Блокчейн основний посібник: від цифрового реєстру до технології, що змінює світ

Почнемо з найпростішого

Уявіть собі книгу обліку, яка фіксує всі транзакції. Але ця книга обліку не зберігається в якомусь банку, а підтримується тисячами комп'ютерів по всьому світу одночасно. Будь-хто може переглядати її, будь-хто може спробувати змінити, але ніхто не може успішно змінити — це і є блокчейн.

Простими словами, блокчейн - це розподілений цифровий реєстр, який використовує криптографічні технології для групування та зберігання інформації про транзакції. Кожна група називається “блоком”, і вони з'єднуються один з одним за допомогою спеціального хеш-алгоритму, утворюючи “ланцюг”. Як тільки дані записані, їх майже неможливо змінити.

Які основні характеристики блокчейну, що робить його таким потужним

1. Децентралізація

Традиційні бухгалтерські книги управляються центральним банком або якою-небудь установою. Проте блокчейн-ліміт розподілений на тисячі вузлів, без єдиного центру влади. Це означає, що ніхто не може контролювати його самостійно, і немає ризику єдиної точки відмови. Великомасштабні децентралізовані мережі, такі як біткойн, надзвичайно стійкі до атак.

2. Прозорий та незмінний

Більшість блокчейнів є відкритими. Кожна транзакція фіксується, і будь-хто може її переглянути. Що ще важливіше, як тільки дані записуються в блок, їх зміна вимагатиме одночасного редагування всіх наступних блоків — це обчислювально неможливо.

3. Безпечний криптографічний захист

Блокчейн використовує хеш-функції та криптографію з відкритим і закритим ключами для захисту даних. Особливістю хеш-функцій є те, що навіть якщо змінити один символ у вхідних даних, вихідний результат буде абсолютно іншим. А система відкритих і закритих ключів дозволяє не тільки перевіряти справжність транзакцій, але й захищати конфіденційність.

4. Механізм консенсусу дозволяє всім сказати “згоден”

Як об'єднати думки тисяч комп'ютерів? Через механізм консенсусу. Найбільш поширеними є два види: доказ роботи (PoW) та доказ частки (PoS).

Від торгівлі до блоку: як працює блокчейн

Припустимо, ви хочете переказати гроші другу. Увесь процес виглядає так:

Перший крок: трансляція угоди Вашу інформацію про торгівлю надіслано в усю мережу. Кожен вузол отримає її.

Другий крок: Верифікація交易 Вузли в мережі перевіряють, чи є ваша угода законною - чи дійсно у вас є ці гроші, чи правильний підпис. Угода може перейти до наступного етапу лише після успішної перевірки.

Третій крок: упаковка в блок Перевірені транзакції згруповуються і упаковуються в блок. Кожен блок містить:

• Торгові дані
• Мітка часу (записує, коли було створено)
• Хеш-значення попереднього блоку (це ключ до ланцюга, що забезпечує порядок)
• Власне хеш-значення (унікальний ID блоку)

Четвертий крок: консенсус та додавання Мережеві вузли повинні погодитися, що цей блок є дійсним. В залежності від механізму консенсусу:

• Якщо використовувати PoW, майнери змагаються у вирішенні математичних задач, перший, хто їх вирішить, виграє, його блок додається до ланцюга
• Якщо використовувати PoS, валідатори з великою кількістю монет випадковим чином обираються, і як тільки вони створюють блоки, можуть заробляти комісійні.

П'ятий крок: розширення ланцюга Новий блок додається до ланцюга, наступні блоки повинні посилатися на його хеш-значення. Таким чином, формується незламний ланцюг.

Як зрозуміти принципи децентралізованого реєстру

Уявіть собі клас, де вчитель раніше був єдиним хранителем книг обліку. Тепер змінили правила: кожен учень у класі зберігає абсолютно однакову книгу обліку. Будь-яка угода повинна бути схвалена більшістю учнів, щоб її можна було записати.

Ось що таке децентралізація. Ніхто не може таємно змінити книгу обліку, адже інші це можуть виявити. Нові студенти також можуть отримати повну історію записів. Така система є дуже стійкою.

Як криптографія захищає блокчейн

Чарівність хеш-функції

Хеш-функція схожа на магічну коробку: незалежно від того, який обсяг даних ви вводите, вихід завжди має фіксовану довжину. Біткоїн використовує функцію SHA-256. Змінивши одну літеру, весь вихід стає зовсім іншим. Цю властивість називають “ефектом лавини”.

Система публічних і приватних ключів

Кожен користувач має пару ключів:

• Приватний ключ: тільки ви знаєте, використовується для підписання транзакцій
• Публічний ключ: відкритий, використовується для перевірки підпису

Коли ви ініціюєте транзакцію, підписуйте її своїм приватним ключем. Люди в мережі використовують ваш публічний ключ для перевірки цього підпису. Це забезпечує, що лише справжній власник приватного ключа може авторизувати транзакцію, але всі можуть її перевірити.

