Блокчейны распределены (т. е. без единого репозитория) и децентрализованы, защищены от несанкционированного доступа и защищены от несанкционированного доступа. На самом базовом уровне они позволяют пользователям записывать транзакции в общий реестр внутри этой группы. В результате никакая транзакция не может быть изменена после того, как она была опубликована в рамках стандартного функционирования сети блокчейна.
Концепция блокчейна была объединена с множеством других технологий и компьютерных концепций в 2008 году для создания современных криптовалют:электронных денег, защищенных криптографическими процессами, а не центральным хранилищем или органом.
Внедрения блокчейна часто создаются с учетом конкретной цели или функции. Криптовалюты, смарт-контракты и системы распределенного реестра для бизнеса — все это примеры функциональных возможностей.
Биткойн был первой криптовалютой на основе блокчейна, которая позволяла пользователям публично делиться данными, чтобы участники могли независимо проверять действительность транзакции. Криптовалюты построены на технологии блокчейн, названной в честь интенсивного использования криптографических функций.
Для цифровой подписи и безопасных транзакций в системе пользователи используют открытый и закрытый ключи. Пользователи могут решать головоломки, используя криптографические хеш-функции, в надежде получить фиксированную сумму денег в блокчейн-сетях на основе криптовалюты, которые включают майнинг.
В области технологии блокчейн наблюдается постоянный прогресс, регулярно появляются новые платформы — среда постоянно меняется. Помимо криптовалют, технологию блокчейн можно использовать для создания постоянной, общедоступной и прозрачной системы учета для сбора данных о продажах, отслеживания использования цифровых технологий и осуществления платежей создателям контента, например музыкантам.
В этой статье объясняется технология блокчейна и дается обзор того, как она работает.
Чтобы узнать больше о различных типах блокчейн-сетей, нажмите здесь.
Фундаментальная цель блокчейна – позволить людям, особенно тем, кто не доверяет друг другу, обмениваться жизненно важными данными безопасным и защищенным от несанкционированного доступа способом.
Хэш-функция, блоки, узлы, майнеры, кошельки, цифровые подписи и протоколы — это различные основные концепции блокчейна.
Представим, что 10 человек в одной комнате решили создать новую валюту. Они должны следить за потоком средств, чтобы обеспечить действительность монет в своей 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.
Однажды Боб заметил, что кто-то вмешался в его дневник. Он решил изменить формат своего дневника, чтобы предотвратить фальсификацию в будущем. Он использовал программу под названием хеш-функция, которая превращает текст в набор цифр и букв, как показано в таблице ниже.
В этом процессе используется безопасный алгоритм хеширования, или SHA, который превращает буквы в строки символов. Боб может выбирать различные типы SHA, каждый из которых отличается по сложности и служит разным потребностям.
Хеш – это строка цифр и букв, созданная хеш-функциями. Хеш-функция — это математическая функция, которая преобразует переменное количество символов в строку с фиксированным количеством символов.
Небольшое изменение строки создает совершенно новый хэш. После каждой записи в дневнике Боб вставлял решетку. Но затем Джек снова решил изменить записи. Он добрался до дневника, изменил запись и сгенерировал новый хеш.
Боб заметил, что кто-то снова просмотрел дневник. Он решил усложнить запись каждой сделки. После каждой записи он вставлял новый хеш, сгенерированный из последнего записанного хэша. Поэтому каждая запись зависит от предыдущей.
Если Джек попытается изменить запись, ему придется изменить хэш во всех предыдущих записях. Однако Джек был заядлым вором, поэтому всю ночь пересчитывал все хэши.
Боб не хотел сдаваться, поэтому добавлял разные случайные числа после каждой записи. Это число называется «одноразовым номером». Nonces следует выбирать таким образом, чтобы сгенерированный хэш заканчивался двумя нулями.
Чтобы подделать записи с помощью обновленной системы ввода Боба, Джеку теперь придется тратить часы и часы на определение одноразового номера для каждой строки.
