Що таке Блокчейн насправді? Одна стаття, щоб ви повністю зрозуміли.

Основні огляди

Блокчейн, по суті, є незмінною книгою обліку — як тільки дані записані, їх не можна змінити, навіть якщо весь світ об'єднається. Він заснований на поєднанні криптографії та механізму консенсусу, що дозволяє тисячам комп'ютерів спільно підтримувати цю книгу без центрального банку або авторитетної установи.

Основна логіка біткойна та ефіру полягає в цьому, зараз вона розширилася на різні сфери, такі як постачальницькі ланцюги, медицина, голосування тощо.

Що таке блокчейн?

Простими словами: це розподілена база даних, яку спільно підтримують безліч комп'ютерних вузлів по всьому світу, з'єднуючи дані в “ланцюг” за допомогою криптографії. Як тільки певний блок підтверджується в ланцюзі, дані всередині нього майже неможливо підробити.

Традиційні бази даних є централізованими: один головний сервер приймає рішення, і якщо хтось хоче змінити дані, він звертається до адміністратора. Блокчейн інший: він є демократичним: всі учасники вузлів голосують колективно, і нові дані можуть бути додані тільки за умови, що більшість погодиться.

Історичний контекст

Прототип блокчейну насправді з'явився ще в 1990-х роках. Два комп'ютерні вчені Стюарт Хабер та фізик В. Скотт Сторнета розробили технологію криптографічних штампів часу, щоб захистити цифрові файли від спотворення. Пізніше ця концепція була розвинена творцем біткоїна Сатоші Накамото, що призвело до появи сучасної екосистеми блокчейну.

Убивча сила блокчейну: п'ять основних характеристик

Децентралізація - дані зберігаються на кожному комп'ютері, а не на серверах якоїсь компанії. Ось чому мережа біткоїнів є надзвичайно міцною, і хакерам важко її зламати.

Прозорість - більшість публічних блокчейнів є відкритими, всі транзакції відбуваються на видноті, будь-хто може перевірити їх.

Неможливо змінити - дані, як тільки потрапляють у мережу, не можуть бути змінені, якщо не буде досягнуто консенсусу в мережі. Хочете змінити блок? Усі пов'язані блоки після нього також потрібно буде змінити, що дуже дорого.

Висока безпека - Двоїстий захист: криптографія + механізм консенсусу. Хочете обдурити? Спершу запитайте, чи згодні тисячі вузлів у мережі.

Ефективність - усуває посередників, таких як банки та юристи, швидкість переказів висока, витрати низькі, особливо зручні міжнародні грошові перекази.

Як працює блокчейн? Покроковий розбір

Крок 1: Ініціювати транзакцію

Аліса хоче перевести Бобу деякі біткоїни. Вона ініціює цю транзакцію, повідомлення розповсюджується по всій мережі.

Крок 2: Перевірка вузлів

Тисячі вузлів по всьому мережі отримали повідомлення і почали перевірку: чи дійсно у гаманці Аліси стільки монет? Чи є її цифровий підпис справжнім і дійсним? Перевірка має бути успішною, щоб продовжити.

Крок 3: Упакувати в блок

Перевірені транзакції збираються разом, утворюючи “блок”. Кожен блок містить:

• Транзакційні дані (хто комусь скільки передав)
• Часовий штамп
• Криптографічне хеш-значення (унікальний відбиток цього блоку)
• Хеш-значення попереднього блоку (так утворюється ланцюг)

Крок 4: Підтвердження консенсусу

Це найважливіший крок. Мережа повинна забезпечити, щоб нові блоки були легітимними, існує два поширених способи:

Доказ роботи(PoW): Майнери змагаються у обчислювальній потужності, перший, хто розв'язує складну математичну задачу, отримує право на пакування та винагороду. Біткойн використовує таку механіку, але споживає величезну кількість енергії.

Доказательство долі(PoS): не змагайтеся в обчислювальній потужності, а дивіться, хто більше заклав монет. Чим більше закладено, тим вища ймовірність бути обраним. Саме так зараз працює Ethereum, що є більш екологічним.

5-й крок: ланцюгове з'єднання

Після підтвердження верифікації новий блок офіційно додається до блокчейну. Кожен новий блок посилається на хеш-значення попереднього блоку, формуючи незламний ланцюг. Хочете підробити якийсь блок? Усі наступні блоки потрібно перерахувати, що на практиці неможливо.

Криптографія: лінія оборони блокчейну

Безпека блокчейну повністю залежить від криптографії.

Хеш-функція: раз і назавжди

SHA256 є хеш-алгоритмом, що використовується в біткойні. Ви можете ввести дані будь-якого розміру, і він видасть рядок фіксованої довжини.

Ключові особливості:

• Ефект лавини: навіть незначні зміни вхідних даних можуть призвести до кардинально змінених вихідних даних.
• Односторонність: неможливо відновити початкові дані з хеш-значення
• Стійкість до зіткнень: ймовірність того, що дві різні дані матимуть однакове хеш-значення, надзвичайно мала

Перевагою такого дизайну є те, що зміна будь-якої історичної транзакції змінює хеш цього блоку, у результаті чого всі наступні блоки стають недійсними, і вся мережа миттєво це виявляє.

Публічне ключове шифрування: твій цифровий підпис

Кожен учасник має пару ключів:

• Приватний ключ: тільки ти знаєш, використовується для підписання транзакцій
• Публічний ключ: відкритий, використовується для перевірки підпису

Аліса підписала транзакцію за допомогою приватного ключа, а вся мережа перевірила цей підпис за допомогою її публічного ключа. Таким чином, було забезпечено, що тільки Аліса може ініціювати транзакції, і всі можуть перевірити їх справжність.

Детальний опис механізму консенсусу

Механізм консенсусу – це правила “як змусити тисячі вузлів у мережі дійти згоди”.

PoW доведення роботи - стара схема, що споживає багато енергії, але має найвищу безпеку. Підходить для таких великих мереж, як біткойн.

PoS доказательство частки - нова схема, екологічна, низька вартість. Використовується в Ethereum 2.0.

DPoS делеговане право власності - між двома сторонами, власники токенів голосують за представників для верифікації.

PoA авторитетне підтвердження - Верифікатори обираються на основі особистості та репутації, зазвичай використовуються в приватних або консорціумних мережах.

Три типи блокчейн-мереж

Публічний ланцюг - повністю відкритий, будь-хто може взяти участь. Біткойн, Ефіріум, Солана - це все. Найвища прозорість і найвища децентралізація.

Приватний ланцюг - управління одним органом, тільки уповноважені особи можуть приєднуватися. Широко використовується в бізнесі, швидка продуктивність, але централізована.

Ліговий ланцюг - змішана форма, яка експлуатується кількома установами. Правила гнучкі, поєднують прозорість публічного ланцюга та ефективність приватного.

Яка користь від блокчейну? 6 основних сценаріїв використання

1. Криптовалюта - первісний застосунок, швидкі та недорогі міжнародні перекази.

2. Смарт-контракт - автоматизований контракт, на якому базуються DeFi та DAO.

3. Токенізація активів - Нерухомість, акції, мистецькі твори можуть бути занесені в блокчейн, що підвищує ліквідність.

4. Цифрова ідентичність - система автентифікації, стійка до підробок.

5. Система голосування - прозора та нездатна до шахрайства виборча система.

6. Простежуваність постачальницького ланцюга - Повний запис шляху товару від виробництва до продажу, важко відрізнити справжність.

Резюме

Основна цінність блокчейну полягає в чотирьох словах: машина довіри.

У минулому нам були потрібні банки, юристи та нотаріуси як третій стороні для встановлення довіри. Блокчейн замінив ці установи за допомогою криптографії та алгоритмів узгодження — не потрібно довіряти певній особі чи установі, достатньо довіряти математиці та коду.

Технології ще розвиваються (продуктивність, енергоспоживання, масштабованість покращуються), але їхній потенціал змінити фінанси та інформаційне управління вже проявився. У наступному десятилітті блокчейн стане інфраструктурою, подібно до Інтернету.