Глубокое понимание блокчейна: от концепции до применения

Что такое блокчейн?

Концепция блокчейна впервые появилась в белой книге Сатоши Накамото о биткойне. Проще говоря, блокчейн — это новая комплексная система, объединяющая различные компьютерные технологии, такие как распределённое хранение данных, пиринговая передача, механизмы консенсуса, криптографические алгоритмы и др. По сути, это децентрализованная база данных.

Как базовая технология биткойна, блокчейн — это цепочка связанных друг с другом блоков данных, созданных с помощью криптографических методов. Каждый блок содержит информацию о транзакциях в сети, что используется для проверки их действительности и создания следующего блока.

Сатоши Накамото в белой книге описывает это так: временные метки серверов используют случайное хеширование данных в виде блоков с добавлением временной метки и транслируют их по сети. Каждый новый временной штамп включает в себя хеш предыдущего, образуя цепочку. Такая конструкция обеспечивает доказательство того, что определённые данные действительно существовали в конкретное время.

Пять ключевых характеристик блокчейна

Блокчейн — это система учёта, поддерживаемая узлами по всему миру, обладающая следующими важными особенностями:

Децентрализация

Блокчейн использует распределённые вычисления и хранение данных, отсутствует централизованное оборудование или управляющие органы. Все узлы системы равны по правам и обязанностям, блоки данных поддерживаются совместными узлами системы. Такая архитектура эффективно предотвращает единую точку отказа и концентрацию власти.

Анонимность

Транзакции и идентификация в сети анонимны, стороны сделки не обязаны раскрывать свои реальные данные. Поскольку обмен данными между узлами происходит по фиксированным алгоритмам, весь процесс не требует доверия — программные правила блокчейна самостоятельно определяют действительность активности.

Неподдельность информации

После проверки и добавления транзакции в блокчейн она хранится навсегда. За исключением случаев контроля более 51% узлов системы, изменение данных одним узлом считается недействительным. Это обеспечивает очень высокую стабильность и надёжность данных в блокчейне.

Открытость

Блокчейн-система очень открыта. За исключением зашифрованных приватных данных сторон транзакций, все данные доступны для просмотра любому. Любой может через публичный интерфейс запрашивать данные и разрабатывать приложения, что обеспечивает прозрачность всей системы.

Автономность

Блокчейн использует механизмы консенсуса, позволяющие узлам безопасно обмениваться данными в среде без доверия. Это превращает доверие к “человеку” в доверие к “машине”, и любые человеческие вмешательства не могут изменить правила системы.

Четыре основные технологии блокчейна

Современные системы блокчейн базируются на следующих четырёх технологических столпах:

Распределённый реестр

Это самая привлекательная часть блокчейна, отражающая его децентрализованную концепцию. Распределённый реестр — это база данных, в которой каждый может участвовать, делиться и хранить данные на каждом узле. Такой дизайн предотвращает злоупотребления со стороны бухгалтеров и сбои одного узла, которые могут привести к потере всех данных.

Механизмы консенсуса

Называемые душой блокчейна, они решают, как множество участников достигают согласия. Механизм консенсуса — это набор правил, определяющих, как каждый участник обрабатывает данные и кто в конце концов получает право записывать блоки. Наиболее распространённые сейчас — доказательство работы (PoW) и доказательство доли (PoS), у каждого есть свои плюсы и минусы, и постоянно ведутся исследования по улучшению этих алгоритмов.

Криптография

В системе блокчейн применяются различные криптографические технологии, такие как хеш-функции, открытые и закрытые ключи, цифровые подписи и др., что обеспечивает безопасность данных. Криптография подтверждает право собственности на данные, позволяет проверять личность и владение активами в сети.

Умные контракты

Умные контракты — это программный код, который автоматически исполняет условия соглашения. В блокчейне данные могут вызываться через умные контракты, что позволяет осуществлять доверительные сделки без третьих сторон. Эти транзакции отслеживаемы и необратимы, они служат для автоматизации выполнения данных и приложений.

Помимо этих четырёх технологий, блокчейн включает в себя математику, экономику, информатику и другие дисциплины, формируя целостную технологическую систему.

Основные применения блокчейна: биткойн, эфир и др.

Сегодня технология блокчейн стала основой для множества криптовалют. Биткойн — первый успешный пример, за ним последовали эфир, лайткойн, догкойн и другие. Разные проекты используют разные механизмы консенсуса — одни применяют доказательство работы (PoW), другие — доказательство доли (PoS), что демонстрирует гибкость технологии.

Три основные типа блокчейна

В зависимости от степени открытости узлов, на рынке выделяют три типа блокчейна:

Публичный блокчейн

Это полностью открытая система, в которой любой человек по всему миру может читать, отправлять транзакции и получать подтверждение. Пользователи могут присоединяться или уходить из сети без разрешения. Данные сети записываются всеми участниками, что обеспечивает максимальную децентрализацию. Биткойн, эфир и большинство криптоактивов используют именно публичные блокчейны.

Приватный блокчейн

В отличие от публичных, приватные блокчейны полностью закрыты. Права на запись данных принадлежат одной организации, все участники строго контролируются, и доступ имеют только лица, отвечающие определённым условиям. Если публичный блокчейн — это публичный реестр, то приватный — это личный или корпоративный реестр. Количество узлов ограничено, управление легко, поэтому такие системы обладают высокой скоростью обработки и низкой децентрализацией. Они подходят для финансовых учреждений, правительств и крупных компаний для управления данными и аудита.

Консорциумный блокчейн

Этот тип находится между двумя предыдущими — управляется несколькими организациями или институтами, которые совместно контролируют сеть. Каждая организация управляет одним или несколькими узлами, совместно записывают транзакции. Только эти участники могут читать и писать данные. Консорциумные блокчейны имеют умеренную степень децентрализации, являются многопользовательскими, более эффективны, чем публичные, но менее — чем приватные. Представители платформ включают Hyperledger, BSN, R3, EEA и др.

Заключение

Разные типы блокчейна удовлетворяют потребности различных сфер — одни требуют большей безопасности, другие — высокой скорости обработки. Благодаря этой гибкости технология блокчейн активно внедряется в разные отрасли, развивая концепцию “блокчейн+”. В будущем могут появиться новые типы блокчейнов.