Блокчейн — что это такое простыми словами, как работает эта технология и где она используется

Здравствуйте, уважаемые читатели блога Goldbusinessnet.com. На протяжении всей истории человечества время от времени появляются вехи, которые знаменуют начало принципиально нового периода в той или иной сфере. Не является исключением и область инфотехнологий, где очередной такой вехой стала разработка, получившая наименование блокчейн, которую, по оценкам специалистов, можно сравнить, ни много ни мало, с появлением интернета.

Многие рядовые пользователи связывают block chain исключительно с криптовалютами, что не совсем верно, поскольку возможности этой технологии гораздо более широкие.

Например, весьма высокий, можно сказать, беспрецедентный уровень безопасности построенных на ее основе платформ заинтересовал уже не только финансовые структуры, но и правительства некоторых весьма авторитетных мировых держав, включая Россию.

Технология blockchain впервые была внедрена в процессе создании биткоина, являющегося прародителем всех крипто-монет, и полностью подтвердила свою состоятельность. В том числе поэтому ниже мы поподробнее разберем особенности блокчейна касательно системы Bitcoin, но не обойдем стороной и другие сферы, где эта разработка может быть успешно применена.

Что такое blockchain и для чего нужна эта технология?

Итак, блокчейн — это современный инструмент, позволяющий реализовать распределенную базу данных, представляющую из себя непрерывную цепочку блоков (англ. «block» — блок, «chain» — цепь). В подобной сети, особенностью которой служит отсутствие единого административного центра, каждый пользователь может вносить изменения в БД в соответствии с установленным алгоритмом. Эти изменения должны быть подтверждены всеми участниками системы.

Blockchain является революционной технологией, предназначенной для хранения и передачи данных в виде финансов, информации или документов без посредников.

В состав каждого из блоков входит конкретная информация. Какая? все зависит от того, в какую платформу будет интегрирована эта технология. Отсюда плавно вытекает одно из ее самых что ни на есть главных достоинств — универсальность.

Наверняка, многие из вас знакомы с пиринговым сетевым протоколом BitTorrent, ну или, по крайней мере, слышали о нем. При помощи этого протокола осуществляется обмен файлами между пользователями через интернет.

Передача файлов происходит частями, причем, любой torrent-клиент, скачивая какую-то часть, тут же передает ее другим клиентам. Block chain имеет с BitTorrent’ом много общего, в первую очередь, они похожи основной идеей, состоящей в децентрализации.

Представьте себе онлайн проект, на котором отсутствует центральный сервер с хранящимися там данными. Вместо него есть распределенная база данных, копии которой располагаются на компьютерах (узлах) и доступны всем без исключения участникам системы. Эта база содержит упорядоченные записи в виде связанных в единую цепочку блоков.

Особенность подобной цепи состоит в том, что каждый из входящих в нее блоков содержит не только собственные данные, но и ссылки на предыдущий и/или последующий блок, что намного повышает надежность сохранения всей структуры и ее безопасность.

Многие считают, что создателем блокчейна был разработчик bitcoin’а Сатоши Накамото, который создал первую криптовалюту в 2009 году. До сих пор неясно, кто скрывается под этим именем. По одной из версий это вообще не один человек, а целая группа программистов.

На самом деле Nakamoto просто объединил несколько уже разработанных решений, чем положил начало выходу целой группы «цифровых монет» (их создатели использовали готовую платформу на уже протестированной базе биткойна). Их количество продолжает расти и по сей день.

Нужно иметь ввиду, что Накамото использовал при разработке «прародителя цифровых денег» лишь одно из множества возможных направлений block chain. Как я уже упомянул, эта полезная технология вполне может быть применена во многих других областях, подробнее об этом мы еще поговорим ближе к концу публикации. Чтобы вы могли представить, насколько необходим и востребован может быть данный механизм, приведу лишь один пример.

В 2016 году была осуществлена первая реальная сделка посредством блокчейна в обеспечение экспорта продукции от одного предприятия к другому на сумму 100 000 долларов, длившаяся менее 4 часов, в то время как обычно подобный процесс ввиду необходимости составления и согласования различного вида документов занимает около недели.

По-моему, это отметает все сомнения на счет полезности этой технологии, которая вполне может положить начало новейшему периоду, уже получившему название «эра цифрового доверия».

Плюсы и минусы blockchain

Вот основные преимущества систем, работающих на основе blockchain:

• высокий уровень безопасности — благодаря принципу децентрализации и возможности использования шифрования опасность нанесения урона системе сведена к минимуму;
• надежность — все операции проходят постоянную и многостороннюю проверку, вследствие чего выполнить нелегитимные действия с базой данных практически невозможно;
• отсутствие посредников — транзакции проводятся напрямую, что значительно ускоряет весь процесс, а в случае криптовалют еще и отпадает нужда оплачивать обязательную комиссию (хотя и здесь для успешного и оперативного перевода монет в пределах некоторых крупных платформ без уплаты комиссионных не обойтись).

