Введение в блокчейн
Блокчейн помогает не только сохранить анонимность его участников, но и создать пространство, свободное от регуляторов. Эта технология делает финансовые операции безопаснее, прозрачнее, дешевле и быстрее.
Концепция блокчейна была описана еще в 1991 году, но реализацию получила благодаря разработчику или группе разработчиков под псевдонимом Сатоши Накомото в 2009 году. Именно тогда был сгенерирован первый блок сети Bitcoin, а технология начала набирать популярность.
Блокчейн — это децентрализованная цифровая база данных. Она позволяет передавать и хранить информацию при помощи системы последовательно записанных и криптографически защищенных блоков.
Это значит, что вся система держится на ее участниках и не имеет человека или группы людей, контролирующих происходящее в ней. Каждый из участников сети имеет равные права, а информация передается и хранится в блоках, безопасность которых гарантируется шифрованием.
Практическая реализация блокчейна произвела революцию в сфере финансов, но не ограничивается ей. Его также применяют в здравоохранении, системе голосования, для управления цепочками поставок и многого другого.
В этой статье мы разберем все необходимое для понимания принципов работы блокчейна. Начнем.
Как работает блокчейн
Ноды
Децентрализация блокчейна подразумевает необходимость в сети серверов, распределяющих информацию между другими узлами. Эту функцию выполняют ноды (узлы) — компьютеры, являющиеся основой распределенной сети.
Фактически, каждая нода — это техническое оборудование, которое люди предоставляют для поддержания работы самой сети. Как вы можете понять — не просто так. В зависимости от алгоритма консенсуса, то есть того, как ноды согласуют состояние сети для подтверждения и добавления транзакций в блоки, зависят и действия, которые необходимо выполнить нодам для получения вознаграждения.
Рассмотрим подробнее виды и функции нодов:
- Полные ноды. Они подключены к блокчейну постоянно и хранят информацию о всех транзакциях в сети, участвуют в обмене данными с другими узлами. Они проверяют транзакции и добавляют их в новые блоки.
- Облегченные ноды. Это компьютеры подключенные к сети блокчейн, но хранящие не всю историю транзакций, а только названия блоков для подтверждения достоверности транзакций.
- Майнинг-ноды. Это специально настроенные устройства, работающие в блокчейнах с алгоритмом консенсуса Proof of Work. При помощи вычислительных мощностей техники, они производят сложные вычисления для шифрования и подтверждения транзакций для их последующего добавления в блок и закрепления в блокчейне. За это они получают вознаграждение.
- Стейкинг-ноды. В отличие от майнинг-нод, функционируют в сетях с алгоритмом Proof of Stake. Вознаграждение начисляется за хранение монет в стейкинге, а не за выполнение математических операций. В сети блокчейна выполняют те же функции, что и майнингноды.
- Мастерноды — специально настроенная полная нода, функционирующая на алгоритме PoS или гибридном консенсусе PoW/PoS. Помогают гарантировать анонимность перевода путем «перемешивания» монет и отсутствия информации о переводах в открытом доступе.
Структуры данных и блоки
Для записи данных используются блоки транзакций. Давайте разберем на примере, как происходит обычная транзакция на блокчейне биткоина.
Допустим, Иван хочет перевести криптовалюту Маше. Иван инициирует транзакцию и она транслируется в сеть. Каждая из нод перед добавлением транзакции в блокчейн проверяет ее подлинность и соответствие правилам сети. После проверки транзакции, ноды добавляют данные о ней в блок вместе с другими подтвержденными транзакциями.
Проверку ноды производят благодаря механизму консенсуса — набору правил, которые ноды используют для согласования состояния блокчейна и последующего внесения в него блоков.
Рассмотрим подробнее, что такое алгоритм консенсуса и какие его виды существуют в блокчейн-сетях.
Алгоритмы консенсуса
Алгоритм консенсуса — это механизм, благодаря которому ноды координируют свои действия и достигают соглашения о состоянии блокчейна. Разберем подробнее виды консенсусов.
Виды алгоритмов консенсуса
Proof-of-Work (PoW) — механизм консенсуса, используемый для защиты сети, добавления новых блоков. Безопасность достигается благодаря хешированию — шифрованию любой информации до уникального набора из букв и цифр с фиксированной длинной при помощи хеш-функций.
Майнингнодам требуется собрать транзакции в блок-кандидат и пропустить их через хеш-функцию. Первый, кто найдет верное решение — получит вознаграждение. Использование этого метода требует значительных вычислительных мощностей и большого количества электроэнергии.
Proof-of-Stake (PoS) — механизм консенсуса, в котором участники блокируют свою криптовалюту для обеспечения безопасности блокчейна и получения вознаграждения за это. Вместо майнингнодов в этом алгоритме используются валидаторы, то есть участники сети, выбираемые по количеству внесенных монет и времени их участия в стейкинге.