Даже компьютерам трудно вычислить одноразовые номера, но задача выполнима, поскольку майнеры соревнуются за их обнаружение в процессе майнинга блокчейна.
Исходная таблица Боба с 5000 транзакций называется блоком генезиса — отправной точкой для этой цепочки блоков. Принятие этой валюты распространилось, поэтому транзакции происходят быстро и часто. Создаются новые блоки, которые также могут содержать до 5000 транзакций и имеют коды, коррелирующие с предыдущими блоками, что делает их не поддающимися подделке.
Предположим, что эта цепочка блоков обновляется каждые 10 минут новым блоком. Это происходит автоматически. Ни один главный или центральный компьютер не дает указание компьютерам сделать это.
Как только электронная таблица, бухгалтерская книга или реестр будут обновлены, их больше нельзя будет изменить. Таким образом, подделать его невозможно. В него можно добавлять только новые записи. Реестр обновляется на всех компьютерах в сети одновременно. Изменения в блокчейне требуют консенсуса большинства участников сети.
Одним из потенциальных рисков для блокчейна является «атака 51%», во время которой сторона перехватывает большую часть скорости хэширования блокчейна, что позволяет им затем диктовать сеть.
Как правило, блок содержит отметку времени, ссылку на предыдущий блок, транзакции и вычислительную задачу, которую нужно было решить, прежде чем блок попадет в блокчейн. Распределенная сеть узлов, которые должны достичь консенсуса, делает мошенничество в блокчейне практически невозможным.
Боб некоторое время вел дневник таким образом. Однако по мере того, как новые транзакции продолжали происходить, он вскоре стал обременен количеством записей, считая свою текущую систему неустойчивой. Поэтому, как только в его дневнике было 5000 транзакций, он преобразовал его в одностраничную таблицу. Мария проверила правильность всех транзакций.
Затем Боб передал свой электронный дневник 3000 разным компьютерам, каждый из которых находился в разных регионах мира. Эти компьютеры называются узлами. Каждый раз, когда происходит транзакция, она должна быть одобрена теми узлами, каждый из которых проверяет действительность транзакции. После того, как каждый узел проверил транзакцию, по существу происходит своего рода электронное голосование. Некоторые узлы могут считать транзакцию действительной, тогда как другие считают ее мошеннической.
Каждый узел имеет копию дневника электронной таблицы. Каждый узел проверяет действительность каждой транзакции. Если большинство узлов говорят, что транзакция действительна, она записывается в блок.
Теперь, если Джек захочет изменить одну запись в табличном дневнике, все остальные компьютеры будут иметь исходный хэш. Они не допустят изменения.
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 относится к хэшу предыдущего блока в цепочке, что затрудняет майнинг блока, особенно в больших цепочках.
Майнеры используют специальное программное обеспечение для решения чрезвычайно сложной математической задачи создания приемлемого хэша с использованием одноразового номера. Поскольку одноразовый номер имеет длину всего 32 бита, а хэш — 256 бит, необходимо найти около четырех миллиардов комбинаций одноразового номера и хэша, прежде чем будет найдена подходящая.
Когда это происходит, считается, что майнеры обнаружили "золотой одноразовый номер", 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 блокчейна 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.
Подробнее читайте в статье «Как майнить биткойны?»
Продолжая тот же пример, Боб собрал вместе 10 человек (первоначально собранные 10 человек, которые являются частью новой валюты). Ему нужно было объяснить им, что такое новая цифровая монета и система бухгалтерских книг.
Джек признался группе в своих грехах и извинился. Чтобы доказать свою искренность, он вернул Энн и Мэри их монеты.
Разобравшись со всем этим, Боб объяснил, почему это больше никогда не повторится. Он решил внедрить так называемую цифровую подпись для подтверждения каждой транзакции. Но сначала он раздал всем бумажник.
Если у вас есть цифровые деньги, вам нужен цифровой кошелек или онлайн-платформа или обмен для хранения.
Кошелек — это строка цифр и букв, например:18c177926650e5550973303c300e136f22673b74. Это адрес, который будет появляться в различных блоках блокчейна по мере совершения транзакций. Никакие имена или личная информация не включены — только номер кошелька.
Адреса общедоступных кошельков представляют собой строки символов, на которые можно отправлять определенные активы. Адрес каждого конкретного кошелька генерируется из открытого ключа.
По теме:Биткойн-кошельки для начинающих:все, что вам нужно знать
Для проведения 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, чтобы подписать сообщение, содержащее транзакцию. Система двух ключей — закрытого и открытого ключа — лежит в основе шифрования и криптографии, и ее использование задолго до появления блокчейна. Впервые он был предложен в 1970-х годах.
После отправки сообщение передается в сеть блокчейна. Затем сеть узлов обрабатывает сообщение, чтобы убедиться, что содержащаяся в нем транзакция действительна. Если он подтверждает валидность, транзакция помещается в блок. После этого никакая информация о нем не может быть изменена.
Криптографический ключ — это последовательность цифр и букв. Криптографические ключи создаются генераторами ключей или кейгенами. Эти кейгены используют очень продвинутую математику, включающую простые числа для создания ключей. Такие ключи можно использовать для шифрования или расшифровки информации.
Технология блокчейна состоит из индивидуальных спецификаций поведения, большого набора правил, запрограммированных в ней. Эти спецификации называются протоколами. Реализация конкретных протоколов, по сути, делает блокчейн тем, чем он является — распределенной, одноранговой, защищенной информационной базой данных.
Протоколы блокчейна гарантируют, что сеть работает так, как задумано ее создателями, даже если она полностью автономна и никем не контролируется.
Вот несколько примеров протоколов, реализованных в блокчейнах:
Входная информация для каждого хеш-номера должна включать хеш-номер предыдущего блока.
Награда за успешную добычу блока уменьшается наполовину после того, как будет добыто 210 000 блоков. Для биткойнов (BTC) это называется халвингом. При 10 минутах на блок добыча 210 000 блоков занимает около четырех лет; следовательно, биткойн уменьшается вдвое каждые четыре года.
Чтобы время, необходимое для добычи одного блока, составляло примерно 10 минут, сложность добычи пересчитывается каждые 2016 секунд. блоки. Сложность майнинга, по сути, уравновешивает сеть с учетом количества майнеров. Больше майнеров означает более конкурентную атмосферу, что затрудняет добычу блоков. Меньшее количество майнеров означает, что добывать блоки сравнительно проще, что привлекает майнеров к участию.
Большинство блокчейнов построены как децентрализованная база данных, которая действует как распределенный реестр. Эти регистры блокчейна отслеживают и хранят данные в блоках, которые расположены в хронологическом порядке и связаны криптографическими доказательствами.
Развитие технологии блокчейна принесло многочисленные преимущества для широкого круга предприятий, включая повышенную безопасность в ненадежных ситуациях. Однако тот факт, что он децентрализован, имеет существенные недостатки. Например, блокчейны имеют ограниченную эффективность по сравнению с обычно централизованными базами данных и требуют больше места для хранения.
Различные плюсы и минусы блокчейна включают:
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 нем информацию. Каждый узел может проверять записи блокчейна. Все это делается без одного или нескольких посредников, контролирующих все.
Архитектурно он децентрализован, и в нем нет единой точки отказа, которая могла бы вывести из строя блокчейн, что делает его важнейшим компонентом систем блокчейна. Однако узлы блокчейна логически централизованы, поскольку весь блокчейн представляет собой распределенную сеть, выполняющую определенные запрограммированные действия.
При децентрализованной одноранговой (P2P) передаче связь всегда происходит напрямую между одноранговыми узлами, а не через центральный узел. Информация о том, что происходит в блокчейне, хранится на каждом узле, а затем передается соседним узлам. Таким образом информация распространяется по всей сети.
Любой, кто проверяет блокчейн, может видеть каждую транзакцию и ее хеш-значение. Кто-то, использующий блокчейн, может действовать под псевдонимом, если хочет, или он может сообщить свою идентификацию другим. Все, что видно в блокчейне, — это записи транзакций между адресами кошельков.
После того, как транзакция записана в цепочке блоков и цепочка обновлений, изменение записи этой транзакции становится невозможным. Почему? Эта конкретная запись транзакции связана с записью каждой предыдущей, что делает ее неизменной. Записи блокчейна являются постоянными, они упорядочены в хронологическом порядке и доступны для всех других узлов.
Выключить сеть практически невозможно. Поскольку множество узлов существует и работает по всему миру, одна сторона не может взять под контроль всю сеть.
Подделка блока также практически невозможна, поскольку достоверность каждого блока и, как следствие, его включение в блокчейн определяется электронным консенсусом узлов. Таких узлов тысячи, разбросанные по всему миру. В результате для захвата сети потребуется компьютер с практически невозможной мощностью.
Однако использование технологии блокчейна в качестве обычной базы данных может оказаться затруднительным. Можете ли вы хранить три гигабайта файлов в блокчейне так же, как при использовании платформ баз данных, таких как Microsoft Access, FileMaker или MySQL? Это было бы плохой идеей. Большинство блокчейнов не подходят для этого по своей конструкции или просто не имеют необходимой мощности.
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 блокчейна, каждый пользователь отвечает за поддержание, расчет и обновление каждой новой записи. Каждый отдельный узел должен работать вместе, чтобы убедиться, что все они приходят к одним и тем же выводам.
Архитектура технологии блокчейн также означает, что каждый узел должен работать независимо и сравнивать результаты своей работы с остальной сетью, поэтому достижение консенсуса может занять очень много времени. Из-за этого сети блокчейна исторически считались медленными по сравнению с традиционной технологией цифровых транзакций. Достижения в некоторых случаях увеличили скорость транзакций, связанных с блокчейном, что видно в некоторых криптоактивах, проектах и решениях.
Тем не менее, существуют эксперименты по созданию баз данных с использованием технологии блокчейн. Эти платформы призваны использовать распределенную базу данных корпоративного класса и строить ее поверх нее, добавляя три ключевых атрибута блокчейна:децентрализацию, неизменность и возможность регистрации и передачи активов.
Хотя блокчейн не защищен от взлома, его децентрализованный характер обеспечивает 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 блокчейнов, такие как Биткойн и Эфириум (ETH), открыты для всех, у кого есть компьютер и подключение к Интернету. Наличие большего количества участников в сети блокчейна, как правило, повышает безопасность, а не создает проблемы с безопасностью. Чем больше узлов участвует, тем больше людей проверяют работу друг друга и сообщают о недобросовестных действиях. Это одна из причин, почему, вопреки здравому смыслу, частные блокчейн-сети, для присоединения к которым требуется приглашение, могут быть более уязвимы для взлома и манипуляций.
Более того, блокчейн полезен для борьбы с атаками "двойного расходования" при платежах и денежных переводах. Криптовалютные атаки являются серьезным источником беспокойства. Пользователь будет тратить свою криптовалюту более одного раза в атаке двойного расходования. Это проблема, которой не существует при работе с наличными.
Если вы потратите 3 доллара на чашку кофе, у вас больше не будет 3 долларов на что-то еще. Однако когда дело доходит до криптовалюты, есть вероятность, что пользователь потратит криптовалюту несколько раз, прежде чем сеть заметит это.
В этом может помочь блокчейн. В блокчейне криптовалюты вся сеть должна согласовать последовательность транзакций, подтвердить самую последнюю транзакцию и опубликовать ее публично, что помогает сохранить безопасность сети.
Давайте поймем, почему биткойн и блокчейн — это две разные вещи:
В последней части этой статьи будут обсуждаться некоторые из многочисленных приложений блокчейна. Технология блокчейн особенно идеальна для так называемых «умных контрактов». Итак, что такое смарт-контракты?
Смарт-контракты определяют правила и санкции в отношении конкретного соглашения, аналогично функции традиционных контрактов. Однако большая разница заключается в том, что смарт-контракты автоматически обеспечивают соблюдение этих обязательств. Благодаря своему кодированию смарт-контракты выполняются при выполнении определенных критериев.
Децентрализованное финансирование, или DeFi, — это использование технологии блокчейна, 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 одалживать и занимать средства, а также получать доступ к другим возможностям, управляемым на блокчейне, вне контроля централизованного органа.
Незаменяемые токены, или NFT, служат приложением технологии блокчейна с огромным потенциалом в нескольких различных вариантах использования. Такие токены проверяемо уникальны и не подлежат обмену один на один с другими по той же стоимости. Одним из потенциальных вариантов использования NFT является аутентификация произведений искусства, связанных с NFT, которые могут подтвердить их подлинность и право собственности.
Применение технологии блокчейн к цепочке поставок может предоставить возможность отслеживать ингредиенты, продукты питания, материалы и многое другое до источника, чтобы подтвердить их происхождение, а также предоставлять другую соответствующую информацию о любой заданной цепочке поставок. .
Урегулирование претензий по гарантии может быть дорогостоящим, трудоемким и часто сложным для тех, кто предъявляет претензии. Можно внедрить смарт-контракты с использованием технологии блокчейн, что неизбежно заметно облегчит процесс.
С помощью смарт-контрактов можно установить определенный набор критериев для конкретных ситуаций, связанных со страхованием. Теоретически, с внедрением технологии блокчейна, вы могли бы просто подать заявку на страхование онлайн и получить мгновенную автоматическую выплату — при условии, конечно, что ваша заявка соответствует всем необходимым критериям.
С блокчейном и его аспектом децентрализации проверка личности в Интернете может быть намного быстрее и потенциально безопаснее. Хранение идентификационных данных в Интернете в центральном месте может стать практикой прошлого с использованием блокчейна, а это означает, что у компьютерных хакеров больше не будет централизованных точек уязвимости для атаки.
Интернет вещей, связанный друг с другом через Интернет для целей взаимодействия, представляет собой экосистему удобных для программного обеспечения элементов, таких как транспортные средства и устройства, которые включают определенные технологические характеристики, делающие возможным такое взаимодействие.
Технология блокчейна может сыграть важную роль в будущем Интернета вещей, отчасти за счет предоставления потенциальных методов защиты от хакеров. Поскольку блокчейн создан для децентрализованного управления, основанная на нем схема безопасности должна быть достаточно масштабируемой, чтобы соответствовать расширению Интернета вещей.
Google Drive, Dropbox и другие досконально проработали электронное архивирование документов с использованием централизованных методов. Централизованные сайты заманчивы для хакеров. Блокчейн и его смарт-контракты позволяют существенно уменьшить эту угрозу.
Поскольку технология привлекает все больше внимания, блокчейн и его смарт-контракты могут помочь в борьбе с отмыванием денег.
Блокчейн обеспечивает более полный анализ системы, а не только отслеживание точек входа и выхода. Поскольку блокчейн — это децентрализованная сеть, в которой каждый пользователь или узел отвечает за проверку обновлений, это повышает безопасность сети.
Голосование на выборах и подобные процессы можно значительно улучшить с помощью смарт-контрактов и блокчейна. Со временем появились различные связанные приложения.
Потенциал технологии блокчейн практически безграничен, а последние достижения приблизили нас к децентрализованному, ненадежному Интернету, прозрачности транзакций и многому другому.
По мере того, как мы уходим от периода пандемии и вступаем в эпоху «новой нормальности», блокчейны, вероятно, будут в авангарде нашего прогресса в решении этих новых социальных проблем и переосмыслении истинного значения богатство в дивном новом мире цифровых денег.
Будущее технологии блокчейн выглядит светлым, и, учитывая, что она уже демонстрирует потенциал почти во всех областях, кажется, что лучшее еще впереди.
Между тем будет интересно посмотреть, куда пойдет технология блокчейна в будущем, особенно с точки зрения банковских услуг, денежных переводов, децентрализованных рынков и других областей.