Что такое Блокчейн? Одна статья, чтобы полностью понять

Основной обзор

Блокчейн, если говорить просто, это вечная бухгалтерская книга, которую невозможно изменить — данные, однажды записанные, не могут быть изменены даже при объединении всего мира. Он использует криптографию и механизм консенсуса для двойной защиты, позволяя тысячам компьютеров совместно поддерживать эту книгу, без центрального банка и без авторитетных учреждений, имеющих последнее слово.

Основная логика биткойна и эфира заключается в этом, и теперь она распространилась на различные области, такие как цепочка поставок, медицина, голосование и т.д.

Что такое блокчейн?

Простыми словами: это распределенная база данных, которую совместно поддерживают бесчисленные компьютерные узлы по всему миру, связывая данные в “цепочку” с помощью криптографии. Как только блок подтверждается и добавляется в цепочку, данные в нем почти невозможно изменить.

Традиционные базы данных централизованы: один главный сервер принимает решения, и если кто-то хочет изменить данные, он обращается к администратору. Блокчейн отличается, он демократичен: все участвующие узлы голосуют коллективно, и для добавления новых данных необходимо согласие большинства.

Исторический контекст

Прототип блокчейна на самом деле появился еще в 1990-х годах. Два компьютерных ученых Стюарт Хабер и физик У. Скотт Сторнетта разработали технологию криптографической временной метки для защиты цифровых файлов от подделки. Позже эта идея была развита создателем биткойна Сатоши Накамото, что и привело к современному экосистеме блокчейна.

Убийственное оружие блокчейна: пять основных характеристик

Децентрализованный - Данные находятся на каждом компьютере, а не на серверах какой-либо компании. Именно поэтому сеть Биткойн необычайно устойчива, и хакерам трудно ее парализовать.

Прозрачность - Большинство публичных блокчейнов являются открытыми, все транзакции находятся на виду, и любой может провести аудит.

Неизменяемость - Как только данные попадают в блокчейн, их нельзя изменить без согласия сети. Хотите изменить блок? Все последующие связанные блоки также должны быть изменены, что является крайне затратным.

Высокая безопасность - двойная защита с помощью криптографии и механизма согласия. Хотите обмануть? Сначала спросите у тысяч узлов по всей сети, согласны ли они.

Эффективность - исключает банки, юристов и других посредников, скорость перевода высокая, стоимость низкая, особенно удобно для международных переводов.

Как работает блокчейн? Пошаговый разбор

Шаг 1: Инициировать сделку

Элис хочет перевести Бобу немного биткойнов. Она инициирует эту транзакцию, и сообщение передается по всей сети.

Шаг 2: Проверка узлов

Тысячи узлов по всей сети получили сообщение и начали проверку: действительно ли у Алисы в кошельке так много монет? Является ли ее цифровая подпись подлинной и действительной? Проверка должна быть пройдена, чтобы продолжить.

Шаг 3: Упаковка в блоки

Проверенные транзакции собираются вместе, образуя “блок”. Каждый блок содержит:

• Данные о сделках (кто кому сколько перевел)
• временная метка
• Криптохэш (уникальный отпечаток этого блока)
• Хэш-значение предыдущего блока (так образуется цепочка)

Шаг 4: Подтверждение консенсуса

Это самый ключевой шаг. Сеть должна убедиться, что новый блок является законным, для чего существует два распространенных способа:

Доказательство работы(PoW): шахтеры соревнуются в вычислительной мощности, и тот, кто первым решит сложную математическую задачу, получает право на упаковку и вознаграждение. Биткойн использует именно этот механизм, но потребляет огромное количество энергии.

Доказательство доли(PoS): не считается вычислительная мощность, а смотрится, кто больше заложил монет. Чем больше заложено, тем выше вероятность быть выбранным. Именно это сейчас использует Ethereum, что более экологично.

