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.

Урок № 1. Что такое блокчейн, транзакции, хэш, мемпул

Как правило, блокчейн представляют в виде нескольких связанных блоков.

Блокчейн в виде блоков

Но наиболее удобным для восприятия было бы представление блокчейна в виде сети, которая поддерживается множеством компьютеров.

На каждый компьютер в этой сети установлена определенная программа. Она соединяется с другими компьютерами, синхронизируется, и таким образом на всех компьютерах хранятся синхронные данные. Все установленные программы содержат одни и те же данные и соединены с другими компьютерами синхронно.

Что это за программа, что она делает и почему она создает некий блокчейн?

Блокчейн как книга

Эту программу можно представить в виде книги, где одна страница — это один блок, и каждая страница имеет нумерацию. Каждый блок содержит в себе определенную информацию:

Хеш предыдущего блока. Хеш – это шифрование информации, результат которого представлен в виде набора символов. На каждой странице указан хеш текущего и предыдущего блока. Это нужно для того, чтобы каждая страница имела последовательность и синхронность.

Mempool — это буфер транзакций, которые ожидают своего исполнения. Так как блокчейн — это последовательность данных, то все переводы в нем должны исполняться последовательно. Когда первый в очереди перевод уходит на исполнение, остальные помещаются в Mempool, где они ожидают своей очереди на исполнение.

— Транзакция — это любое взаимодействие с блокчейном (перевод, стейкинг и т.д.)

Транзакция

— Неизменные данные. Они не фиксируются в рамках одного блока, но они предполагаются. На соответствие этим данным блокчейн проверяет информацию.

— Хеш блока. В нем зашифрована вся информация из конкретного блока.

— Номер блока. Блоки в книге имеют прямую последовательность и нумерацию.

Таким образом, программа, которую мы только что представили в виде книги, установлена на всех компьютерах в блокчейне. Она одинакова на всех компьютерах в рамках одного блокчейна и синхронна. Это позволяет защититься от ложной информации. Так как если бы на одном из компьютеров удалось изменить данные, например, о сумме на его кошельке, то во всех остальных компьютерах в блокчейне эти данные все равно не будут записаны и благодаря синхронизации эта информация не будет принята во внимание.

Схема работы блокчейна:

1) Новые транзакции рассылаются всем узлам (компьютерам).

2) Каждый узел (компьютер) объединяет пришедшие транзакции в блок.

3) Каждый узел (компьютер) пытается подобрать хэш блока.

4) Как только хэш найден, этот блок отправляется в сеть.

5) Узлы (компьютеры) принимают блок, только если все транзакции в нем корректны и не используют уже потраченные средства (т.е. комиссии – об этом позже).

6) Свое согласие с новыми данными узлы выражают, начиная работу над следующим блоком и используя хэш предыдущего в качестве новых исходных данных.

Зачем нужен блокчейн?

Блокчейн создан для того, чтобы упростить движение финансов между пользователями.

Как сейчас совершаются переводы? Большинство пользователей хранят деньги в банках. И для того, чтобы перевести определенную сумму от одного пользователя другому, в банк отправляется заявка. Затем она рассматривается банком и совершается перевод. То есть банк выступает в роли посредника и таким образом он имеет возможность заблокировать перевод или счет пользователя. Но пользователь вынужден обращаться к посреднику в виде банка для того, чтобы провести какие-либо операции со своими денежными средствами.

Как совершаются переводы через банк

Как совершаются переводы через блокчейн? Допустим, есть некий блокчейн, в котором хранится сумма 10 000 000$. Вася имеет в этом блокчейне 200$ и Маша тоже имеет 200$. Стоит отметить, что денежные средства пользователя хранятся не на его кошельке, а в блокчейне. Кошелек же служит ключом к этим средствам и подтверждает, что пользователь имеет определенную долю средств из всей эмиссии (например, Маша и Вася имеют доступ к сумме в 200$).

Как совершаются переводы через блокчейн

Представим, что Вася перевел Маше 100$. И теперь в блокчейне появилась запись об этой транзакции и о доступной сумме для каждого пользователя. Теперь Вася имеет доступ к 100$, а Маша — к 300$. Таким образом, средства в блокчейне никуда не перемещаются, меняется лишь информация о доступных для каждого пользователя средствах. В блокчейне не существует посредников, пользователю для перевода не нужно отправлять заявку, он просто напрямую переводит средства. При переводе пользователь отдает доступ на часть своих средств другому пользователю.

Блокчейн — это исключительно финансовый инструмент, который позволяет переводить средства напрямую между пользователями. Он как раз и создан для того, чтобы упростить переводы между лицами и отбросить посредников в виде банков. Вся информация о транзакциях хранится непосредственно в блокчейне и для переводов между пользователями не нужно поддерживать громоздкую банковскую структуру с её менеджерами, бухгалтерами, аналитиками и прочими.

Да, в такой системе все зависит от блокчейна. И если с ним что-то случится, то пользователь может потерять все свои средства. Но в следующих статьях мы расскажем про наиболее безопасные и устойчивые блокчейны для хранения средств.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

В блокчейне нет информации, что именно “Вася” или “Маша” сделали перевод. В этой статье имена используются для простоты понимания. В блокчейне отражается только адрес кошелька, а кому он принадлежит – неизвестно (это можно вычислить, но об этом позже).

Данная статья написана командой DAO Crypto. Подписывайтесь на нас в Youtube https://www.youtube.com/c/DAOCrypto и Telegram https://t.me/dao_crypto!

Этот урок в видео формате можно посмотреть по ссылке

Как устроен блокчейн и есть ли от него реальная польза

Блокчейн – это технология распределенных баз данных, которая используется для хранения и передачи информации без необходимости привлечения посредников. Она стала широко известной благодаря криптовалютам, таким как Bitcoin, но ее применение на самом деле гораздо шире. В этом материале я расскажу об устройстве этой технологии, а также о перспективах её применения в различных сферах.

Устройство блокчейна

Блокчейн – распределенный реестр, где каждый участник сети хранит копию базы данных. Каждый блок в этой цепочке содержит информацию о предыдущем блоке, что делает невозможным изменение данных, сохраненных в блоке. Таким образом, блокчейн обеспечивает безопасность и целостность хранящейся в нём информации.

Применение блокчейна

На данный момент технология блокчейна проходит этап принятия, поэтому её интеграцию нельзя назвать стремительной. Несмотря на это, можно выделить несколько примеров и сфер, где блокчейн задействован уже сейчас:

• Финансовая сфера. Блокчейн используется для создания криптовалют и токенов, а также для обеспечения безопасности и целостности транзакций. Например, криптовалюта Bitcoin использует блокчейн для хранения и передачи транзакций между участниками сети. Также блокчейн может использоваться для создания децентрализованных бирж, где участники могут торговать цифровыми активами без необходимости привлекать посредников.
• Здравоохранение. Блокчейн используется для обеспечения безопасности медицинских данных пациентов и улучшения координации между различными участниками системы здравоохранения. Например, пациенты могут хранить свои медицинские данные в блокчейне, что позволит им быстро и безопасно передавать их между врачами и медицинскими учреждениями.
• Логистика. Блокчейн может использоваться для улучшения прозрачности и безопасности логистических процессов. Например, технология поможет отслеживать перемещение товаров от производителя до конечного потребителя, что позволит улучшить прозрачность и снизить вероятность потерь и краж.
• Государственное управление. Децентрализация применима и здесь. В этой системе каждый участник имеет равный доступ к информации и может принимать решения на её основе. Например, блокчейн может использоваться для создания системы голосования, где люди смогут голосовать безопасно и анонимно. У такой структуры не будет «головы», а значит и изменить внесённые (другими пользователями) данные будет невозможно.
• Интернет. Блокчейн может использоваться для обеспечения безопасности и целостности данных, собранных устройствами сети. Например, блокчейн поможет в хранении данных о температуре и влажности в помещении, что позволит управлять системой отопления и кондиционирования более эффективно. Что-то наподобие умного дома, только в более крупных масштабах и с более высокой степенью автоматизации.

Это лишь некоторые примеры применения блокчейна, и его потенциал применим во многих других областях.

Также технология может использоваться для создания функциональных структур в бизнесе, где её пользователи могут взаимодействовать напрямую, минуя посредников. Например, блокчейн отлично подходит для создания децентрализованных рынков недвижимости или для распределения авторских прав.

Крайне перспективным применением блокчейна является создание децентрализованных автономных организаций (DAO), которые могут функционировать без участия центральных органов управления и участников. DAO могут использоваться для создания новых бизнес-моделей, где участники сети получают долю прибыли от деятельности организации на основе своих вкладов и голосований.

Блокчейн не идеален

Хотя блокчейн имеет множество преимуществ, таких как децентрализация, прозрачность и безопасность, он всё же не лишён некоторых недостатков и уязвимостей.

Одним из основных минусов блокчейна является высокая энергоемкость процесса добычи блоков (майнинга) в сетях с доказательством работы (PoW). В майнинге используется огромное количество вычислительного оборудования, которое занимается решением задач внутри системы. Такой подход ведёт к потреблению огромного количества электроэнергии и, как следствие, ухудшает экологию.

Еще одним недостатком блокчейна является его масштабируемость. В сетях с массой активных участников работа системы может замедлиться, однако эта проблема уже решена во множестве различных систем.

Также блокчейн может быть подвержен атакам 51 процента, когда один участник сети получает контроль над большей частью мощностей всей системы и может манипулировать транзакциями. Также возможны и другие угрозы безопасности, такие как атаки на смарт-контракты, прецеденты которых уже неоднократно случались.

Наконец, у блокчейна может быть проблема с обеспечением конфиденциальности данных. Несмотря на то, что блокчейн является прозрачной и невозможной для подделки системой, он также является публичным, и данные в нём могут быть доступными для всех участников сети.

Однако все эти недостатки построены на основе крупнейшего блокчейна Биткоин, который является далеко не единственным. Разработчики и исследователи активно трудятся над усовершенствованием алгоритмов и созданием более практичных версий блокчейна. На данный момент существуют около 14 тысяч различных сетей, где некоторые блокчейны уже решили проблему публичности или вреда для окружающей среды, перейдя на алгоритм PoS (вместо PoW), где заработок строиться не на майнинге, а на стейкинге криптовалют.

Для тех, кто думал приобрести помощника робота-пылесоса, видеорегистратор для машины или телевизор, рекомендую посмотреть наши подборки:

• «Рейтинг видеорегистраторов c GPS-модулем 2023 года»;
• «Выбираем устройства для уборки дома: 6 робот-пылесосов с построением карты»;
• «Выбираем телевизор для дома: 10 моделей с функцией Smart TV с Яндекс Маркета».

Здесь точно найдете подарок для себя, а то и близким.

При подготовке материала использовались источники:
https://academy.binance.com/ru/articles/how-does-blockchain-work
https://vc.ru/u/1301210-dao-crypto/639320-urok-1-chto-takoe-blokcheyn-tranzakcii-hesh-mempul
https://www.ixbt.com/live/crypto/kak-ustroen-blokcheyn-i-est-li-ot-nego-realnaya-polza.html