Что такое блокчейн? Полное руководство

Блокчейн технология, довольно своеобразный тип базы данных, обсуждается в технологических кругах с 2009 года. Часто называемая “распределенной технологией учета” (DLT), это по сути система, в которой данные, однажды добавленные, становятся практически неизменными.

Красота блокчейна заключается в его структуре - данные добавляются в блоки с течением времени, причем каждый новый блок содержит информацию, связанную с предыдущим. Этот умный дизайн гарантирует, что любой, кто проверяет последний блок, может подтвердить его легитимность, проследив обратно через всю цепочку к генезис-блоку.

Клей, который держит блоки вместе

Хеш-функции служат клеем, связывающим блоки вместе. Эти математические функции принимают данные любого размера и производят результат фиксированной длины. Что удивительно в хешах Блокчейна, так это их уникальность - даже самое незначительное изменение входных данных дает совершенно другой результат.

Рассмотрим SHA256, широко используемый в Bitcoin. Измените всего одну заглавную букву в вашем входном тексте, и вы получите совершенно другой криптографический вывод. Это свойство делает блокчейн исключительно стойким к подделкам.

Децентрализация: Настоящая сила

Хотя блокчейны сами по себе являются интересными структурами данных, их истинный потенциал проявляется, когда они реализуются как децентрализованные системы. В сочетании с теорией игр и другими технологиями блокчейны могут функционировать как распределённые реестры, контролируемые ни одной единственной сущностью.

Это означает, что никто не может изменить записи вне установленных правил системы. Леджер по сути принадлежит всем одновременно, при этом участники достигают консенсуса относительно его состояния в любой момент времени.

Проблема византийских генералов

Проблема, с которой сталкиваются децентрализованные системы, лучше всего иллюстрируется Проблемой византийских генералов - дилеммой, когда изолированные участники должны координировать свои действия без надежных каналов связи. Представьте себе нескольких генералов, окруживших город, которым необходимо единогласно решить, атаковать или отступить. Если они не действуют единогласно, они потерпят неудачу.

Механизмы Блокчейн должны быть разработаны так, чтобы выдерживать потенциальные сбои или злонамеренное поведение участников. Системы, достигающие этого, называются обладающими “Консенсусом византийских генералов” - что имеет решающее значение для поддержания целостности без централизованного контроля.

Пиринговые сети

В P2P сетях пользователи подключаются напрямую без посредников. В отличие от централизованных структур, где информация проходит через серверы, участники P2P обмениваются данными напрямую друг с другом.

Каждый пользователь блокчейна по сути хранит всю базу данных на своем компьютере. Если кто-то покидает сеть, другие все равно сохраняют доступ к блокчейну. Когда добавляются новые блоки, информация распространяется по сети, позволяя всем обновлять свою копию реестра.

Публичные и Приватные Блокчейны

Биткойн стал пионером того, что мы называем публичными Блокчейнами - системами, которые любой может просмотреть и присоединиться к ним с помощью всего лишь интернет-соединения и соответствующего программного обеспечения. Эти среды без разрешений контрастируют с частными Блокчейнами, которые ограничивают, кто может взаимодействовать с системой.

Хотя частные блокчейны могут показаться избыточными, они выполняют важные функции, особенно в корпоративных условиях, где необходим контролируемый доступ.

Как работают транзакции

Когда Элис хочет отправить Бобу 5 BTC, она транслирует это намерение в сеть. Транзакция не добавляется немедленно в блокчейн - узлы видят её, но перед подтверждением должны пройти дополнительные этапы проверки.

После добавления в блокчейн все узлы распознают транзакцию и обновляют свои копии соответственно. Это предотвращает повторную трату Алисы тех же 5 BTC (двойная трата).

Вместо имен пользователей и паролей блокчейн использует криптографию с открытым ключом. Боб генерирует закрытый ключ (, который должен оставаться в секрете ) и выводит из него открытый ключ. Алиса отправляет средства на открытый адрес Боба, подписывая свою транзакцию своим закрытым ключом, чтобы подтвердить право собственности на средства, которые она отправляет.

Механизмы консенсуса: Майнинг и Стейкинг

Для того чтобы блокчейн функционировал без централизованного управления, должны существовать справедливые механизмы, определяющие, кто добавляет новые блоки. Выросло два основных подхода:

Майнинг (Доказательство работы)

Шахтеры соревнуются в решении вычислительных задач, жертвуя вычислительной мощностью и электроэнергией. Первый, кто найдет действительное решение, получает возможность добавить Блок и получить награды. Хотя майнинг надежен и инклюзивен, он потребляет огромное количество энергии и может привести к гонке вооружений в области аппаратного обеспечения.

Стейкинг (Доказательство доли )

Валидаторы ставят свои криптовалютные активы “на кон” для привилегии предлагать блоки. Если они действуют нечестно, они теряют свои заложенные средства. Этот подход использует значительно меньше энергии, но остается менее проверенным в боевых условиях, чем майнинг.

Приложения Блокчейн

Помимо криптовалют, Блокчейн-технология имеет потенциальные применения в различных отраслях:

• Цепочки поставок: Повышение прозрачности и прослеживаемости товаров
• Игры: Обеспечение истинной собственности на игровые активы
• Здравоохранение: Защищенные, контролируемые пациентом медицинские записи
• Переводы денег: Более быстрые и дешевые международные платежи
• Цифровая идентичность: Управляемые пользователем персональные данные
• Управление: Прозрачные системы принятия решений
• Благотворительность: Отслеживаемые потоки пожертвований
• Хранение файлов: Цензуро-устойчивая распределенная память

Несмотря на свой потенциал, технологии блокчейн сталкиваются с значительными проблемами, особенно в области масштабируемости. Именно те свойства, которые делают блокчейны безопасными и децентрализованными, также ограничивают их пропускную способность транзакций по сравнению с централизованными системами.

По мере зрелости технологии разрабатываются различные решения для масштабирования, как на Блокчейне (, улучшая сам Блокчейн ), так и вне Блокчейна (, обрабатывая транзакции вне основного Блокчейна ). Продолжаются поиски подходов, которые сохраняют основные преимущества Блокчейна, одновременно улучшая производительность до уровней, конкурентоспособных с централизованными альтернативами.