Що таке блокчейн? Повний посібник

Блокчейн технологія, досить своєрідний тип бази даних, обговорюється у технічних колах з 2009 року. Часто називається “технологія розподіленого реєстру” (DLT), вона по суті є системою, де дані, один раз додані, стають практично незмінними.

Краса блокчейну полягає в його структурі - дані додаються до блоків з часом, причому кожен новий блок містить інформацію, пов'язану з попереднім. Цей хитрий дизайн забезпечує те, що будь-хто, хто перевіряє останній блок, може перевірити його легітимність, відслідковуючи назад через весь ланцюг до генезис-блоку.

Клей, який тримає Блоки разом

Хеш-функції служать клейкою речовиною, що зв'язує блоки разом. Ці математичні функції беруть дані будь-якого розміру і виробляють результат фіксованої довжини. Що дивовижно в хешах блокчейну, так це їх унікальність - навіть найменша модифікація вхідних даних виробляє зовсім інший вихід.

Розгляньте SHA256, який широко використовується в Bitcoin. Змініть лише одну велику літеру у вашому вхідному тексті, і ви отримаєте абсолютно інший криптографічний вихід. Ця властивість робить блокчейн надзвичайно стійким до підробок.

Децентралізація: Справжня сила

Хоча блокчейни самі по собі є цікавими структурами даних, їх справжній потенціал виявляється при реалізації в якості децентралізованих систем. У поєднанні з теорією ігор та іншими технологіями, блокчейни можуть функціонувати як розподілені реєстри, якими не контролює жодна окрема сутність.

Це означає, що ніхто не може змінити записи поза встановленими правилами системи. Леджер фактично належить усім одночасно, з учасниками, які досягають консенсусу щодо його стану в будь-який момент.

Проблема візантійських генералів

Виклик, з яким стикаються децентралізовані системи, найкраще ілюструється проблемою візантійських генералів - дилемою, коли ізольовані актори повинні координувати свої дії без надійних каналів зв'язку. Уявіть кількох генералів, які оточили місто, і їм потрібно одноголосно вирішити, чи атакувати, чи відступити. Якщо вони не діятимуть в унісон, вони зазнають невдачі.

Механізми Блокчейн повинні бути спроектовані так, щоб витримувати потенційні збої або злочинну поведінку з боку учасників. Системи, які досягають цього, кажуть, що мають “Консенсус Візантійських генералів” - це важливо для підтримки цілісності без централізованого контролю.

Пірингові мережі

У P2P мережах користувачі підключаються безпосередньо без посередників. На відміну від централізованих структур, де інформація проходить через сервери, учасники P2P обмінюються даними безпосередньо один з одним.

Кожен користувач блокчейну фактично зберігає всю базу даних на своєму комп'ютері. Якщо хтось покидає мережу, інші все ще мають доступ до блокчейну. Коли нові блоки додаються, інформація поширюється по мережі, дозволяючи всім оновити свою копію реєстру.

Публічні та приватні Блокчейни

Біткоїн став піонером того, що ми називаємо публічними Блокчейнами - системами, які будь-хто може переглядати та приєднуватися з простою інтернет-зв'язком і відповідним програмним забезпеченням. Ці середовища без дозволів контрастують з приватними Блокчейнами, які обмежують, хто може взаємодіяти з системою.

Хоча приватні блокчейни можуть здаватися надмірними, вони виконують важливі функції, особливо в корпоративних умовах, де необхідний контрольований доступ.

Як працюють транзакції

Коли Аліса хоче надіслати Бобу 5 BTC, вона оголошує це намір до мережі. Транзакція не додається до Блокчейн миттєво - вузли її бачать, але перед підтвердженням повинні відбутися додаткові етапи перевірки.

Після додавання до блокчейну всі вузли визнають транзакцію та відповідно оновлюють свої копії. Це запобігає тому, щоб Аліса витратила ті ж 5 BTC знову (подвійні витрати).

Замість імен користувачів та паролів, блокчейн використовує криптографію з відкритим ключем. Боб генерує приватний ключ (, який повинен залишатися в секреті ), і виводить з нього відкритий ключ. Аліса надсилає кошти на публічну адресу Боба, підписуючи свою транзакцію своїм приватним ключем, щоб підтвердити право власності на кошти, які вона надсилає.

Механізми консенсусу: Майнінг та Стейкінг

Щоб Блокчейн функціонував без централізованої влади, справедливі механізми повинні визначати, хто додає нові Блоки. Виникло два основних підходи:

Видобуток (Доказ роботи )

Майнери змагаються, щоб розв’язати обчислювальні головоломки, жертвуючи обчислювальною потужністю та електрикою. Перший, хто знайде дійсне рішення, отримує можливість додати Блок і отримати винагороди. Хоча це надійний та інклюзивний процес, майнінг споживає величезну кількість енергії та може призвести до гонки озброєнь у сфері апаратного забезпечення.

Стейкінг (Доказ стейкінгу)

Валідатори ставлять свої криптовалютні активи “на кон” за право пропонувати блоки. Якщо вони діють нечесно, вони втрачають свої застиглі кошти. Цей підхід використовує значно менше енергії, але залишається менш перевіреним у бою, ніж видобуток.

Блокчейн Застосування

Поза криптовалютами, технологія блокчейн має потенційні застосування в багатьох галузях:

• Ланцюги постачання: Покращення прозорості та відстежуваності товарів
• Ігри: Забезпечення справжньої власності на ігрові активи
• Охорона здоров'я: Безпечні, контрольовані пацієнтом медичні записи
• Грошові перекази: Швидші, дешевші міжнародні платежі
• Цифрова ідентичність: Особисті дані під контролем користувача
• Управління: Прозорі системи ухвалення рішень
• Благодійність: Відстежувані потоки пожертв
• Сховище файлів: Стійке до цензури розподілене сховище

Незважаючи на свій потенціал, технологія блокчейн стикається з серйозними викликами, особливо в плані масштабованості. Саме ті властивості, які роблять блокчейни безпечними та децентралізованими, також обмежують їх пропускну здатність транзакцій у порівнянні з централізованими системами.

Оскільки технологія зріє, розробляються різні рішення для масштабування, як на ланцюгу (, що покращують сам блокчейн ), так і поза ланцюгом (, що обробляють транзакції за межами основного блокчейну ). Пошук триває для підходів, які зберігають основні переваги блокчейну, одночасно покращуючи продуктивність до рівнів, конкурентоспроможних з централізованими альтернативами.