Недостатки тоже имеют место быть:

• в целях поддержания крупных проектов на блокчейне требуются немалые ресурсы;
• для обеспечения защищенности системы и ее корректного функционирования необходимо участие большого количества пользователей (устройств).

Говоря о плюсах и минусах блокчейна, нужно отметить одну очень важную деталь. Некоторые его достоинства, которые нам кажутся абсолютно бесспорными, при взгляде под другим углом уже приобретают иные, диаметрально противоположные черты.

Например, независимость от контроля извне любой платформы, базирующейся на этой новой технологии, по мнению среднестатистического пользователя, несомненный плюс. Однако с точки зрения руководителей государства, которое не в силах в полной мере воздействовать на нее, это минус. Потому как появляется угроза государственным устоям, включая финансовую систему.

Наверное, можно констатировать, что именно государственный институт (пусть несовершенный и во многом зависящий от человеческого фактора) служит неким гарантом более-менее стабильной жизни. Поэтому многие из тех, кто привык подвергать анализу и тестированию инновации до их окончательного внедрения, не спешат полностью поддерживать Блокчейн.

Они задумываются о том, а не станет ли эта технология первоисточником анархии в той или иной степени? Полагаю, это разумно. Ведь в любом деле важна «золотая середина», оттого применение Blockchain в той или иной сфере требует тщательной подготовки и соблюдения баланса.

Блокчейн в криптовалютных системах

Итак, основные принципы, которые поставлены во главу угла block chain, мы разобрали. А теперь пришла очередь вкратце рассмотреть систему, на которой эта технология была впервые успешно опробована на практике. Речь о неоднократно упомянутой цифровой платформе Bitcoin, которая включила в себя самую первую крипто-валюту (BTC) и одновременно платежную систему.

Поскольку многие последовавшие за биткоином криптовалюты созданы по его образу и подобию, то и внедренная в них технология blockchain работает похожим образом. Так что данный пример распространяется в той или иной степени на целую группу монет.

Есть всем известное выражение, что идеал недостижим, но к нему нужно стремиться. Именно в соответствии с ним многие разработчики пробуют создать технологии с минимумом недостатков и максимумом достоинств. Только таким образом возможно избежать стагнации.

Хотя на данный момент рассматриваемой нами сегодня платформе нет полновесной альтернативы и она кажется наиболее совершенной, эксперименты продолжаются и уже, например, появляются новые цифровые деньги без использования блокчейна.

Кроме того, применяются различные разновидности самой системы blockchain, основанные на том или ином варианте протокола, определяющего алгоритм консенсуса, играющего весьма важную роль. Об этом аспекте мы тоже обязательно поговорим ниже.

Механизм транзакций криптовалют на базе blockchain

Любая транзакция (что означает этот термин в различных сферах и в криптовалютных системах) будет считаться правомерной только тогда, когда она будет подтверждена. После подтверждения запись о новой операции добавляется в блок во все копии базы сразу, поскольку устройства, принадлежащие пользователям данной системы, синхронизированы между собой.

В упрощенном виде это можно представить приблизительно таким образом:

На практике все немного сложнее, и в каждом блоке присутствует не одна транзакция, а сразу множество. Тем не менее, выше расположенная схема вполне пригодна для понимания сути.

Еще раз подчеркну, что для изменения любых данных в этой системе требуется подтверждение всех пользователей сети. Злоумышленнику для несанкционированного редактирования записей в свою пользу потребуется взломать компьютеры большинства участников и изменить их копии БД, что практически сделать нереально в границах разветвленных сетей популярных платформ.

Более того, выход из строя даже множества устройств (ПК, планшетов или смартфонов), которые хранят копии БД, не приведет к краху всего проекта. Это напоминает ДНК, которая содержит всю генетическую информацию об организме и входит в состав всех клеток, благодаря чему даже в случае гибели их значительного количества геном легко сохраняется.

Конечно, молодые развивающиеся крипто-системы менее защищены. Но атака, предпринятая в их направлении, даже в случае успешного исхода не принесет взломщикам реальных дивидендов в силу малой популярности и невысокой цены монет.

Таким образом, одной из основополагающих достоинств блокчейна является неуязвимость и надежность построенной на его основе платформы. Причем, чем больше число людей входит в систему, тем большей безопасностью она обладает.

