Для чего нужен блокчейн
Что нам стоит блокчейн построить?
Вся история человечества — это непрерывное избавление от цепей и создание новых, еще более крепких. (Анонимный автор)
Анализируя многочисленные blockchain проекты (Bitshares, Hyperledger, Exonum, Ethereum, Bitcoin и др.), я понимаю, что с технической точки зрения все они построены по одним принципам. Блокчейны напоминают дома, у которых при всем разнообразии конструкций, декора и назначений имеются фундамент, стены, крыша, окна, двери, которые связаны друг с другом определенными способами. И если понять основные принципы проектирования зданий, знать свойства применяемых материалов, то можно определить целевое назначение конкретного дома. В настоящее время с блокчейном возникла ситуация, что все про него слышали, но мало кто понимает архитектуру и принципы работы. Поэтому возникает непонимание для чего и как имеет смысл использовать технологии блокчейна.
В данной статье мы разберем общие для всех блокчейнов свойства и принципы. Далее посмотрим на задачи, которые можно решать с помощью блокчейна и для закрепления материала построим маленький, но настоящий блокчейн на своем виртуальном участке!
Итак, давайте вспомним какие проблемы изначально решил блокчейн.
Уверен, что многие скажут про распределенную, децентрализованную, публичную и неизменяемую базу данных. Но зачем это все было нужно?
Я предпочитаю начинать изучение любой технологии с чтения стандартов, так как именно на них основываются все статьи и книги по исследуемой теме. Но стандарты блокчейна в настоящее время отсутствуют, в ISO созданы только комитеты для их разработки. На текущий момент в каждом публичном блокчейн проекте имеется свой документ White paper, который по сути является техническим заданием. Первый общеизвестный блокчейн проект — это сеть Bitcoin. Идем на официальный сайт сети и смотрим с чего все начиналось.
Задача блокчейна
Итак, задача, которую решил блокчейн в сети пионере Bitcoin — это совершение доверительной передачи собственности на цифровые активы (assets) в недоверительной среде без посредников. Например, в сети Bitcoin цифровой актив — это цифровые монеты bitcoin. И все технические решения Bitcoin и других блокчейнов сводятся к решению этой задачи.
Проблемы, которые решает блокчейн
Предположим некая финансовая организация говорит, что построила сеть по всему миру, с помощью которой можно переводить деньги любому человеку. Поверите ли вы ей? Если эта организация Visa или MasterCard, скорее всего, поверите, а если, условно говоря, AnonymousWorldMoney, наверное, нет. Почему же? А потому, что мы прекрасно знаем, как делаются распределенные системы частными компаниями, с какими целями, и к чему это может привести. Рассмотрим подробнее проблемы таких систем, и как они могут быть решены с применением технологий блокчейна.
Допустим, в условной AnonymousWorldMoney стоят сервера с базами данных, и хорошо, если их будет несколько в разных дата-центрах. Когда отправитель переводит деньги, регистрируется транзакция, которая реплицируется на все сервера, и деньги доходят до получателя.
В идеальном мире такая схема прекрасно работает, в нашем же возникают следующие проблемы:
Как блокчейн решает эти проблемы
Архитектура блокчейна
Составные части блокчейна
Каждый участник может запустить свою ноду с полной копией блокчейна (full node). Полные ноды, которые могут записывать транзакции в блокчейн, называются узлами консенсуса (witness) или майнерами (miner). Полные ноды, которые только проверяют правильность транзакций называются узлами аудита (audit). Легкие клиенты (light clients) не хранят полных копий блокчейна, а взаимодействуют с сетью, используя полные ноды.
Большинство пользователей для совершения транзакций используют именно легких клиентов или web кошельки. Все ноды связаны друг с другом. При таком наборе элементов архитектура сети становится более устойчивой:
Жизненный цикл транзакции
Посмотрим на жизненный цикл транзакции и разберем его по частям:
Технологии блокчейна
Остановимся подробнее на технических решениях и их связях друг с другом.
Идентификация
Каждая блокчейн транзакция должна быть подписана цифровой подписью. Поэтому для совершения транзакции каждый участник должен иметь пару ключей: private / public. Иногда пару ключей называют кошелек (wallet), т.к. ключи однозначно связаны с уникальным цифровым адресом и балансом участника. В реальности ключи и адреса — это просто строки цифр в разных системах счисления. Примеры ключей и адреса кошелька:
Для создания цифровой подписи в блокчейнах используется алгоритм, основанный на эллиптических кривых: Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). Для его работы приватный ключ (256 битное число), обычно, берется случайно. Число вариантов ключей составляет 2 в степени 256, поэтому можно говорить о практической невозможности совпадения значений приватных ключей.
Далее, публичный ключ получается из приватного путем умножения его значения на координаты точки, находящейся на эллиптической кривой, в результате чего получаются координаты новой точки этой же кривой. Это действие гарантирует получение пары ключей, пригодной для цифровых подписей транзакций. И наконец адрес кошелька однозначно вычисляется из публичного ключа.
Есть масса статей с подробностями по криптографии, используемой в блокчейне, например: Bitcoin in a nutshell — Cryptography
Приватный ключ должен быть строго секретен и храниться в безопасности. Публичный ключ известен всем. При утере приватного ключа доступ к активу (монетам) восстановить невозможно и деньги будут утеряны навсегда. Поэтому задача надежного хранения приватных ключей крайне актуальна, т.к. это не банк, куда всегда можно прийти с паспортом и восстановить счет. Существует целая индустрия по производству, так называемых, холодных криптокошельков, похожих на флешки:
или можно использовать более надежные способы, как пример, выбивать значение приватного ключа на жетонах:
Транзакции
Подробнее про структуру транзакции можно посмотреть в статье Bitcoin in a nutshell — Transaction. Нам же важно понимать, что каждая транзакция имеет по крайней мере следующие данные:
Далее транзакция подписывается приватным ключом и рассылается (см. подробности по работе протокола Bitcoin in a nutshell-Protocol) всем нодам в блокчейне, которые проверяют транзакции на валидность. Алгоритм проверки транзакции нетривиален и включает два десятка шагов.
Блоки транзакций
Проверив валидность транзакций, ноды формируют из них блоки. Помимо транзакций в блок записывается хеш предыдущего блока, число (счетчик Nonce), и происходит вычисление хеша текущего блока по алгоритму SHA-256. Хеш должен обладать установленным условиям сложности. Например, в сети Bitcoin сложность хеша автоматически меняется раз в 2 недели в зависимости от мощности сети так, чтобы блок генерировался примерно раз в 10 минут. Сложность определятся следующим условием: найденный хеш должен быть меньше заранее заданного числа. Если данное условие не выполняется, то к Nonce прибавляется 1, и работа по вычислению хеша повторяется. Для подбора хеша используется поле Nonce, т.к. это единственные данные в блоке, которые можно изменить, остальные должны оставаться неизменными. Правильный хеш должен иметь определенное число нулей в начале, например, один из реальных хешей:
После успешного нахождения хеша блок и сам найденный хеш записываются в блокчейн следующим блоком. Подробнее по структуру блоков можно посмотреть в статье Bitcoin in a nutshell-Blockchain, а ниже приведу упрощенную схему:
Блокчейн начинается с блока, у которого еще нет хеша предыдущего блока. Такой блок в блокчейне один и имеет собственное название Genesis block. У остальных блоков одинаковая структура и отличаются они только числом транзакций. Реальные транзакции и блоки создающиеся в настоящее время в Bitcoin или Ethereum можно смотреть в Block Explorer.
Размер блоков в Bitcoin ограничен 1Мб и при минимальном объеме информации в транзакции около 200 байт, максимально в блоке может быть около 6000 транзакций. Отсюда, кстати, и следует производительность Bitcoin, над которой все смеются: блок генерируется примерно раз в 10 мин * 60 сек = 600 сек, что и дает формальную производительность около 10 TPS. Хотя на самом деле — это не производительность, а сознательно реализованный алгоритм работы. В Ethereum для конкуренции просто сделали время генерации блока 15 сек. и производительность формально взлетела. Поэтому в блокчейнах, использующих PoW в качестве консенсуса вообще бессмысленно сравнивать производительность, т.к. она напрямую зависит от сложности вычисления кеша, которую можно назначить любую.
Форки
А что происходит, если, например, несколько узлов нашли хеши удовлетворяющие условиям сложности, но разные по значению (иными словами, пришли к разным консенсусам) и записали блоки в блокчейн? Давайте посмотрим, как блокчейн защищается от данной ситуации. В этом случае происходит, так называемый, форк (‘вилка’), и блокчейн имеет две версии цепочки:
Что происходит далее? Далее часть сети начинает работать над блоком N+2 от одной цепочки, а часть от другой:
Какой-то из этих блоков будет найден раньше и отправлен в блокчейн и тогда по правилам блокчейн должен будет переключиться на более длинную цепочку и отменить все транзакции из альтернативного блока:
При этом, может сложиться ситуация, когда транзакция участника находилась только в одном из блоков форка, который и был отменен. Поэтому, чтобы быть уверенным, что нужная транзакция записалась в блокчейн, есть общая рекомендация — прежде чем доверять транзакции надо подождать пока следующие несколько блоков не будут добавлены в блокчейн. Рекомендации, сколько блоков ждать для разных блокчейнов различаются. Например, для сети Bitcoin минимум — это 2 блока, максимум 6.
Такая же картина с форком блоков будет наблюдаться и при, так называемой, атаке 51% — это когда группа майнеров будет пытаться вырастить альтернативную цепочку блоков, добиваясь отмены цепочки cо своими мошенническими транзакциями. Хотя в настоящее время, вместо мошенничества, выгоднее тратить свои мощности на честный майнинг.
Консенсус
Для записи блока в блокчейн сеть должна прийти к консенсусу. Давайте вспомним, задачу достижения консенсуса в компьютерных сетях связи. Проблема формулируется, как задача византийских генералов BFT (Byzantine fault tolerance). Опуская живописное описание проблем византийской армии, задачу можно сформулировать так: как узлам сети прийти к общему результату, если часть узлов сети могут сознательно их искажать. Существующие алгоритмы решения задачи BFT показывают, что сеть может функционировать правильно, если мошенников меньше 1/3. Почему в сети Bitcoin не был применен консенсус BFT? Зачем нужно было использовать PoW? Есть несколько причин:
Консенсус PoS основан на выборе узла, который может записать блок с транзакциями в блокчейн в зависимости от количества средств на счету, вернее, не на счету, а в залоге, Т.е. чем у тебя больше средств в залоге, тем с большей вероятностью сеть выберет твой узел для записи блока. Залог не возвратится, если блок окажется невалидным. Таким образом реализована защита от мошенничества. Есть следующие вариации PoS:
Надежность и модели развертывания блокчейнов
Устойчивость Public или другое название Permissionless blockchain достигается тем, что каждый может подключиться и просмотреть информацию или даже подключить свой узел, а доверие строится на консенсусе PoW.
Private или Private Permissioned blockchain. В этих блокчейнах только определенная группа участников (организаций или людей) имеет доступ к информации. Такие блокчейны строят организации с целью увеличения общей выгоды или эффективности. Их надежность обеспечивается общими целями участников и алгоритмами консенсуса PoS и BFT.
Существуют Consortium или Public Permissioned blockchain. Это такие блокчейны, к которым каждый может подключиться для просмотра, но добавлять информацию или подключить свой узел участник может только с разрешения других участников. Такие блокчейны строят организации с целью повышения доверия со стороны заказчиков или потребителей продукции или общества в целом. Здесь надежность также достигается присутствием доверия между участниками и теми же алгоритмами консенсуса PoS и BFT.
Smart Contracts
В блокчейны, реализованные после Bitcoin, в той или степени добавлена возможность выполнения смарт-контрактов. По сути смарт-контракт — это транзакция, в которой помещен программный код для выполнения. Смарт-контракты в сети Ethereum выполняются в EVM (Ethereum Virtual Machine). Для начала выполнения смарт-контракта его надо явно запустить другой транзакцией, или должно выполниться предусловия для выполнения. Результаты выполнения смарт-контракта также запишутся в блокчейн. Получение данных извне блокчейна возможно, но крайне ограничено.
Какую бизнес логику можно реализовать с помощью смарт-контракта? На самом деле не так уж много, например проверка условий по данным из блокчейна, изменение собственников цифровых активов в зависимости от этих условий, запись данных в постоянное хранилище внутри блокчейна. Реализуется логика на специальном языке высокого уровня Solidity.
Классическим примером функциональности, которую реализуют с использованием смарт-контрактов — это выпуск токенов для проведения ICO. Например, мной был реализован смарт-контракт на выпуск скромных 500 000 000 AlexToken. По ссылке в Etherscan находится
Больше подробностей про смарт-контракты можно узнать в статье: Что такое смарт-контракты в Ethereum.
Заключение
Мы перечислили технологии на которых построены современные блокчейны и как они связаны друг с другом. Теперь давайте сформулируем, какие задачи можно решить с помощью блокчейна, а решения каких будет, в лучшем случае, неэффективно. Итак, использование блокчейна не обязательно, если:
Что такое блокчейн и зачем он нужен
В сознании среднестатистического пользователя само слово “блокчейн” (“цепочка блоков”) стало довольно тесно связано с термином “биткоин”, что двояко отразилось на восприятии.
С одной стороны, популярность биткоина вызывает интерес и к блокчейну, с другой стороны, в массовом сознании биткоин часто ассоциируется лишь с чем-то негативным, запрещенным и подвергаемым преследованию со стороны законодателей. Мол, зачем расплачиваться биткоинами, когда есть целый зоопарк электронных кошельков и банковских карт? Ясное дело – чтобы проворачивать какие-то темные делишки.
Блокчейн же – по сути всего лишь инструмент, с помощью которого можно хранить данные транзакций (база данных). А инструмент не может сам по себе быть заведомо хорошим или плохим: с помощью топора можно пойти и нарубить дров, чтобы согреться зимой и приготовить пищу, а можно взять тот же самый топор и сокращать народонаселение процентщиц в отдельно взятом городе. Инструмент – один и тот же, применение и последствия – разные.
Сфер применения можно найти множество, главное – чтобы существовал аналог сделки или подобного взаимодействия, партнерства между сторонами. Поэтому на технологии блокчейна сейчас работают биткоин и лайткоин, к блокчейну весьма активно присматриваются банки (осенью 2016-го Bank of America и Microsoft заявили о начале разработки финансовой блокчейн-платформы).
Первая же реальная сделка с реальными деньгами тоже состоялась осенью того же года – израильский стартап (Wave), британский банк (Barclays) и ирландский производитель молочки (Ornua) провели аккредитив на 100 000 долларов. И если ранее процесс занял бы неделю или более из-за бюрократии и проверки всех документов, то благодаря криптографии и автоматизированной верификации на все про все ушло около четырех часов.