Шаг 5: Цепное соединение

После успешной проверки новый блок официально добавляется в блокчейн. Каждый новый блок ссылается на хэш-значение предыдущего блока, формируя неразрывную цепочку. Хотите изменить какой-либо блок? Все последующие блоки должны быть пересчитаны, что на практике невозможно.

Криптография: линия защиты блокчейна

Безопасность блокчейна полностью зависит от науки криптографии.

Хэш-функция: один раз и навсегда

SHA256 - это хеш-алгоритм, используемый в биткойне. Вы можете ввести данные любого размера, и он выдаст строку фиксированной длины.

Ключевые особенности:

• Эффект лавины: даже небольшое изменение входных данных приведет к кардинально измененному выходу.
• Однонаправленность: невозможно восстановить исходные данные из хеш-значения
• Устойчивость к столкновениям: вероятность того, что две разные данных создадут одинаковое хеш-значение, крайне мала

Преимущество такого дизайна заключается в том, что изменение любой исторической транзакции изменит хеш этого блока, и все последующие блоки станут недействительными, что будет немедленно замечено всей сетью.

Открытое ключевое шифрование: ваша цифровая подпись

У каждого участника есть пара ключей:

• Приватный ключ: только ты знаешь, используется для подписи транзакций
• Публичный ключ: открытый, используется для проверки подписи

Алиса подписывает транзакцию с помощью своего приватного ключа, а вся сеть проверяет эту подпись с помощью ее публичного ключа. Таким образом, гарантируется, что только Алиса может инициировать транзакцию, и при этом все могут проверить подлинность транзакции.

Подробное объяснение механизма согласия

Механизм консенсуса — это правило о том, “как заставить тысячи узлов в сети прийти к единому мнению”.

PoW (доказательство работы) - старая схема, высокая энергоемкость, но самая высокая безопасность. Подходит для таких больших сетей, как биткойн.

PoS доказательство доли - новый план, экологичный, низкие затраты. Это используется в Ethereum 2.0.

DPoS делегированное доказательство доли - между двумя сторонами, держатели токенов голосуют за представителей для верификации.

PoA-авторитетное доказательство - валидаторы выбираются на основе идентичности и репутации, часто используются в частных или консорциумных цепочках.

Три типа блокчейн-сетей

Публичная цепь - полностью открыта, любой может участвовать. Биткойн, Эфириум, Солана - все это. Наивысшая степень прозрачности и самая децентрализованная.

Частная цепь - управляется одной организацией, только уполномоченные лица могут получить доступ. Широко используется внутри компаний, высокая производительность, но централизованная.

Гибридная цепь - форма сотрудничества нескольких учреждений. Правила гибкие, сочетает в себе прозрачность публичной цепи и эффективность частной цепи.

Каковы применения блокчейна? 6 основных сценариев применения

1. Криптовалюта - первоначальное применение, быстрые и дешевые международные переводы.

2. Умный контракт - автоматически исполняемый контракт, на основе которого работают DeFi и DAO.

3. Токенизация активов - Нерухомость, акции, произведения искусства могут быть размещены в блокчейне, что повышает ликвидность.

4. Цифровая идентичность - система аутентификации с защитой от подделки.

5. Система голосования - прозрачная и защищенная от мошенничества избирательная система.

6. Прослеживаемость цепочки поставок - Полная запись цепочки от производства до продажи, трудно отличить подлинность.

Резюме

Основная ценность блокчейна состоит в четырех словах: машина доверия.

В прошлом нам нужны были банки, юристы и нотариусы как третьи стороны для установления доверия. Блокчейн заменил эти учреждения с помощью криптографии и алгоритмов согласия — не нужно доверять какому-либо человеку или учреждению, достаточно доверять математике и коду.

Технология всё ещё находится в процессе эволюции (производительность, потребление энергии и масштабируемость продолжают улучшаться), но её потенциал изменить финансы и способы управления информацией уже проявился. В следующем десятилетии блокчейн станет инфраструктурой, как интернет.