Что такое технология блокчейн простыми словами?

Люди, совершающие операции с информацией, документами или деньгами, обычно не доверяют своим партнерам, а потому привлекают к оформлению сделок различных посредников, которые, строго говоря, также не заслуживают никакого доверия. Между тем, существует реальный инструмент, позволяющий исключить участие третьей стороны без каких-либо последствий для обязательности и корректности исполнения контрактов, регистрации прав или совершения транзакций. Этот инструмент называется блокчейн.

Что же такое технология блокчейн простыми словами? Данная идея основана на совершенно новых принципах хранения и распределения информации, сочетающих в себе открытость с абсолютной защищенностью. Многие эксперты считают, что блокчейн вскоре станет настоящим прорывом в индустрии IT, а потому сравнивают его создание с изобретением интернета. Однако, как и любой другой революционный продукт, блокчейн встретил активное сопротивление консерваторов и рядовых обывателей, считающих его угрозой не только для финансовых институтов, но и для государств в целом.

Мнения отечественных политиков и бизнесменов также разделились: в то время как одни при активной поддержке Российской ассоциации криптовалют и блокчейна занимаются продвижением технологии и инвестируют в нее миллионы долларов, другие видят в новинке потенциальный способ уклонения граждан от налогообложения и предлагают запретить ее на законодательном уровне.

Особенности блокчейна

По сути, технология блокчейна — это механизм хранения в распределенной между пользователями базе данных какой угодно информации: например, сведений о денежных переводах, оформленных кредитных договорах, владельцах собственности, штрафах за нарушение ПДД. Различие между архивом в толстой папке и блокчейном только одно — в такой сети практически невозможно подделать или уничтожить записи.

В переводе с английского термин «блокчейн» означает «цепочка блоков»: данное словосочетание позволяет наглядно представить себе принцип действия системы. Иначе говоря, данные в ней хранятся не в формате таблиц, многостраничных документов или массивов, а в виде цепи, состоящей из неограниченного количества связанных между собой зашифрованных контейнеров с информацией.

Более того, в сети отсутствуют какие-либо управляющие узлы и серверы данных: все блоки находятся на жестких дисках пользовательских компьютеров, подключенных к блокчейну. Каждый из миллионов клиентов хранит у себя либо небольшую часть базы, либо полную ее копию. По этой причине информацию нельзя стереть либо испортить: эксперты утверждают, что инициировать сбой в системе может только одновременное отключение более 70% поддерживающих ее работу пользователей.

Преимущества и недостатки технологии

Принимая во внимание сущность технологии криптовалют и блокчейна, перспективы и выгоды ее применения в различных отраслях сегодня признают не только крупнейшие корпорации, но и правительства целого ряда стран: такая тенденция позволяет предположить, что через несколько лет распределенные базы данных будут использоваться повсеместно.

Чем обусловлен подобный оптимистичный прогноз:

• Вся информация о движении средств находится в открытом доступе. Перемещение любой монеты в сети можно отследить до самого момента ее генерации, тогда как личности владельцев денег скрыты за анонимными идентификаторами их кошельков;
• В сети нет главного компьютера. Применение технологии блокчейна позволяет хранить данные одновременно на миллионах компьютеров пользователей, что полностью исключает угрозу отключения системы и утрату информации;
• Любой попытавшийся изменить какие-либо записи о транзакциях в свою пользу, столкнется с необходимостью пересчета всего массива данных, что потребует огромного количества времени и ресурсов. Более того, система сразу же заметит подмену, поскольку полученная от злоумышленника информация не будет соответствовать сведениям, хранящимся у других членов сети;
• Системе не нужны посредники и доверенные узлы, так как блокчейн и криптовалюты работают по принципу непосредственного обмена данными между пользователями. Благодаря этому можно установить минимальную комиссию за переводы и значительно ускорить транзакции;
• Информацию нельзя не только изменить, но и уничтожить. Чтобы нарушить работу блокчейна, придется стирать копии базы данных со всех компьютеров, подключенных к сети в разных странах.

Как и любая другая революционная идея, технология блокчейна и криптовалют характеризуется не только достоинствами, но и определенными недостатками:

• Вследствие сложности масштабирования в сети возникают задержки и даже отмены транзакций. Если та же VISA может обработать более 45000 переводов в секунду, то сеть биткоина — не более семи;
• Для развития технологии блокчейна необходим постоянный приток новых вычислительных мощностей, в то время как ресурсы пользователей сети ограничены;
• Если некая группа сосредоточит в своих руках более половины существующих ресурсов, общая безопасность системы окажется под угрозой.