21 декабря 2016-го сделку-аккредитив через блокчейн провели Альфа-Банк и S7.
ЦБ РФ вместе с крупными банками страны создали платформу “Мастерчейн”, цель – повысить прозрачность и эффективность существующих финансовых систем.
А Парламент ЕС в принципе задумался о реализации выборов в органы государственной власти с помощью блокчейна.
Учитывая масштаб применения и уровень игроков, которые уже начали использовать технологию в деле, считать блокчейн каким-то странным подозрительным новшеством, о котором все забудут через некоторое время, уже нельзя.
Насколько это все безопасно?
Главные преимущества использования блокчейна – это прозрачность проводимых транзакций и множественное копирование всех этих транзакций таким образом, что у каждого участника процесса всегда есть информация о каждом шаге всех партнеров.
Если попробовать описать это попроще – представьте себе большую общую папку на FTP. Вы видите все ее содержимое (никаких скрытых файлов), вы можете быстро посмотреть, кто и в какие подпапки загружал файлы. Какие именно файлы, когда и для кого.
Но при этом у всех разный доступ к данным файлам. Кто-то может лишь наслаждаться видами и просматривать список файлов в каждой папке. А кто-то (адресат конкретного файла) может скачивать данные себе. Причем никто другой не сможет получить доступ к файлу – только тот, кому он предназначался.
Или, например, большой электронный кошелек с открытой статистикой. Вы видите, что на счет поступило 50 000 рублей от пользователя А для пользователя Б. Пользователь Б через час перевел их куда-то еще в системе. При этом сами пользователи, скрывающиеся за А и Б, могут быть как анонимными, так и вполне себе идентифицированными – зависит от самой платформы и цели ее создания. Все участники цепи могут наблюдать за перемещением средств, но доступ к самим средствам будет только у пользователя с необходимыми правами (Б). Остальные же в данном случае выполняют роль наблюдателей.
Это обеспечивает должный уровень открытости сделки – вся цепочка транзакций дублируется и хранится в неизменном зашифрованном виде у каждого участника, не получится как-то подделать ее.
Блокчейн децентрализован, нет какого-то одного общего “командного центра”, взломав который получится уничтожить все данные о сделке и ее участниках или подменить их.
Например, если проводилась транзакция, в которой участвовали 100 человек, то эта блокчейн-цепочка останется рабочей и доступной для просмотра даже в том случае, если 99 компьютеров других участников будут испорчены. Ведь по сути каждое звено блокчейн-цепи – это своеобразный полный бекап данных всех транзакций всех остальных участников на это звено.
Взлом одного из таких компьютеров никак не скажется на сохранности данных на остальных (как и на их изменении).
Блокчейн сейчас и в будущем
Вполне возможно, что сейчас – именно то время, когда технология проходит обкатку вживую на весьма значимых областях общественной жизни, и в скором времени мы увидим все больше и больше проектов и платформ, использующих блокчейн. Уже сейчас банки пытаются активно внедрять это у себя (в том числе и для снижения операционных расходов), на рынке появляются все новые и новые игроки, стремящиеся популяризовать использование технологии.
Новые проекты на блокчейне будут основываться на его главных преимуществах – открытости, защищенности, безопасности.
Поэтому блокчейн станет хорошим подспорьем для любых сервисов, где пользователи могли переживать о возможном мошенничестве или о сохранности данных:
Всего за несколько лет блокчейн уже прошел путь от новинки в технологическом мире до инструмента, которым начинают пользоваться крупные банки, корпорации и государства.
Что только укрепляет уверенность в том, что в будущем технология раскроет свой потенциал еще сильнее.
Немного о нас
Мы принимаем участие в развитии блокчейна с 2011 года (основание BitFury) и будем рады делиться с вами последними наработками и новостями.
Первые эксперименты с использованием центральных и графических процессоров для майнинга мы начали 6 лет назад, в 2011, в рамках разных проектов. Год спустя было решено сосредоточить усилия на одном – BitFury. В 2014-м майнинг был развернут уже в 3 странах (Финляндия, Исландия, Грузия) на собственном оборудовании. Планируем построить дата-центр и на территории США.
Несколько интересных проектов, которые мы уже успели осуществить к текущему моменту:
чип по 28-нанометровой технологии
Пришел на замену нашему специализированному 55-нанометровому чипу. Новый чип работал с потреблением 0,2 Джоуля на гигахэш.
Мы начали внедрять его в собственных дата-центрах. Данный чип уже потреблял 0,06 Джоуля на гигахэш, производительность же составляла 184 гигахэша в секунду (иммерсионное охлаждение) и 140 – при воздушном.
За 2014 и 2015 нам удалось привлечь инвестиции в трех раундах по 20 миллионов долларов, что на тот момент являлось примерно половиной всех мировых инвестиций в развитие биткоина.
На сегодня же BitFury – один из крупнейших майнеров и создателей блокчейн-платформы. Мы собираемся и дальше сохранять лидерские позиции и активно продвигать блокчейн-технологии.
Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы о блокчейне в целом или каком-то из наших продуктов в частности (BlockBox, 16нм ASIC-чип, блокчейн и государство) – пишите в комментариях, мы ответим в следующих постах.
Блокчейн: как он работает, и почему эта технология изменит мир
Портал Spectrum, который освещает новости в мире технологий, опубликовал материал о блокчейн. В этой статье рассказано, какие есть подводные камни в работе технологии и почему её нельзя использовать повсеместно. Мы подготовили русскоязычную адаптацию этой статьи.
Развитие технологии
Биткоин был придуман как акт неповиновения. Криптовалюта появилась вскоре после мирового экономического кризиса и рекламировалась, как средство от несправедливости и коррумпированности традиционной финансовой системы. Создатели были уверены, что когда биткоин станет более популярным, он будет конкурировать с реальными деньгами и в конечном итоге вытеснит те институты, которые привели к кризису.
Неофициальный лозунг биткоина: «Верим в криптографию», прямо говорит о том, кто виноват в проблемах экономики: посредники, банкиры, «доверенные» третьи стороны, которым на самом деле нельзя доверять. Эти люди просто создают проблемы другим, уменьшая прибыль и усложняя транзакции.
Биткоин стремился заменить услуги, предоставляемые этими посредниками с помощью специального кода и криптографии. Когда человек оплачивает ипотеку, между его банком и другими финансовыми организациями в фоновом режиме происходит ряд операций, благодаря которым деньги снимаются со счёта пользователя. Банк может поручиться, что с деньгами всё хорошо, так как он хранит информацию о том, куда и как была потрачена каждая копейка со счета.
Биткоин и другие криптовалюты заменяют эти фоновые операции и транзакции при помощи программного обеспечения — распределенной и защищенной базы данных, называемой блокчейном. При этом процесс смены владельцев токена биткоина контролируют множество компьютеров. Право на использование криптовалюты может быть передано абсолютно любому человеку, независимо от его национальности и места проживания.
Спустя 8 лет после создания блокчейна, технологию пытаются применить к процедурам и процессам не связанным с передачей денежных средств.
Может ли блокчейн связать людей, которые сдают жильё, с путешественниками и предложить сторонам прозрачную платформу для оплаты? Может ли блокчейн выступать в качестве хранилища и площадки для воспроизведения фильмов, шоу и других цифровых средств массовой информации, сохраняя при этом отчисления и передавая их создателям контента? Может ли блокчейн автоматически проверять авиарейсы и выплачивать компенсации путешественникам, чьи самолёты не вылетели вовремя?
Если это так, то технология блокчейн поможет избавиться от Uber, Netflix и, например, страховых компаний.
Это не предположения, а лишь некоторые вещи, которые сейчас строятся на Ethereum — блокчейн-платформе, которая дистанционно размещает программное обеспечение на распределенной компьютерной системе, называемой Ethereum Virtual Machine. Блокчейн Ethereum, на котором работает криптовалюта эфир, на данный момент наиболее открыт для экспериментов.
Но эта открытость не всегда играет на руку. Новые схемы блокчейна создаются каждый день, в том числе и крупнейшими техническими корпорациями. Microsoft предлагает своим клиентам инструменты для экспериментов с криптовалютой в своем облаке Azure. IBM, Intel и другие сотрудничают с хабом Hyperledger — открытой платформой для разработки бизнес-ориентированных блокчейнов. Крупнейшие банки, — те самые, которых хотели вытеснить создатели криптовалюты, — придумали свою версию технологии, пытаясь опередить тенденции.
И даже биткоин, который работает на первом и самом успешном блокчейне, модернизируется для приложений, о которых его создатели никогда не мечтали.
Но ни один блокчейн не может похвастаться массовым использованием. Никакая концепция или стратегия еще не привела к революции ни в одной отрасли. Биткоином пользуется не более чем 375 000 человек в мире в день.
Какие блокчейн-платформы сохранятся, а какие начнут медленно опускаться на дно? Чтобы сделать какой-либо прогноз, нужно понять, что такое блокчейн и логически соотнести его с биткоином.
Как работает блокчейн
В 2009 году анонимный хакер (или группа хакеров), под псевдонимом Сатоши Накамото, создал первую цифровую валюту. В этой системе деньги были лишь инструментом учета, методом абстрагирования стоимости, назначения собственности и предоставления средств для совершения сделок.
Для выполнения этих функций исторически использовались денежные средства. Обладание физическими токенами — монетами, позволяет людям лично заключать сделки между собой. Наличные деньги достаточно трудно скопировать, поэтому нет необходимости в полном учете того, кому принадлежит определенная часть денежной массы.
Тем не менее, если создать таблицу, в которой указано, кому и сколько принадлежит денег, монеты и купюры станут ненужными. Банки и обработчики платежей уже частично сублимировали физическую валюту в цифровые записи, отслеживая и обрабатывая транзакции в своих закрытых системах.
Биткоин завершил преобразование, создав единый универсальный цифровой регистр, называемый блокчейном. Эта технология получила такое название, потому что похожа на цепь — внести в неё изменения можно только в конец блоков. Каждое новое дополнение содержит набор новых транзакций. Например, если Саша заплатит Юле за биткоин, эта транзакция появится в конце цепи. А в блоках до этого будет указано, что Саше заплатил Миша, а Мише Оля.
Блокчейн для биткоина, в отличие от книг бухгалтерского учёта, которые ведут традиционные финансовые учреждения, расположен на компьютерах по всему миру. Эти данные доступны для всех, у кого есть подключение к интернету. Майнеры, — владельцы компьютеров, на которых хранится информация блокчейна, — отвечают за обнаружение запросов транзакций от пользователей, их объединение, проверку и добавление в блокчейн в виде новых блоков.
Процесс валидации устанавливает, что человек фактически владеет биткоинами после транзакции, и что он еще не потратил их в другом месте. Собственность в блокчейне определяется двумя криптографическими ключами. Первый ключ находится в блокчейне в открытом доступе. Второй доступен только его владельцу. Такие ключи используются для шифрования электронных сообщений. Когда кто-то отправляет зашифрованное сообщение, он использует открытый ключ. Получатель при открытии письма использует закрытый ключ и расшифровывает сообщение.
В технологии блокчейн транзакции подписываются при помощи закрытых ключей, соответствующих открытым ключам, присвоенным монетам, которые хотят потратить. И когда транзакция обрабатывается, этим монетам присваивается новый открытый ключ.
Когда в оформлении операции участвует несколько лиц, становится важен вопрос необратимости. Если бы блокчейн управлялся одним банком с набором известных валидаторов, работающих в рамках одной юрисдикции, то выполнение транзакций было бы простым делом.
Но для биткоина нет центрального банка, обеспечивающего соблюдение правил. Майнеры работают анонимно во всем мире, несмотря на разнообразие культур, различие правовых систем и нормативных обязательств. Поэтому нет способа привлечь их к ответственности. Необратимость операции обеспечивает код биткоина. Он использует схему, которая называется доказательством работы.
Как доказательство работы делает технологию блокчейн надёжной
Для того чтобы создавать новые блоки, майнерам необходимо владеть всей информацией о транзакциях. Они конкурируют между собой, так как майнер, первым создавший блок, получает оплату за эту услугу. Вопрос в том, что мешает майнеру удалить предыдущие транзакции в блокчейне. Хотя он и не сможет таким образом украсть монеты, зато сможет совершить одну и ту же транзакцию несколько раз. Например, оплатить товар, а после этого удалить информацию о транзакции.
Чтобы это избежать, у всех майнеров в сети должна быть одинаковая копия блокчейна.
Когда майнер, добавляет новый блок, он должен предоставить криптографическое доказательство транзакции. Чтобы получить доказательство, майнер проводит блок через несколько раундов хэш-функции — вычисления, которое берет часть данных произвольного размера и переводит их в бессмысленную буквенно-цифровую строку с фиксированной длиной, которая называется хешем. Чтобы сделать процесс более надёжным, алгоритм блокчейн требует, чтобы полученный хеш начинался с определенного количества нулей. Невозможно заранее предсказать, какой хеш будет выдавать заданный набор данных, поэтому майнеры запускают вычисления снова и снова, каждый раз вставляя случайное число в набор данных. Когда это число изменяется, возникает новый хэш. В итоге майнеры получают правильное количество нулей.
Майнер, который находит правильный хеш, отправляет блок другим майнерам. Они его проверяют и добавляют к полной версии блокчейн, содержащуюся на их компьютерах.
Это можно сравнить с закрыванием двери. Предположим, у человека есть замок, и набор ключей, один из которых может его закрыть. Он должен попробовать все ключи, прежде чем найдёт правильный. И после этого оставить его в замке, чтобы другие могли проверить, что ключ подходит.
Майнеры тратят свои средства на поддержку сети — покупают оборудование и платят за электроэнергию. Чтобы изменить блок в блокчейне и провести одну и ту же транзакцию дважды, им придётся потратить в два раза больше своих денег, поэтому обманывать становится невыгодно.
Кроме того, с каждым новым блоком возрастает стоимость изменения предыдущих. Новые блоки хранят хеш стоящего перед ними блока. Любые изменения в старых блоках приведут к недействительным хэшам для всех последующих блоков. Следовательно, невозможно вставить фиктивные модификации в предыдущий блок без повторения всей работы, которая была выполнена после этого блока. Если провести аналогию с замками, получится, что замок в конце цепи связан со всеми предыдущими. Если изменить замок в середине цепи, придётся искать новые ключи для каждого замка после него.
Получается, что майнеры предоставляют дорогостоящие доказательства, а затем получают деньги за свою работу. Таким образом Сатоши создал первую жизнеспособную одноранговую цифровую валюту. Но он также решил более общую проблему, которая на протяжении десятилетий беспокоила ученых. Биткоин, который за 8 лет ни разу не отключался от сети на длительный период, надежно стимулирует майнеров выполнять работу добросовестно, обеспечивая единую сеть. В итоге получается защищённая, постоянно растущая цепочка данных, которую любой, у кого есть подключение к интернету, может проверять и дополнять.
Как использовать блокчейн в других сферах
Технология блокчейн может быть полезна не только для совершения транзакций. Практически сразу после появления биткоина, люди начали думать, как применить эту технологию в других сферах. Когда майнеры проверяют транзакции, они запускают небольшие программы, которые обрабатывают и предоставляют необходимые для транзакции данные. Но что, если запустить более сложные программы, например, программное обеспечение для социальных сетей? Или использовать блокчейн для предоставления данных для онлайн-форумов?
Эти идеи появились сразу после создания биткоина, но только спустя несколько лет, девятнадцатилетний студент из Торонто внёс вклад в их развитие. В 2013 году Виталик Бутерин разработал совершенно новую технологию под названием Ethereum. Благодаря ей блокчейн можно было использовать не только для совершения транзакций.
В отличие от биткоина, Ethereum использует мини-программы, называемыми смарт-контрактами. Они могут быть написаны с неограниченной степенью сложности. Пользователи могут взаимодействовать с программами, отправляя им транзакции с инструкциями, которые затем обрабатывают майнеры.
Это означает, что любой может встроить программу в транзакцию и быть уверенным в том, что она останется неизменной и доступной для цепочки блоков. Теоретически, с Ethereum можно заменить Facebook, Twitter, Uber или любую другую цифровую службу новыми версиями, которые были бы прозрачны, неуязвимы для цензоров и не требовали вмешательства человека.
Что такое распределённый реестр
Параллельно с попытками Бутерина использовать технологию для создания компьютера, охватывающего весь мир, развивалась идея закрытой и контролируемой версии блокчейна. В сентябре 2014 года группа финансовых институтов, в том числе Barclays, Goldman Sachs и JP Morgan сформировала консорциум под названием R3 для изучения того, как блокировки могут повысить эффективность расчётов между банками.
Открытая структура блокчейнов, таких как биткоин и Ethereum, противоречит потребностям этих организаций. В первую очередь вызывает вопросы анонимность пользователей, данные которых представлены буквенно-цифровыми общедоступными адресами, без указаний их реальной идентичности. Банковское законодательство в США и других странах запрещает такую анонимность. «Мы должны знать, кто участники и контрагенты находящиеся на этих платформах», — говорит Тим Свансон, директор по исследованиям рынка в R3.
Финансовые учреждения также юридически обязаны защищать данные о клиентах и контролировать их экспорт по национальным или региональным линиям. Учитывая, что публичные блокчейны содержат всю информацию о транзакциях на многих компьютерах в сети, невозможно ограничить цепочку хранения при их использовании.
Таким образом, появился подход распределённого реестра к технологии блокчейн. В распределённом реестре известна идентификация людей, добавляющих блоки, а данные в системе доступны только для избранных сторон. Поскольку право создавать новые блоки назначается людьми, которые запускают код, а не лотереей, нет необходимости проверки работы майнеров.
Такая система предназначена для ситуаций, когда все участники блочной цепи уже имеют небольшую степень доверия, но хотят выполнить услуги для нейтральной третьей стороны, как это может быть в случае с банками при урегулировании международных банковских переводов.
Подход работы с распределённым реестром также распространяется в другие отрасли, которые хранят конфиденциальные данные клиентов. Многие из этих проектов построены с помощью инструментов, предоставляемых Hyperledger. Он создает продукты для компаний, которые хотят работать со смарт-контрактами, но не решаются использовать открытые блокчейны, такие как Ethereum и биткоин.
«Люди должны понимать фактические проблемы и нормативные требования, которых должны придерживаться такие организации, как банки, страховые компании и отрасли здравоохранения. Они не могут позволить себе риск и неопределенность, которые внедряются некоторыми открытыми системами», — говорит Джонатан Леви, создатель системы управления доступом к блокчейнам Hacera.
Как будут работать смарт-контракты
Независимо от того, какой вариант блокчейна победит, смарт-контракты потребуют целого ряда поддерживающих технологий. Эти дополнительные технологии в настоящее время разрабатываются. И они будут очень важны для расширения технологии блокчейн.
«Как только у нас появятся смарт-контракты, возникнет целый ряд проблем», — говорит Ари Джуэлс, содиректор IC3 Корнеллского университета. Эти проблемы делятся на несколько категорий.
Во-первых, блокчейны не смогут хранить много данных. Это будет проблемой для многих проектов, которые, например, предлагают хранить и передавать потоковое видео. Им просто напросто не хватит места для хранения.
Технология блокчейн записывает входы и выходы каждой монеты в сеть, а также содержимое дополнительного поля, которое позволяет провести до 40 байтов метаданных для каждой транзакции. Это все.
Еще одна проблема блокчейна заключается в том, что технология сама по себе не знает, что происходит в реальном мире. Это важно в случае, если смарт-контракт — это система страхования авиабилетов. Блокчейн должен знать, когда самолет взлетает или приземляется, а для этого нужно запрашивать данные веб-сайтов.
В идеале разработчики будут создавать блокчейны для хранения и доступа к данным с учётом слабых сторон — уязвимости к цензуре и возможности отмены блокировок. Для этого нужно тщательно рассмотреть, каким «доверенным сторонам» можно фактически доверять.
Проблема хранения данных может быть решена с помощью распределенных служб обмена файлами, таких как децентрализованная система облачных хранилищ, протоколов Labs Interplanetary Database или Storj Labs. Это системы, которые позволят людям во всем мире получить дополнительное пространство на своих жестких дисках. Такие схемы будут работать для системы смарт-контрактов на основе блокчейна, поскольку данные будут храниться на нескольких компьютерах по всему миру и всегда будут доступны.
Импортировать данные в режиме реального времени можно будет при помощи «оракулов». Это службы, которые получают оплату за надежный запрос данных в реальном времени и подачу их на смарт-контракты блокчейн.
В IC3 Джелус разработал систему обеспечения защищенного датафида для смарт-контрактов Town Crier. Она защищает вводимые в блокчейн данные от подделки. Процесс работы построен на использовании доверенного программного обеспечения на процессорах Intel.
Финансирование
Чтобы перевести все современные услуги на технологию блокчейн, нужны большие деньги на технику и исследования
Вопрос в том, как получить финансирование на проект, который уничтожит многие крупные корпорации. В идеале нужно создать открытые блокчейны, как Ethereum, и доверить хранение данных тем людям, которые его создали. В таких условиях компания не может выжить из бизнес-модели, которая собирает и продает поведение браузера, историю покупок или данные о местоположении. Также компании блокчейн не могут полагаться на ограниченное владение своей интеллектуальной собственностью, поскольку программы находятся в открытом доступе.
Тем не менее, уже появился потенциальный механизм финансирования для блокчейнов — Initial coin offering или ICO. Он оказался чрезвычайно прибыльным, хотя и юридически сомнительным.
Например, человек решил использовать приложение. Но он не может расплатиться обычной валютой, ему нужно купить специальные монеты для этого приложения, которые заранее выпустили на рынок, и расплатиться ими.
В реальном мире это бы работало так: кто-то открыл прачечную и выпустил билеты, которыми можно оплатить стирку. Владелец заранее продаёт все билеты людям, а они потом, при необходимости, перепродают их другим.
На сегодняшний день более полумиллиарда долларов вложено в продажу токенов, и в последнии месяцы эти цифры только растут. Например, блокчейн Tezos в июле установил рекорд, собрав более 200 миллионов долларов через ICO.
Из-за таких огромных инвестиций появились жалобы пользователей на лицемерие создателей биткоинов. «Создатели блокчейнов, которые продвигают эти схемы, на самом деле демонстрируют всю скупость и алчность, приписываемую ими стандартным финансовым услугам и поддерживаемым правительством валютам, — говорит Престон Бирн, соучредитель Monax Industries — открытой платформы для разработчиков блокчейнов, — когда деньги начинают течь в их направлении, они становятся такими же небрежными в отношении общественности, которой они когда-то были».
Другие утверждают, что ICO, как новый класс инвестиционных инструментов, столь же разрушителен, как и финансируемые приложения.
«Деньги не являются корнем зла. Равенство является корнем зла», — говорит Джоэл Монегро — создатель Placeholder — нового фонда, посвященного технологиям блокчейн.
Он считает, что предоставление основателям и сотрудникам капитала компании побуждает их накапливать богатство, а не использовать его для улучшения своих продуктов.
С другой стороны ICO — не только финансовый инструмент, но и средство доступа к технологии блокчейн. Из этого следует, что чем больше людей используют услугу, тем больше будет спрос на токен, необходимый для доступа.
«Мой стимул заключается не в том, чтобы извлечь больше прибыли, а в том, чтобы больше людей использовали приложение, потому что стоимость токена зависит от стоимости использования услуги. Вы полностью переворачиваете стимулы», — говорит Монегро.
В Соединенных Штатах использование ICO, вероятно, подходит к концу. В конце июля Комиссия по ценным бумагам и биржам США предупредила о том, что многие ICO попадают в категорию ценных бумаг и поэтому должны работать по определённым правилам.
«Времена изменились и очень быстро. Некоторые из ранних последователей биткоина испытывали трудности с финансами три и четыре года назад, но держались за свои убеждения и свои монеты и очень хорошо сейчас себя чувствуют, — говорит Джонатан Леви, создатель Hacera, — нам по-прежнему необходимо, чтобы биткоин и Ethereum работали в более крупных масштабах, поэтому предприятиям необходимо децентрализовать данные и обеспечить их конфиденциальность. Сейчас мы сталкиваемся с новой задачей: учитывая огромные суммы вложенных денег, еще предстоит выяснить, сколько старожилов и новичков останется верными делу и продолжат работать, чтобы изменить мир с помощью технологий, которые уже изменили их».