Выбранный валидатор отвечает за проверку и подтверждение транзакций. После их попадания в блок и впоследствии в блокчейн, валидаторы получают вознаграждение — комиссию с транзакций в блоке.
PoW и PoS — наиболее популярные виды консенсуса. Кроме них существуют и другие, призванные тем или иным образом решить существующие ограничения блокчейна. Среди них выделяют: Proof of Authority (PoA), Proof of Burn (PoB), гибридный PoW/PoS консенсус и DPoS.
Proof-of-Authority (PoA) — основывается не на стейкинге монет или майнинге, а на репутации валидаторов. Блоки проверяют заранее выбранные участники, а построить репутацию сложно.
Proof-of-Burn (PoB) — алгоритм, требующий «сожжения» монет для получения права на их майнинг. Процесс уничтожения криптовалюты происходит через «адреса-пожиратели» — случайно сгенерированные счета от которых нет приватного ключа. Переводя туда монеты, доступа к ним больше не будет, а транзакция будет выступать доказательством «сожжения».
Гибридный PoW/PoS консенсус — алгоритм, объединяющий в себе PoW и PoS для взаимной компенсации недостатков двух консенсусов. Цель — объединить в себе энергоэффективность от PoS и безопасность от PoW. Однако существуют риски централизации при неправильной реализации алгоритма, а также сложность в его создании.
Delegated Proof-of-Stake (DPoS) — алгоритм, работающий по принципу демократических выборов. Участники сети голосуют за делегатов, которые будут поочередно обрабатывать транзакции и записывать их в блок. Вознаграждение получат как делегаты, так и с некоторой вероятностью те, кто за них голосовал.
Типы блокчейн-сетей
Среди типов сетей блокчейна выделяют публичные, частные, а также блокчейн-консорциума. Разберем, что из себя представляет каждый из них:
Публичные блокчейны. Это открытые и прозрачные децентрализованные сети — они используют открытый исходный код и доступны всем желающим.
Частные блокчейны. Это закрытые централизованные сети, где установлены четкие правила, кто может создавать блоки и вносить их в блокчейн.
Блокчейн консорциума. Этот вид сочетает в себе черты публичного и частного блокчейна — когда несколько компаний объединяются для создания общего блокчейна. Она может быть как открытой, так и закрытой. Создание блоков согласуется двумя и более сторонами, участвующих в блокчейне такого типа.
Узнав, как функционирует блокчейн, подытожим существующие преимущества и ограничения этой технологии.
Преимущества сетей блокчейн
Популярность блокчейна обусловлена рядом факторов. Среди них выделяют:
Децентрализация. Информация передается и хранится через сеть компьютеров без центрального сервера, а для создания блоков необходимо проверка и подтверждение всех узлов распределенной сети.
Прозрачность. Любой желающий может просмотреть транзакции в общедоступных блокчейн-сетях, а все участники имеют доступ к одинаковой базе данных.
Неизменяемость и безопасность. Информация в блоках зашифрована, а корректировать попавшие в блокчейн данные возможно только через консенсус в сети, что делает подмены или подделки информации в блокчейне практически невозможными.
Эффективность. Блокчейн позволяет избавиться от посредников, а сами транзакции проходят быстрее и дешевле.
Проблемы и ограничения
Трилемма блокчейна
Трилемма блокчейна постулирует, что блокчейн может обладать только двумя из 3 основных свойств одновременно. Эти свойства включают безопасность, масштабируемость и децентрализацию.
Например, при сочетании в себе безопасности и масштабируемости, высока вероятность централизации блокчейна, а комбинация безопасности и децентрализации ведет с малой масштабируемости.
Многие проекты занимаются попытками решить данную трилемму, поскольку это позволило бы сделать реализацию блокчейна максимально приближенной к идеальной модели децентрализованной, безопасной и масштабируемой системы. С этой целью и создаются различные алгоритмы консенсуса.
Изменение данных
Преимущества блокчейна могут выступать и его недостатками. Например, записав данные в блок, изменить их будет невозможно. То есть если вы ошибетесь в реквизитах, а транзакция уже записана в блокчейн, вернуть платеж не получится.
Скорость сети и масштабируемость
Блокчейн биткоина обрабатывает до 7 транзакций в секунду, а время обработки блока — 10 минут. Это существенное ограничение, поскольку в моменты активных торгов нагрузка на сеть будет увеличиваться, а низкая скорость обработки транзакций приведет к перегрузке и задержкам.
Атака 51%
Эта гипотетическая проблема связанная с внешней атакой на сеть. Если кому-то удастся завладеть 51% вычислительных мощностей в блокчейне, то он сможет изменять и контролировать данные в блоках. Однако злоумышленник сможет изменять лишь недавние транзакции в коротком промежутке времени. Подобная атака актуальна в маленьких блокчейнах, где ещё не требуются большие вычислительные мощности. В крупных сетях вероятность возникновения такой проблемы крайне мала.
Читайте в нашем блоге: