как несколько сотен тысяч, так и несколько миллионов, поменять информацию на всех устройствах практически невозможно. Даже в подписи присутствует два ключа — публичный и приватный. Только ключ позволяет открыть доступ к данным участника.

Цифровые данные распространяются по цепочкам без необходимости копирования. Данное качество привело к тому, что технология blockchain стала фундаментом нового типа интернета. Blockchain изначально был разработан в качестве основы для криптовалюты bitcoin, однако специалисты в области цифровых технологий пророчат ему большое будущее, находя все новые перспективы использования.

Возьмем еще один пример — Википедия. Она была создана не одним пользователем, а многими, и каждый может вносить в нее новую информацию, следить за ней и контролировать записи. Нечто подобное существует и в блокчейне: цепочки блоков — не продукт создания отдельного человека, а результат действия людей, участвующих в сети. В этом заключается принцип распределения — каждый участник является и создателем, и контролером.

Проверка блоков

Когда майнер решает головоломку и формирует новый блок, все узлы в сети проверят, действителен ли блок, и добавят его в свою копию блокчейна. Сначала узлам необходимо достичь консенсуса относительно действительности. Только тогда сеть синхронизируется и состояние обновлений блокчейна.

Узлы будут добавлять новый созданный блок в цепочку, только если он будет следовать правилам, изложенным в протоколе консенсусного механизма. Программное обеспечение протокола проверяет, действителен ли блок или нет. Недействительный блок будет просто отклонен.

Естественно, что блок будет являеться действительным, если действительными будут все транзакции, содержащиеся в нем. Например, в протоколе Биткоина говорится, что никто не может отправлять биткоины, которые он не получил первоначально от кого-то другого или в качестве вознаграждения за майнинг блока.

Другими словами, программное обеспечение узлов проверяет все транзакции в новом блоке, имеются ли у отправителей достаточное количество биткоинов для совершения своих транзакций. Для этого узлы проверяют состояние сети Биткоина.

Теперь, допустим, я получил 1 биткоин, который затем послал Алисе. Потом я пытаюсь отправить тот же 1 биткоин Бобу. Как только блок с моей первой транзакцией в нем будет добавлен в цепочку, все узлы обновят блокчейн, чтобы отразить, что у меня больше нет этого одного биткоина. Любой новый сформированный блок, который будет содержать мою транзакцию для Боба, просто будет отклонен узлами. Программное обеспечение узлов видит, что транзакция в блоке не соответствует правилам, поэтому они не обновляют блокчейн с этим блоком.

Правила также определяют, что транзакция действительна только в том случае, если она подписана с цифровой подписью владельца биткоина. Только лицо, которое контролирует кошелек или адрес, с которого отправляется биткоин, может подписать транзакцию. Поэтому только вы можете потратить свой биткоин.

Сферы применения блокчейна

Определенные принципы, такие как распределенная структура или прозрачность записей и операций, дают простор для использования блокчейна практически в любой области. Наиболее известна сейчас индустрия криптовалют — ведь на блокчейне создана цифровая валюта Биткоин. Высокий курс Биткоина свидетельствует о должном уровне принятия публикой проекта.

Однако технология блокчейн активно используется и в других отраслях:

• юридические услуги;
• медицина;
• логистические операции;
• банковские операции;
• проведение микроплатежей.

Любые сферы, где для пользователей важна сохранность личных сведений и защита от мошенничества, могут работать на системе блокчейн. Есть все основания полагать, что блокчейн продолжит активно развиваться и скоро станет привычной частью жизни.

Блокчейн-кошелек

В криптовалютной сфере купленную или заработанную криптовалюту необходимо где-то хранить. Подходит блокчейн-кошелек, отличающийся широким функционалом. С помощью бумажника легко копить монеты и получать подробные сведения о блоках или проведенных транзакциях. Хранилище заслужило позитивную репутацию, отличается надежностью и легкостью регистрации. Сайт кошелька — blockchain.com.

Здесь приводятся текущие сведения о стоимости Биткоина, хешрейт, сложность, средняя цена и комиссия, другие полезные данные. Для начала работы на сайте и хранения монет требуется пройти регистрацию.

Безопасность в системе

Выше неоднократно отмечалось, что blockchain-перевод (транзакция) отличается высокой степенью безопасности. На чём же она основана? Изначально, на этапе создания проекта в него была заложена безопасность на уровне базы данных, и осуществляемая по тому же принципу.

Прозрачность гарантируется путём применения универсальной и современной системы шифрования. То есть каждый юзер проекта или участник может изменять только ту часть цепочки, к которой имеет особый ключ. Без наличия же этого ключа запись нового блока, подписанного пользователем, в систему невозможна.

Если рассматривать понятие блокчейн подробно, то становится ясно, что весь принцип его работы в отсутствии центрального сервера. Децентрализованные же сервера помогают проставлять метки времени. Но само хранение, пополнение и поддержание реестра обеспечивается за счёт одноранговых сетей.

Подход позволяет подтверждать подлинность источника, управлять идентификацией, легко регистрировать и обновлять события и т. п.

Биткоин – криптовалюта, начисляемая, после обработки данных блока путём аппаратных мощностей. Блокчейн – автономная база информации (реестр), записывающий все эти блоки, а соответственно и начисления биткоинов.

Пользователь, передавая свой ключ третьим лицам фактически предоставляет им доступ к денежным средствам, полученным им за блоки. Как то воздействовать на блоки других юзеров с помощью личного ключа невозможно.

Транзакции в сети

Блокчейн обеспечивает безопасность транзакций благодаря особой схеме: каждый следующий блок оснащен ссылкой на предыдущий (контрольной суммой). Процедуры проверки операций становятся легкими и логичными.

На хакатоне (своеобразном марафоне по программированию) разработчики тестировали проект для облегчения анализа передвижения денег между счетами, расположенными на многих компьютерах. Решение заключалось в присвоении уникальных меток счета каждой транзакции, проходящей через счет. Проходящая копейка собирала за собой «хвост» меток, по которым легко узнать счета, где копейка побывала. Вариант исключает вероятность непрозрачности и позволяет без проблем отслеживать маршруты передвижения средств.

Применение blockchain технологии

Не финансами едиными живет мир, поэтому блокчейн не только базовый момент добычи криптовалюты, но еще и способ:

• Сохранять авторские права на контент за счет легкости предъявления права собственности;
• Хранить важные документы, начиная от коммунальных платежек и заканчивая контрактами на миллиарды;
• Улучшить систему здравоохранения (защищенные данные о пациенте в одном месте, онлайн-карта) — в частности Gem на ethereum уже работает над созданием подобного реестра;
• Модернизировать образование и медиа. Касательно последних — это новый вид букмекерских контор по примеру Gnosis и Augur. Используя краудсейл, можно привлечь инвестиции в развитие проектов со ставками не только в спорте, но, и, например, любых событиях в мире.

Разумеется, это далеко не полный список, но все пункты объединяет технический принцип администрирования сетей blockchain.

Администрирование сетей

Процесс основан на добавлении в цепочку новых данных по протоколу Р2Р. За счет использования криптографии удается узнавать и отправителя, и получателя. При этом задача цепочки блокчейн в том, чтобы определить, какой факт считать правильным, если 2 факта с несовместимым содержимым прибыли в одно и то же время.

Часто принцип блокчейн используется в майнинге, когда» необходимо бросить огромное количество игральных костей»; при выпадении нужной комбинации можно опубликовать блок. Подобная технология снижает риск появления случайного ключа и является дублем всех операций с разных точек доступа. Возникает вопрос: как структурировать и упростить хранения информации?

Цифровые сертификаты

Базовый принцип работы блокчейна — дважды нельзя потратить цифровые деньги (спасибо автору Сатоши Накамото), и при этом крайне важно подтвердить именно свою личность. Еще на этапе развития технологии, остро стоял вопрос о безопасности транзакций, сегодня же он воспринимается, как само собой понятный

Крипто и цифровой банкинг диктует новые правила, и вынуждает определенные компании все же принимать сертификаты «интернета ценностей», а со временем, думаю, и «интернета вещей». С помощью подобной формы можно подтверждать что-либо, начиная от транзакции или завершения определенных курсов. Так, в октябре минувшего года в Дубаи завершилась правительственная программа помощи разработчикам на блокчейне эфириум, завершившееся выдачей EthCerts.

Право собственности

Со временем развитие технологии блокчейн поможет автоматизировать право собственности. Это значит, что и сканирование документов, и создание электронной подписи уйдут в прошлое — абсолютно новый криптографический шифр с низкой вероятностью взлома. А то и может полным ее отсутствием. Работать система будет просто: лицо вносит конкретные изменения, они распространяются по всей цепочке и никто не сомневается в том, что именно вам принадлежит тот или иной блок. Таким образом, вы всем заявляете о своем праве собственности, но не кому-то конкретно

Важно, чтобы при этом сократилось и время проведения сделок

Система DNS

Базовый принцип работы блокчейн — защита доменных имен, что особенно важно учитывая рост объема информации в каждом сегменте, в том числе, и в бирже криптовалют. Постоянные продажи/покупки валютных пар увеличивают объемы, и нужно найти место для хранения и максимально защитить домен

В некоторых компаниях имеются примеры работы DNS-технологии. Важный момент, что инновация поможет минимизировать количество потерь из-за хакерских атак, как на целые учреждения, так и на конкретных лиц. И третий важный аспект — снижение затрат на процессинг, а значит реальное упрощение сотрудничества и создание глобальной мировой финансовой сетки.

Идентификация

Этот принцип блокчейн намного дешевле, нежели, например, установка сканеров сетчатки глаза для входа в офисы мировых компаний. Базовое направление — подтверждение своей личности и права на проведение той или иной операции. Такой способ используется в биткоин-кошельке. Вы скачиваете его на компьютер и пользуетесь, пройдя заранее идентификацию. Но если необходимо иметь доступ к криптосредствам в любой точке мире, то стоит использовать аппаратный кошелек для криптовалюты — флешку с программной частью, обеспечивающею защиту средств и проверку личности.

Процесс хеширования необратим, а это значит, что хакерам не удастся проникнуть на все компьютеры в сети одновременно и определить автора транзакции.

Зачем он нужен?

Blockchain – производное от двух английских слов, означающих «блок» и «цепь». Технология передает информацию в виде последовательных блоков данных, зашифрованных и распределенных на нескольких компьютерах.

Непосвященному пользователю это определение ничего не говорит. Скорее возникнут вопросы: а как вообще устроена передача данных и зачем ее менять?

Как проводятся современные транзакции

Весь интернет работает через серверы; высокопроизводительные устройства ежедневно обрабатывают миллиарды запросов, в том числе банковские транзакции, отправку сообщений в мессенджерах, скачивание файлов и так далее. Естественно, централизованное обслуживание требует немалых финансовых затрат.

Помимо технических посредников, существуют юридические. Например, финансовое предприятие не выдаст онлайн-кредит без удостоверения личности. Всю информацию сохранить невозможно, поэтому существуют сторонние базы данных, отвечающие за проверку юридических моментов.

Переводы денег не обходятся без посреднических сервисов, требующих комиссию за свои «труды». Далеко ходить не надо: отправка средств из одного банка в другой облагается процентами, даже если люди живут через дорогу друг от друга. «Перебрасывание» денег и данных между сервисами увеличивает время обработки, а за все действия платят клиенты. И если на заре интернета радовала сама возможность глобальных операций, то сегодня все устали от постоянных переплат.

Даже безкомиссионное обслуживание подразумевает доверие денег третьему лицу. Банк, выступающий в роли гаранта, может обанкротиться, подвергнуться атаке или техническому сбою. Финансовая стабильность предприятий очень условна, и пользователи находятся под постоянным давлением. Один мировой кризис – и компания может перестать существовать.

Блокчейн – идеальный гарант сделки

Получается, между двумя клиентами, желающими совершить онлайн-перевод или передать документы, всегда есть посредник – без него и технически, и юридически не получится обработать операции.

Но блокчейн полностью исключил третьи лица. Технология позволяет работать напрямую, при этом уровень безопасности и достоверности данных гораздо выше традиционных методов.

Подчеркнем главные достоинства отдельными тезисами:

• самые сложные операции совершаются в течение нескольких минут;
• отсутствие посредников удешевляет транзакции и увеличивает их скорость;
• информация хранится в децентрализованном сервере: она распределена по тысячам компьютеров, поэтому ее невозможно украсть.

Но как это возможно? Разберемся в принципах работы технической части.

Блокчейн и государственный сектор

Государственный сектор — очень сложная машина. С одной стороны, этот механизм отличается централизацией с точки зрения ответственности перед гражданами за качественные госуслуги и управление страной. С другой стороны, госсектор фрагментарен и разобщён, если говорить о его организационных структурах и межведомственном обмене данными. Крайняя экономия в этом секторе в долгосрочной перспективе может привести или к урезанию зарплат, массовым увольнениям и снижению уровня госуслуг, или к полной реструктуризации поставки этих услуг гражданам отдельно взятой страны. То есть блокчейн можно использовать для борьбы с неэффективностью бюджетных организаций в оказании публичных услуг.

Что такое blockchain

Чаще всего про блокчейн вспоминают в контексте криптовалют, в том числе Bitcoin и Ethereum. Но на самом деле такой взгляд на технологию слишком узкий.

Уже из названия можно понять базовые задачи и цели, поставленные перед технологией. В переводе с английского «Block» – означает блоки, а «chain» переводится как «цепочка». Из чего следует, что блокчейн — это цепочка блоков, причем цепочка, в которой присутствует строгая последовательность.

Теперь про каждую часть детальнее. Блоки — это информация, данные о транзакциях, сделках и контактах внутри системы, которые представлены в криптографической форме. Все эти блоки выстроены в цепочку, то есть имеют связь между собой. Чтобы записать новый блок, нужно последовательное считывание данных со всех предыдущих.

Всю собранную информацию невозможно удалить, заменить или подменить. Данные накапливаются и из них формируется дополняемая база.

Главная особенность блокчейн — децентрализация. Нет никакого основного сервера, на котором держится вся информация. Данными владеют одновременно все участники блокчейн-сети. То есть абсолютно у всех участников равные права, поэтому совершение операций проводится между ними напрямую.

Главная особенность блокчейна — децентрализация. Фото: cryptoiscoming.com

Изначально технология была разработана одновременно с появлением биткоина, в 2009 году. Создателем блокчейна и криптовалюты принято считать Сатоши Накамото, личность которого успела стать мифом. Неизвестно какое количество людей прячется за маской Накамото, но очевидным фактом является то, что создание такой технологии требовало не одной недели усердной работы.

Blockchain делится на два основных типа:

1. Публичный — открытая база данных, которая стабильно дополняется. Яркий пример — виртуальная валюта Bitcoin, где любой участник имеет право заниматься записью и считыванием данных.
2. Приватный (также известен как частный) — для него характерны ограничения, касающиеся записи и чтения информации. В нем некоторые узлы могут иметь высший приоритет.

   Эксклюзивный — подвид частного блокчейна. Особенность его в том, что обработкой транзакций в такой цепочке занимается определенная группа лиц.

Для закрепления еще раз вспомним ключевые характеристики и особенности технологии:

• Децентрализация. Нет одного сервера, все лица-участники являются серверами, которые поддерживают работу всего blockchain.
• Прозрачность. Данные находятся в публичном доступе, а их удаление или изменение исключено.
• Неограниченность. новыми цепочками блокчейн можно дополнять до бесконечности.
• Надежность. Необходимость проверки операции участниками системы дает возможность «пропускать» только легитимные транзакции.

Вывод

Вышеприведенное следует рассматривать как очень краткое введение в работу распределенных регистров (distributed ledgers).

Однако, в следующий раз, когда кто-то упоминает о блокчейнах на вечеринке, пожалуйста, не делайте того, что я только что сделал, а просто скажите: «Эй, дружище, блокчейн — это всего лишь способ структурирования данных. Я думаю, вы имеете в виду распределенный регистр, используемый для ведения записей, который размещен в одноранговой сети, состоящей из узлов и майнеров, сотрудничество которых регулируется консенсусным протоколом, который устанавливает правила сети».

Вместе с тем, возможно, настало время согласиться, что этот термин превратился во всеобъемлющую концепцию, указывающую на синтез технологий, которые делают распределенные регистры возможными.

В моей следующей статье я углублюсь в роль, которую играет современная криптография в блокчейне и механизме консенсуса.