Механізм консенсусу: як кілька вузлів досягають згоди

Доказ роботи (PoW)

Біткоїн використовує саме це. Майнеры змагаються в розв'язанні складної математичної головоломки. Хто перший її розв'яже, той має право додати наступний блок і отримати винагороду у вигляді біткоїнів.

Недоліки очевидні: величезне споживання електроенергії, потрібне спеціалізоване майнінгове обладнання.

Перевага полягає в тому, що безпека надзвичайно висока, оскільки для атаки потрібно контролювати більше 50% обчислювальної потужності всієї мережі, а витрати є астрономічними.

Доказательство долі (PoS)

Використовуйте це після оновлення Ethereum. Валідатори не вибираються шляхом конкуренції потужності, а за кількістю криптовалюти, якою вони володіють. Чим більше у вас монет, тим вище ймовірність бути вибраним, а також більше комісійних, які ви заробите.

Якщо ви обманюєте, ваші монети будуть конфісковані (“конфіскація”). Це забезпечує чесну поведінку за допомогою економічних стимулів.

Переваги PoS полягають у зменшенні споживання енергії, а недолік полягає в тому, що проблема багатих стає ще серйознішою.

Інші механізми консенсусу

• Делеговане доказательство участі (DPoS): власники токенів голосують за вибір валідаторів
• Авторитетне підтвердження (PoA): валідатори обираються на основі репутації та особи, а не технологій або багатства

Які є види блокчейну

публічна блокчейн

Повна відкритість, будь-хто може брати участь, переглядати, перевіряти. Це стосується як біткоїну, так і ефіру. Код зазвичай є відкритим, з максимальною прозорістю.

Приватний блокчейн

Тільки уповноважені учасники можуть приєднатися. Зазвичай управляється єдиною компанією або установою для внутрішніх процесів. Хоча це все ще розподілене (кілька вузлів зберігають дані), але не є децентралізованим.

Аліанс блокчейн

Кілька організацій спільно управляють. Правила визначаються всіма членами, валідатори складаються з членів альянсу. Деяка інформація може бути видна лише членам.

Де зараз використовують блокчейн

1. Криптовалюта

Це первісне призначення. Блокчейн забезпечує безпечний, децентралізований реєстр для запису транзакцій. У порівнянні з міжнародними переказами через банк, які можуть тривати кілька днів, перекази через блокчейн відбуваються набагато швидше і коштують менше. Багато людей використовують криптовалюту для міжнародних грошових переказів.

2. Смарт-контракти та децентралізовані додатки

Смарт-контракти — це автоматично виконуваний код. Коли умови виконуються, він автоматично запускається без посередників. Це призвело до виникнення децентралізованих фінансів (DeFi) — позики, торгівля, страхування можуть безперешкодно здійснюватися на блокчейні без традиційних банків.

3. Токенізація фізичних активів

Власність на нерухомість, витвори мистецтва, акції, навіть чашка кави може бути перетворена на цифрові токени та розміщена в блокчейні. Це підвищує ліквідність і дозволяє більшій кількості людей брати участь в інвестуванні.

4. Цифрова ідентичність

Блокчейн може створити захищені від підробки свідоцтва особи для верифікації особи та захисту чутливих даних. З ростом кількості особистої інформації в Інтернеті це стає все більш важливим.

5. Система голосування

Незмінність блокчейну підходить для використання в голосуванні. Кожен голос фіксується, його не можна підробити або видалити, що забезпечує чесність виборів.

6. Управління ланцюгом постачання

Від заводу до споживача, кожен крок може бути зафіксований на блокчейні. Це робить прозорим і надійним відстеження походження продуктів та перевірку їх справжності. Особливо для розкішних товарів та лікарських засобів важливо протидіяти підробкам.

Розуміння того, як створити систему цифрового реєстру

Блокчейн по суті відповідає на старе питання: як кілька недовірливих сторін можуть підтримувати спільний реєстр?

Традиційна відповідь полягає в тому, щоб знайти нейтральну третю сторону (банк, нотаріус тощо). Відповідь блокчейн полягає в використанні криптографії та теорії ігор:

• Криптографія забезпечує справжність даних та їх незмінність
• Механізм консенсусу забезпечує відсутність єдиної точки відмови
• Економічні стимули забезпечують чесну поведінку учасників
• Прозорість дозволяє всім контролювати

Ця комбінація створює систему, яка може функціонувати без довіри до жодного центрального органу.

Висновок

Блокчейн еволюціонував з базової технології біткоїна у загальний інструмент, що перетворює кілька галузей. Незалежно від того, чи це фінанси, медицина, голосування чи ланцюг постачання, блокчейн пропонує новий підхід: створювати довіру за допомогою технологій, а не інституцій.

Ця технологія швидко розвивається, нові застосування та вдосконалення з'являються щороку. Для всіх, хто хоче зрозуміти цифрові фінанси або екосистему Web3, оволодіння основними концепціями блокчейну вже не є факультативним, а стало обов'язковим курсом.