Как реализован блокчейн на примере биткоина

В соответствии с концепцией технологии каждый принятый системой block в порядке очередности добавляется в цепочку (chain) и впоследствии никоим образом не может быть изменен.

Блоки формируются майнерами (юзерами, добывающими биткоины на манер золотодобытчиков, только действующими в интернете). Они с помощью специального оборудования и с применением функции хеширования должны вычислить заданное системой определенное число (хэш), которое уникально для каждого блока и служит его идентификатором.

Так как хеширование является необратимым процессом (любой набор символов, включая цифры, можно захешировать, но восстановить его из хеша нельзя), то задачу приходится решать путем простого перебора. Это и является по своей сути майнингом (добычей биткоинов).

При этом установленная структура блоков предусматривает наличие в них заголовка, ссылки на предыдущий блок и списка транзакций (операций по переводу монет BTC).

Создание нового блока является по своей сути эмиссией (выпуском) очередной порции BTC, за что группа майнеров, первой добившаяся результата, получает вознаграждение, равное сумме числа эмитированных монет и комиссионных за переводы, вошедших в новый блок.

Протоколом определено, что блок создается примерно каждые 10 минут, что необходимо для поддержания корректного функционирования системы. Поскольку вычислительные возможности сети нестабильны, из-за чего этот временной интервал может изменяться в ту или иную сторону, периодичность создания блоков поддерживается с помощью регулирования сложности.

Таким образом, мы плавно подошли к тому, что время выполнение перевода той или иной суммы битков в системе связано с выпуском новых монет (появлением очередного блока).

При транзакциях биткоинов основополагающую роль играют такие составляющие как публичный и приватный (секретный) ключи, а также адреса (более подробная информация тут и здесь). Для осуществления любых операций с монетами на практике полезно создать кошелек (холодный, аппаратный или онлайн).

Вот как функционирует система Bitcoin с использованием технологии Блокчейн в общем и каким образом происходит перевод криптовалюты от одного пользователя к другому:

*При клике по картинке она откроется в новой вкладке и в полном размере

В разрезе сегодняшней темы важно отметить следующее. Поскольку сохраняется информация о всех транзакциях и блоках за все время существования Bitcoin, можно сделать вывод, что база данных постоянно пополняется и должна вырасти до огромных размеров, что создаст трудности.

Однако на деле объем БД при ее практическом использовании удается оптимизировать благодаря контрольным точкам. Их суть заключается в том, что периодически создается так называемый опорный блок, до которого можно не сохранять цепочку.

Алгоритмы достижения консенсуса и виды протоколов

Поскольку технология blockchain обеспечивает наличие децентрализованной сети, очень важно определить тот алгоритм, посредством которого будет достигаться соглашение (консенсус) о ее функционировании между всеми участниками, обладающими равными правами.

Это очень важный аспект, определяющий вид блокчейна, который используется при создании конкретной криптовалюты (помните, выше было сказано о поиске всё новых модификаций этой платформы). На практике это реализуется внедрением того или иного протокола.

Подробнее мы рассмотрим два наиболее популярных из них на данный момент. Ну и в качестве дополнительной информации я приведу список других протоколов, которые с разной частотой применяются при создании новых монет. Каждый из них обладает как плюсами, так и минусами.

Proof-of-Work (PoW), или Доказательство выполнения работы

Известный протокол, ставший первопроходцем, поскольку получил свое крещение при создании Bitcoin. Он же используется и в других востребованных криптовалютных системах (Dogecoin, Litecoin, Monero, Ethereum Classic, Bitcoin Cash, Zcash, Ravencoin, Kadena).

Алгоритм PoW неразрывно связан с майнингом, основанном на хешировании с привлечением специализированного оборудования, при помощи которого происходит формирование блоков. При этом отдельный майнер или пул, создавший блок, получает вознаграждение в виде суммы, включающей эмиссию монет и комиссии от всех транзакций.

Главное преимущество Proof-of-Work состоит в том, что этот протокол обеспечивает высокую степень безопасности. Однако, основным минусом является необходимость задействования огромных вычислительных мощностей, что неминуемо ведет к большим затратам электроэнергии.

Конечно, в большей степени это касается криптовалют, которые уже давно на рынке (для новых монет PoW наверняка останется актуальным). Ведь майнинг с каждым годом становится сложнее, а количество эмитируемых монет снижается. В конечном итоге может наступить момент, когда добыча коинов станет полностью нерентабельной, так как она просто не окупит расходы.

Поэтому вполне вероятным кажется то, что наступит момент, когда популярные крипто-системы откажутся от Proof-of-Work и перейдут на альтернативный вариант.

