Как работает блокчейн

Блокчейн — это перечень записей данных, которые работают как децентрализованный цифровой реестр. Данные хранятся в блоках в хронологическом порядке и защищены с помощью криптографии.

Первая модель блокчейна была создана в начале 1990-х годов, когда специалист по информатике Стюарт Хабер и физик У. Скотт Сторнетта решили использовать криптографию в цепочке блоков для защиты цифровых документов от фальсификации.

Их работа вдохновила многих программистов и любителей криптографии, что в конечном итоге привело к созданию Биткоина как первой децентрализованной электронной денежной системы (или просто первой криптовалюты).

Хотя технология блокчейна гораздо старше криптовалют, ее потенциал начали осознавать только после появления Биткоина в 2008 году. С тех пор интерес к ней продолжает расти с каждым днем, а криптовалюты получают все более широкое признание.

Технология блокчейна используется в основном для записи криптовалютных транзакций, но она также подходит для разных видов цифровых данных и может выполнять множество задач. Самая старая, безопасная и популярная блокчейн-сеть — это Биткоин, совмещающий криптографию и теорию игр.

Как работает блокчейн?

В контексте криптовалют блокчейн состоит из стабильной цепочки блоков, каждый из которых содержит перечень ранее подтвержденных транзакций. Поскольку сеть блокчейна поддерживается множеством компьютеров по всему миру, она функционирует как децентрализованная база данных, или реестр. Это означает, что каждый участник (нода) хранит у себя копию данных блокчейна и взаимодействует с другими нодами, чтобы подтвердить совпадение информации в блоках.

Таким образом, транзакции блокчейна происходят в глобальной одноранговой сети, и именно это делает Биткоин децентрализованной цифровой валютой, не имеющей ограничений и устойчивой к цензуре. Кроме того, большинство систем блокчейна не требуют доверия и не контролируются единым органом управления.

В основе почти каждого блокчейна лежит процесс майнинга, основанный на алгоритмах хеширования. Биткоин использует алгоритм SHA-256 (алгоритм безопасного хеширования 256 бит). Он принимает вход произвольной длины и генерирует выход с фиксированной длиной. Выходные данные называются хешем и, в этом случае, всегда состоят из 64 символов (256 бит).

Одинаковые входные данные приведут к одному и тому же выходу независимо от того, сколько раз повторяется процесс. Однако если немного изменить входные данные, на выходе получится абсолютно другой результат. За счет этого в мире криптовалют большинство хеш-функций имеют детерминированный и однонаправленный характер.

Однонаправленность означает, что по выходным данным почти невозможно вычислить входные. Можно только догадываться, что было на входе, но шансы угадать эту информацию крайне малы. За счет этого и обеспечивается безопасность блокчейна Биткоина.

Давайте рассмотрим работу блокчейна на примере простой транзакции.

Представим, что на балансе Алисы и Боба есть несколько биткоинов. Алиса должна Бобу 2 биткоина.

Для их отправки Алиса передает всем майнерам в сети сообщение с транзакцией.

В этой транзакции Алиса сообщает майнерам адрес Боба и сумму биткоинов, которую она хотела бы отправить, а также передает цифровую подпись и свой публичный ключ. Подпись сделана с помощью приватного ключа Алисы и подтверждает, что она является владельцем этих монет.

Майнеры должны убедиться в действительности транзакции, после чего они объединяют ее с другими транзакциями и пытаются создать блок с помощью алгоритма SHA-256. Выход должен начинаться с определенного количества 0, которое зависит от так называемой «сложности» и вычислительной мощности сети.

Чтобы получить выходной хеш с правильным количеством 0 в начале, перед запуском алгоритма майнеры добавляют в блок так называемое число nonce. Поскольку небольшое изменение на входе полностью меняет выход, майнеры пробуют разные комбинации, пока не найдут необходимый хеш.

После создания блока майнер транслирует его другим майнерам. Затем они проверяют действительность блока, чтобы добавить его в свою копию блокчейна и завершить транзакцию. Также майнеры включают в блок выходной хеш предыдущего блока, чтобы связать все блоки вместе в своеобразную цепь, то есть блокчейн. На этом механизме строится система доверия блокчейна.

Каждый майнер хранит копию блокчейна на своем компьютере, при этом степень доверия к блокчейну зависит от вложенной вычислительной мощности и его длины. Если майнер изменит транзакцию в предыдущем блоке, выходной хеш этого блока также изменится, что приведет к изменению всех хешей после него. Тогда майнеру придется переделать всю работу, чтобы его блокчейн был принят как действительный. Чтобы обмануть систему, злоумышленнику потребовалось бы завладеть более 50% вычислительной мощности сети, что почти невозможно. Подобные сетевые атаки называются атаками 51%.

Модель, в которой производство блоков осуществляется за счет работы компьютера, называется Proof-of-Work (PoW). Существуют и другие модели, например Proof-of-Stake (PoS), которые не требуют большой вычислительной мощности и потребляют меньше электроэнергии, предлагая возможности масштабирования для множества пользователей.

Что такое блокчейн?

Блокчейн — это технология, которая организует базу данных, состоящую из цепочки блоков, в каждом из которых есть информация о предыдущих. Хранится она одновременно на всех компьютерах участников системы

Блокчейн – технология, организующая базу данных, состоящую из цепочки блоков, оформленных по определенным правилам. Каждая ячейка блока несет в себе информацию о предыдущей ячейке. Эта технология базируется на принципе децентрализации, то есть база находится не в одном месте, а во всех компьютерах участников системы, которые образуют сеть. Таким образом блоки не могут быть заменены или взломаны, так как для этого придется взломать все компьютеры. Преимущества этой технологии — простота, скорость, защищенность, прозрачность. Скажем, если в сети блокчейн была произведена транзакция, информация о ней останется в миллионе компьютеров, то есть никогда не будет потеряна или подделана. Технология блокчейн лежит в основе работы криптовалют.

История Blockchain

Основополагающей технологией, лежащей в основе криптовалют, является блокчейн. Это позволяет каждому клиенту в сети достичь консенсуса, без необходимости доверять кому-то другому.

Первые дни

Идея технологии blockchain была описана еще в 1991 году, когда ученые-исследователи Стюарт Хабер и У. Скотт Шторнетта внедрили вычислительно-практическое решение для цифровых документов с штампом времени, чтобы они не могли быть оформлены задним числом или подделаться.

Система использовала криптографически закрепленную цепочку блоков, для хранения документов с отметкой времени, а в 1992 году деревья Меркла были включены в разработку, что сделало её более эффективной, позволив собирать несколько документов в один блок. Однако эта технология не использовалась, и патент был упущен в 2004 году, за четыре года до создания Биткойна.

Reusable Proof Of Work

В 2004 году ученый в области компьютерных технологий и криптографический активист Хэл Финни (Гарольд Томас Финни II) представил систему под названием RPoW, Reusable Proof Of Work. Система работала, получив не-заменяемый или не-взаимозаменяемый Hashcash токен, основанный на proof of work и подписанный в RSA, который затем мог быть передан от человека к человеку.

RPoW решила проблему двойного расходования, сохранив право собственности на токены, зарегистрированные на доверенном сервере, который был разработан, чтобы позволить пользователям по всему миру проверить его правильность и целостность в режиме реального времени.

RPoW можно считать как ранний прототип и значительный ранний шаг в истории криптовалюты.

Сеть Bitcoin

В конце 2008 года white paper, представляющий децентрализованную одноранговую (P2P) систему электронных денежных средств, называемую Биткойн, криптография была разослана почтовой рассылкой, человеком или группой, с использованием псевдонима Сатоши Накамото.

Основывающийся на proof of work алгоритме Hashcash, но вместо использования аппаратной доверенной вычислительной функции, такой как RPoW, защита двойного расходования в Биткойне была обеспечена децентрализованным одноранговым (P2P) протоколом, для отслеживания и проверки транзакций. Короче говоря, Биткойны «добываются» за вознаграждение, используя механизм proof-of-work для индивидуальных майнеров, и затем проверяются децентрализованными узлами в сети.

3 января 2009 года появился Биткойн, когда первый биткойн-блок был добыт Сатоши Накамото, у которого была награда в 50 биткойнов. Первым получателем Биткойна был Хэл Финни, он получил 10 биткойнов от Сатоши Накамото, в первой биткоин транзакции в мире, 12 января 2009 года.

Ethereum

В 2013 году, Виталик Бутерин, программист и один из основателей журнала «Bitcoin», заявил, что Биткойн нужен скриптовый язык для создания децентрализованных приложений. Не получив согласия от сообщества, Виталик приступил к разработке новой, распределенной, вычислительной платформы на основе блокчейн, Ethereum, который показал скриптовую функциональность, называемую смарт-контрактами.

Смарт-контракты — это программы или скрипты, которые применяются и выполняются в блокчейне Ethereum, их можно использовать, например для совершения транзакции, если выполняются определенные условия. Смарт-контракты записываются на определенных языках программирования, скомпилированных в байт-код, который затем может считать и привести в действие децентрализованная виртуальная машина Тьюринга, называемая виртуальной машиной Ethereum (EVM).

Разработчики также могут создавать и публиковать приложения, которые запускаются внутри блокчейна Ethereum. Эти приложения обычно называются DApps (децентрализованные приложения), и в блокчейне Ethereum работает уже сотни DApps, включая платформы для социальных сетей, азартные игры и финансовые биржи.

Криптовалюта Ethereum называется Ether, она может передаваться между учетными записями и используется для оплаты сборов за вычислительную мощность, используемую при выполнении смарт-контрактов.

На сегодняшний день, технология blockchain становится мейнстримом и уже используется разнообразными приложениями, что не ограничивает её лишь криптовалютами. Не забывайте посмотреть другие видео, чтобы получить еще больше информации о технологии blockchain и других интересных темах в Binance Academy.

При подготовке материала использовались источники:
https://academy.binance.com/ru/articles/how-does-blockchain-work
https://www.rbc.ru/crypto/news/5a1691c39a79478ac778e13b
https://academy.binance.com/ru/articles/history-of-blockchain