Как работает блокчейн?

Блокчейн является полностью распределенной децентрализованной структурой, вследствие чего в сети отсутствуют какие-либо регулирующие органы или узлы с высоким приоритетом. Поэтому работоспособность системы поддерживают сами пользователи, предоставляющие ресурсы своих компьютеров для обработки новых данных и хранения архива транзакций — так называемые майнеры. Учитывая эти особенности, можно рассмотреть, как работает блокчейн на примере криптовалюты:

1. Совершая транзакцию, владелец кошелька отправляет в сеть зашифрованные сведения об отправителе, получателе, времени и сумме перевода;
2. Остальные пользователи сети верифицируют транзакцию, подтверждая, что на счете отправителя присутствует достаточная сумма, а адрес получателя существует;
3. Информация обо всех переводах, совершенных в сети за определенный промежуток времени, записывается майнерами в новый блок данных;
4. Размеры блоков и скорость их наполнения регламентируются правилами системы — например, в биткоине блок в 2 мегабайта появляется каждые 10 минут;
5. После заполнения блока майнеры рассчитывают для него криптографический ключ (хеш), гарантирующий неприкосновенность и корректность информации;
6. В готовый блок также помещается ссылка на предыдущий блок данных, благодаря чему вся база данных становится взаимосвязанной;
7. Система проверяет правильность расчета блока и соответствие его ключа заданному шаблону, определяющему общую сложность вычислительных операций;
8. Правильный блок записывается в общую базу данных и занимает свое место в конце цепочки из ранее созданных блоков, также содержащих ссылки друг на друга;
9. Новая информация дублируется на всех компьютерах сети, содержащих полную копию базы блокчейна.

Хеширование

Основу технологии блокчейна составляет криптографическое шифрование, гарантирующее целостность и достоверность информации. Этот процесс подразумевает применение к данным в блоке специальной математической хеш-функции, позволяющей путем сложных преобразований свести исходные записи к короткой символьной строке, называемой ключом или хешем. Особенность хеширования заключается в том, что ключ обладает несколькими крайне важными для безопасности свойствами:

• Используя только ключ, восстановить исходную информацию невозможно;
• Отыскать два различных набора данных с одинаковыми хешами нельзя;
• Ключ характеризуется лавинным эффектом — при изменении всего одного символа в исходных данных вид хеша изменяется радикально;
• При одинаковых входных данных результат хеширования всегда будет совпадать.

Иначе говоря, злоумышленник, получивший в свое распоряжение ключ, никоим образом не сможет узнать, что хранится в исходном блоке. В то же время достаточно увидеть данные, чтобы путем хеширования убедиться в их достоверности. Более того, подделать информацию и вычислить для нее равнозначный хеш также невозможно.

Теперь предположим, что каждый блок данных содержит не только полезные записи (например, сведения о транзакциях), но и хеш блока, созданного ранее. Таким образом, при вычислении текущего ключа учитывается значение предыдущего, который, в свою очередь, учитывает ключ еще более старого блока. Связанные между собой блоки выстраиваются в цепочку: именно такой механизм наполнения базы данных реализует технология блокчейна и криптовалют 2024 года.

Структура блока

Информация в блокчейне защищается двойным шифрованием: вначале для всех новых транзакций, не включенных в ранее созданные блоки, вычисляются собственные хеш-суммы, затем к ним добавляется хеш предыдущего блока, после чего на основании всех этих данных вычисляется текущий хеш. Соответственно, защищенными оказываются как сами записи об операциях, так и сведения о взаимосвязи блоков.

Данные структурируются: в заголовок нового блока записывают его собственный ключ, ключ предыдущего блока, ключи всех транзакций, время создания блока и некоторую служебную информацию. Такой формат позволяет предотвратить внесение новой информации в любой из блоков цепочки: подобная операция повлечет за собой изменение ключей всех последующих блоков. Если учесть при этом, что в основе блокчейна и криптовалют находится распределенная база данных, то становится очевидным немедленное обнаружение подделки остальными членами сети.

Майнинг

Использование такого механизма записи и защиты данных предполагает наличие участников сети, занимающихся заполнением блоков сведениями о транзакциях, вычислением хешей, хранением и проверкой всей цепочки данных. В данном случае речь идет о майнерах, предоставляющих системе ресурсы своих ферм. Говоря, что такое майнинг ферма простыми словами, следует представить себе мощный компьютер специальной конфигурации, способный вычислять хеши с огромной скоростью.

Рассчитывая ключ, майнер сталкивается с другой особенностью сети блокчейна — необходимостью соответствия хеша определенному шаблону: это искусственное усложнение нужно для того, чтобы новые блоки не появлялись слишком быстро. Например, в биткоине ключ принимается и подтверждается другими пользователями только при наличии как минимум 15 нулей в начале буквенно-цифровой строки хеша.

Поскольку хеш-функция является ассиметричной, а подобрать данные для получения ключа заданного формата путем обратного вычисления невозможно, для майнера не остается иного выхода, кроме последовательного перебора с изменением той самой служебной информации в заголовке блока. Проще говоря, он начинает с нуля и каждый раз добавляет по единице, снова и снова рассчитывая ключ. Учитывая непредсказуемость результата хеширования, иной раз приходится выполнять триллионы перерасчетов.

После вычисления подходящего ключа в правильном формате майнер рассылает блок на проверку остальным участникам сети. Они повторяют расчет с указанными исходными данными, и при отсутствии ошибок одобряют включение нового блока в блокчейн. Затем пользователь, который нашел хеш первым, получает от системы свое вознаграждение в виде некоторого количества монет, тогда как другие майнеры не зарабатывают ничего. Начинается наполнение нового блока информацией с повторением всего цикла.

Майнинг неизменно вызывает интерес у пользователей, изучающих, всю правду как заработать криптовалюту с нуля и что для этого нужно. Она заключается в том, что данный способ требует покупки чрезвычайно мощного компьютера с несколькими видеокартами или специального устройства на интегральных микросхемах. В противном случае шансы найти правильный хеш раньше остальных майнеров практически отсутствуют.

Архитектура цепи

Чтобы представить себе, что такое блокчейн биткоина и криптовалют, созданных на его основе, необходимо более подробно рассмотреть архитектуру сети. Как было сказано ранее, система представляет собой цепочку блоков, последовательно ссылающихся друг на друга вплоть до самого первого блока, называемого «genesis block».

В попытке продолжить эту цепь новый блок одновременно пытаются подписать миллионы майнеров, поэтому часто возникают ситуации, в которых один предыдущий блок становится родительским одновременно для нескольких новых: в каждом из них могут содержаться как одинаковые, так и совершенно разные транзакции. Эти блоки некоторое время существуют независимо друг от друга — к ним добавляются более поздние блоки, а сама цепь блокчейна разветвляется.

Все ветви считаются равноправными, пока одна из них не становится длиннее остальных: именно ее система считает легитимной. При одинаковой длине приоритет отдается цепочке, в которой последний блок появился раньше. Соответственно, все транзакции, попавшие в короткую ветвь, утрачивают статус подтвержденных.

Однако это не означает, что пользователь должен повторять перевод: подобные транзакции заново собираются майнерами и включаются в какой-либо из новых блоков, ожидающих подтверждения. С другой стороны, вознаграждение за создание отсеченных впоследствии блоков не выплачивается, а «лишние» монеты исчезают.

В истории блокчейна длина «ложных» ветвей никогда не превышала пяти блоков. Учитывая, что каждый новый блок становится дополнительным доказательством правильности информации из предыдущего, большинство пользователей сети считают достаточным условием для принятия платежа наличие шести подтверждений — то есть шести новых блоков, связанных с тем, в котором записана транзакция. Требование к выплате вознаграждения за майнинг гораздо строже: здесь пользователь может получить заработанные монеты только через 120 подтверждений.

Защита данных

Благодаря криптографическому шифрованию подделать цепь блокчейна или включить ложную запись о транзакции в какой-либо из блоков невозможно: система немедленно обнаружит несовпадение ключей. Что же произойдет в этом случае?

Предположим, злоумышленник создал фальшивый блок с нужными ему данными и решил вставить его в цепочку между двумя уже существующими блоками. Разумеется, свой блок он рассчитал в полном соответствии с правилами системы: вычислил хеши транзакций, использовал хеш предыдущего блока, добился соответствия ключа шаблону. Тем не менее, рассылая скорректированные сведения остальным участникам, он столкнется с несовпадением хеша своего блока и хеша, указанного в качестве ссылки в заголовке последующего блока в цепочке: подлог немедленно будет выявлен.

Единственный способ обмануть систему — это повторный майнинг абсолютно всех последующих блоков. Учитывая, как работает технология блокчейна, эту процедуру можно считать невыполнимой: во-первых, для расчета хешей с той же скоростью нужна вычислительная мощность, равная всем задействованным ресурсам сети, а во-вторых, скорость генерации блоков в системе является постоянной. Проще говоря, мошенник не сможет создавать блоки быстрее добропорядочных членов сети и никогда не догонит их.

Участники системы

Продолжая обучение технологиям блокчейна, следует обратить внимание на структуру системы с точки зрения распределения прав и обязанностей пользователей, а также учесть влияние последних на работу сети в целом. В классификацию, построенную согласно полномочиям участников, входят:

• Майнеры. Занимаются сбором новых транзакций в системе, упаковкой их в блоки, поиском правильного хеша и пополнением цепочки блокчейна. Фактически именно от майнеров полностью зависят устойчивость и безопасность сети. Эта работа оплачивается внутренними активами системы — например, участник, отыскавший нужный ключ блока биткоина, получает в качестве вознаграждения 12,5 монет;
• Аудиторы. Решают несколько иные задачи, необходимые для обеспечения безопасности. Аудиторы хранят у себя полную копию базы данных, верифицируют транзакции, проверяют подписанные майнерами блоки и распределяют нагрузку внутри сети, поддерживая ее стабильность;
• «Тонкие» клиенты. Также относятся к числу участников сети, но на безопасность системы непосредственным образом не влияют. Такие клиенты совершают личные транзакции, покупают перспективные криптовалюты для инвестирования, оплачивают товары биткоинами, однако хранят на компьютерах исключительно историю собственных операций и отвечают только за свои действия.

Виды блокчейна

Разумеется, технологии блокчейна применимы в основном для построения независимых сетей, лишенных какого-либо административного влияния. Однако интерес к распределенным базам данных со стороны финансовых учреждений и крупного бизнеса инициировал появление централизованных закрытых систем с ограниченным доступом, используемых для хранения корпоративной информации. Классифицируя существующие сети согласно их масштабу, можно выделить:

• Публичный блокчейн. Характеризуется доступностью и равными правами абсолютно для всех клиентов во всем мире. Любой человек имеет право подключаться к сети, совершать транзакции, принимать участие в генерации блоков и хранить данные об операциях на своем компьютере. Подобные полностью децентрализованные системы наглядно демонстрируют работу технологии блокчейна на примере криптовалют, которые могут использовать все желающие без ограничений;
• Блокчейн консорциума. В этом случае администрированием сети занимаются несколько заранее выбранных узлов, имеющих право формировать блоки и подтверждать транзакции: решение о верификации принимается либо большинством голосов, либо в соответствии с неким уровнем авторитета каждого узла. Возможность ограничения доступа к изменению содержимого базы данных упрощает внедрение технологии блокчейна для организации работы государственных учреждений, оперирующих публичной информацией;
• Частный блокчейн. Такая сеть управляется исключительно ее владельцем, имеющим единоличное право на добавление информации в базу данных — частной компанией или банком, использующими технологии блокчейна для бизнеса. При этом возможность чтения записей может быть предоставлена как всем желающим, так и узкому кругу лиц — например, исключительно сотрудникам указанной организации.

Криптовалюты

Некоторые новички, изучающие, как зарабатывать на криптовалюте с нуля что для этого нужно, ассоциируют блокчейн с самими электронными деньгами — в частности, с биткоинами. Несмотря на то, что эти термины появились на свет одновременно как результат работы одного и того же человека, нельзя сказать, что они идентичны.

Биткоин и другие виртуальные монеты — по сути, новое платежное средство, схожее по алгоритму своего применения с обычными деньгами, которые печатаются банками и используются для покупки товаров и услуг. Некоторые варианты их получения описаны в статьях о том, как заработать биткоины с помощью компьютера.

Блокчейн — это технология хранения и защиты информации в распределенных базах данных. Сама информация при это может носить какой угодно характер, необязательно связанный с регулированием оборота денежных средств. Образно говоря, блокчейн представляет собой неуничтожимую цифровую учетную книгу, содержащую в себе подробную историю каких-либо операций.

Безусловно, понятия блокчейна и криптовалюты тесно взаимосвязаны, поскольку технология изначально была разработана в качестве основы для новой платежной системы. Однако практика показывает, что возможности распределенного реестра не ограничиваются финансовыми сферами: сегодня разработчики пытаются привести к этому формату любые базы данных, содержащие в себе важную для функционирования бизнеса и даже целых государственных систем информацию.

Другие области применения блокчейна

Изначально вопросами о том, что такое блокчейн и криптовалюта простыми словами, интересовались только немногие энтузиасты. Позднее огромный потенциал новой технологии увидели и финансовые структуры — банки, биржи, торговые площадки. Сегодня попытки построить распределенные базы данных наблюдаются в отраслях, с финансами никоим образом не связанными — например, в медицине или образовании. Представляя себе сущность технологии криптовалют и блокчейна, будущее и перспективы этого изобретения можно увидеть в следующих отраслях:

1. Авторское право. Система позволяет хранить работы авторов в электронном виде, регистрировать права на произведения искусства и получать для них цифровые сертификаты подлинности. В блокчейне также можно фиксировать переход прав собственности от владельца к владельцу, верифицируя юридические операции;
2. Драгоценные камни. Алмазы часто используются в сомнительных операциях — их ввозят в страну контрабандой, приобретают на черном рынке, задействуют в отмывании денег. В блокчейне можно хранить реестр данных, содержащий сведения обо всех операциях с камнями с момента их добычи — очевидно, что это станет серьезным препятствием для продажи незаконно полученного бриллианта;
3. Удостоверение личности. Для внесения информации в базу данных блокчейна пользователь должен оформить цифровой паспорт с указанием персональных данных. В дальнейшем ключ может быть использован для подписания различных документов или отслеживания действий, произведенных от лица владельца;
4. Хранение коммерческой информации. Промышленный шпионаж и хакерство делают рискованным хранение любой документации в электронном виде. Чтобы обезопасить информацию, достаточно записать ее в базу данных блокчейна: если злоумышленник похитит часть сведений, он не сможет восстановить исходную схему или чертеж;
5. Хранение пользовательских данных. Сегодня многие хранят документы, фотографии и прочие сведения о себе в облачных сервисах, также недостаточно защищенных от взлома. В сети блокчейна данные разделяются на несколько блоков, находящихся на разных узлах: это полностью исключает не только взлом, но и утрату информации;
6. Аудит. В аудиторской программе, созданной на основе блокчейна, нельзя исправить, подделать или заменить данные. Все записи, внесенные уполномоченными лицами, характеризуются временными метками и защищенными от фальсификации ключами. Кроме того, стоимость разработки и поддержки такого ПО относительно невелика;
7. Электронное голосование. Общественности известны различные сомнительные методы, применяемые для фальсификации результатов выборов. Блокчейн позволяет исключить какие-либо махинации, поскольку данные в нем являются полностью прозрачными и доступными для публичного ознакомления;
8. Администрирование. Корпоративная сеть, построенная на технологии блокчейна, полностью защищена от взлома и утраты данных. Все действия пользователей можно отслеживать, предотвращая любые попытки несанкционированного проникновения и нелегитимного использования учетной записи администратора;
9. Регистрация данных. Хранение информации различными учреждениями — одна из очевидных перспектив технологии блокчейна. Абсолютная надежность и защита от случайного либо намеренного изменения документов может быть востребована медицинскими учреждениями, бюро технической инвентаризации, кадастровыми бюро, нотариусами, налоговой службой, ГИБДД или ЗАГСами.

Отечественные предприниматели, занимающиеся внедрением новой технологии для автоматизации процессов на предприятиях или в государственных учреждениях, всегда могут воспользоваться помощью и консультациями членов ассоциации блокчейна и криптовалют: российские специалисты сегодня занимают одно из достойных мест в мировом рейтинге разработчиков.

Заключение

Система хранения данных в распределенных реестрах обладает вполне реальным потенциалом для радикального изменения не только финансовой, но и многих других отраслей. Разумеется, для подробного исследования возможностей этого изобретения понадобится не один год, однако уже сегодня специалисты, прошедшие обучение технологиям блокчейна в Москве, реализуют различные инновационные проекты, позволяющие наглядно оценить перспективы применения нового инструмента.

Впрочем, скептики и противники системы тоже не сдаются. Теоретически, им достаточно убедить в опасности децентрализации правительства нескольких крупных государств, чтобы предотвратить дальнейшее развитие блокчейна и заставить его присоединиться к тысячам таких же незаслуженно забытых идей. К счастью, с каждым годом вероятность подобного исхода снижается: уже сегодня крупнейшие корпорации занимаются разработкой продуктов на основе распределенных баз данных, а многие страны с развитой экономикой признают биткоин легитимной альтернативной валютой.