Proof-of-Stake (PoS), или Доказательство доли владения

Особенностью данного алгоритма является использование иного вида майнинга (стейкинга). В этом случае в формирования блоков участвуют не майнеры со спецоборудованием, необходимым для вычисления хеша, а доверенные узлы сети, владельцами которых являются валидаторы. Они хранят в своих кошельках определенное число заблокированных монет (токенов) с целью обеспечения безопасного и корректного функционирования криптовалютной сети.

PoS предусматривает выбор узла для подтверждения транзакций и формирования блоков на основе нескольких факторов. Основным из них является сумма монет, которой располагает соответствующий валидатор. Таким образом, чем больше средств у валидатора, тем больше блоков он имеет возможность подтвердить, а значит, тем выше будет его суммарный доход.

К достоинствам Proof-of-Stake можно отнести высокую скорость валидации, минимальные затраты на электроэнергию. Очевидный минус — возможность нарушения децентрализации, поскольку существует опасность сосредоточения крипто-активов в руках ограниченного круга лиц, которые могут использовать это и диктовать свои условия остальным участникам.

Крипто-системы, где используется данный протокол: Cardano, Solana, Tezos и другие. Одним из главных событий последнего времени в crypto-мире следует считать переход Ethereum c PoW на PoS в рамках глобального обновления этой платформы.

Какие еще протоколы существуют

Теперь для полноты картины еще приведу обещанный перечень протоколов, с помощью которых реализуются разные варианты блокчейна для криптовалют:

• Delegated Proof-of-Stake (DPoS)
• Leased Proof of Stake (LPoS)
• Proof of Elapsed Time (PoET)
• Proof of Activity (PoA)
• Proof of Importance (Pol)
• Proof of Capacity (PoC)
• Proof of Burn (PoB)
• Proof of Weight (PoWeight)

Большинство этих алгоритмов только набирает популярность, поэтому на данном этапе излишне их детально описывать. Однако, ежели какие-то из них приобретут актуальность, мы непременно разберем нюансы. Впрочем, в комментариях вы всегда можете открыть обсуждение на эту тему.

Области применения и перспективы blockchain

Как я уже отмечал, первым полигоном для испытания блокчейна стала система Bitcoin, а также последующие за ней другие виды криптографических денег. Теперь уже можно сделать вывод, что опыт был успешным, несмотря на некоторые шероховатости, которые всегда неизбежны.

Невзирая на то, что любая криптовалюта вполне может стать «мыльным пузырем», это ни в коей мере не должно повлиять на судьбу самой технологии. Биткоин и другие виды цифровых денег были лишь одной из многочисленных областей, где блокчейн может быть удачно применен благодаря его универсальности, о чем я упомянул в начале статьи.

Конечно, на данном этапе существует сложность внедрения этой идеи в жизнь повсеместно, так как не всеми она воспринимается на «ура». Есть и такие, кому она может быть невыгодна в силу некоторых причин (скажем, тем же посредникам). Причем в их числе присутствуют и наделенные властью люди, которые могут реально помешать этому процессу.

Однако, поклонников, пожалуй, большинство. Поэтому в некоторых сферах blockchain либо уже используется на практике, либо в ближайшее время должен найти применение.

В дополнение ко всем немалым плюсам блокчейн позволяет применять так называемые «умные контракты», или смарт-контракты (Smart contracts). Примером их реализации служит крипто-система Ethereum (Эфириум), имеющая свои цифровые монеты под названием ether (эфир), где подобная разработка уже отшлифована и предоставляет неограниченные возможности.

Выше расположенная схема демонстрирует, как с использованием block chain и интегрированной в нее платформы смарт-контрактов на автомате и без посредников может осуществляться любая сделка, при этом происходит экономия времени и исключается всякое мошенничество.

В отличие от стандартных договоров, умные контракты не только содержат обязательства сторон и ответственность за их нарушение, но и гарантируют исполнение всех условий соглашения.

Ниже предлагаю список областей, где планируется или уже применяется блокчейн и во многих из которых смарт-контракты играют первостепенную роль, в значительной мере ускоряя процесс, а также обеспечивая безопасность и надежность:

• страхование;
• идентификация пользователей;
• регистрация имущества;
• аренда недвижимости;
• страхование;
• медицина;
• выборы;
• нотариальные услуги;
• защита авторских прав;
• кредитование;
• бухгалтерский учет.

Конечно, для применения блокчейна в связке с системой умных контрактов повсеместно нужна их техническая доработка, так как каждая из сфер, где существует потенциальная возможность их использования, обладает своими специфическими особенностями. Однако, это никоим образом не отменяет того факта, что будущее этой технологии представляется весьма радужным:

Ну а в качестве альтернативы еще один взгляд на blockchain из уст симпатичной девушки: