Содержание𒊹
По мере того как Bitcoin дорожает, традиционные рынки оцифровывают товары и акции, а Starbucks раздает NFT лояльным пользователям мы все чаще сталкиваемся с термином “блокчейн”. И, скорее всего, в будущем оно станет повсеместным, заменив собой традиционные “сервера” и “базы данных”.
Чтобы идти в ногу со временем и наконец-то понять как работают эти ваши биткоины (и не только) мы разберемся в устройстве и особенностях блокчейна и объясним, зачем вообще нужна эта технология. Простые обьяснение, наглядные примеры и картинки прилагаются.
Что такое блокчейн и как он работает?
Блокчейн — это система хранения и записи данных, защищенная от взлома, подделки или одностороннего изменения. Ключевой особенностью блокчейна является децентрализация, то есть это база данных, которая хранится сразу на десятках, сотнях или тысячах устройств по всему миру, а не каком-либо конкретном сервере.
Простоя аналогия — хорошо всем знакомая игра «Морской бой». Записи о ходах и кораблях делаются одновременно двумя игроками и ни один из них не может подделать историю “ударов” или изменить позиции своих кораблей без согласия второго.
При этом блокчейн хранит данные в четком хронологическом порядке — как книга с постоянно добавляемыми нумерованными страницами. Когда кто-то делает новую запись, она добавляется в конец книги. Впрочем, структуру блокчейна более подробно разберем ниже.
Простое объяснение принципов работы
Итак, мы уже знаем, что блокчейн — это как огромная цифровая книга, где записаны все важные события. Но в отличие от обычной книги, никто не может стереть или подделать записи в этой базе. Это достигается за счет нескольких ключевых принципов устройства блокчейна:
- Децентрализация
Блокчейн не принадлежит ни одной компании или человеку, это общая база данных с одинаковыми правами просмотра и внесения изменений для всех пользователей. Эта база хранится на тысячах компьютеров по всему миру, называемых узлами (нодами). Если хакеру удастся вывести из строя один (или даже несколько) таких узлов, то базу можно восстановить из копий других нод.
- Прозрачность
Все записи в блокчейне видны всем участникам сети. Это означает, что любой пользователь может зайти и проверить подлинность и правильность любой записи.
- Непрерывность
Каждый новый блок данных в блокчейне связан с предыдущим и следующим таким же блоком. Это означает, что никто не может удалить информацию или сделать изменения в прошлых записях, не нарушая целостность истории транзакций.
- Консенсус
Принятие решений в блокчейне основано на консенсусе. Это означает, что все участники должны согласиться с новыми данными, прежде записать их в базу.
Даже если злоумышленник сделает нарушающую правила запись в своей копии, остальные узлы просто не одобрят ее и не добавят в свою версию блокчейна. Это делает систему надежной и устойчивой ко взломам.
Структура блокчейна: цепь блоков
Само понятие блокчейн (block — блок и chain — цепь) раскрывает архитектуру децентрализованной базы данных. Буквально это переводится как цепочка из блоков, то есть непрерывная последовательность пакетов информации в котором каждый следующий блок связан с предыдущим — удалите какой-либо из предыдущих блоков и вы нарушите целостность всех данных, записанных после него.
Следовательно, ключевыми элементами блокчейна, как базы данных являются:
- Блоки
Каждая новая транзакция в блокчейне записывается в блок — набор данных, состоящий из нескольких транзакций. В блок может быть собрано до нескольких сотен транзакций. Как только блок формируется, он “запечатывается” с помощью криптографии и получает временную метку, после чего данные в нем нельзя изменить или подвинуть хронологически.
- Цепь или связь
Чтобы гарантировать целостность базы данных каждый следующих блок включает зашифрованную информацию о предыдущем. По сути это означает, что и ничто не может быть изменено или удалено без нарушения целостности всего блокчейна.
Можно думать об этом, как о стопке сложенных друг на друга кирпичей — вытащите один из них и все блоки выше просто упадут.
Такая архитектура делает блокчейн надежным инструментом для записи информации и защищенным пространством для ее хранения. Это намного безопаснее классических централизованных баз данных, в которых администратор может менять все по своему усмотрению, независимо от мнения и последствий для пользователей, чья информация хранится на сервере.
Криптография в блокчейне
Криптография в блокчейне используется для создания неопровержимых доказательств целостности данных.
В сущности — это тонны математических алгоритмов и правил по которым привычная нам информация трансформируется в зашифрованный и защищенный от взлома код. Но вы можете думать о криптографии, как о магическом языке, который обеспечивает безопасность и защиту записям. Ключевые функции криптографии в блокчейне:
- Защита доступа
Если вы использовали криптовалюту, то знаете, что для ее отправки нужен специальный кошелек. Право совершать транзакцию имеет только владелец специального криптографического ключа, который еще называют “закрытым ключом”. Подписывая транзакцию криптографическим ключом вы подтверждаете, что имеете доступ к балансу и можете переводить криптовалюту другим пользователям.
- Обеспечение целостности данных
При помощи криптографии алгоритм блокчейна превращает обычные данные (например, транзакцию с сумой и адресами пользователей) в строку из букв и цифр (хеш). Эта строка и является доказательством целостности данных — если вы попробуете изменить хотя бы один знак во входящей информации, то весь хеш изменится.
Если в двух копиях блокчейна хотя бы один хеш не совпадает, то это говорит о внесении несанкционированных изменений, которые должны быть отклонены. В сущности, каждая транзакция и каждый блок трансформируются в хеш, а весь блокчейн представляет собой сложную структуру хешей, называемую деревом Меркла.
Например, алгоритм SHA-256, используемый биткоином трансформирует любой объем входящей информации в хеш длиной 256 символов. Если вы хотите доказать подлинность записи — хешируйте ее с помощью SHA-256 и отправьте другому пользователю сам хеш и входящие данные. Проделав ту же операцию, что и вы он обнаружит, что получил идентичный хеш. Сделать эту несложную операцию можно онлайн, например тут: ссылка.
Связка хеша и исходного текста может передаваться бесконечное количество раз и никто не может подделать запись, сохранив при этом оригинальный хеш.
Как используется блокчейн в разных областях
Блокчейн стал практически синонимом криптовалюты. Защищенные криптографией цифровые активы действительно являются одним из наиболее широко известных и распространенных решений, но благодаря своим особенностям блокчейн широко используется сразу в нескольких отраслях, где важны целостность и подлинность данных.
Криптовалюты и цифровые активы
В криптовалюте и цифровых активах блокчейн используется как защищенная учетная книга, где транзакции записаны в виде блоков информации. Каждый блок содержит информацию о сделке, такую как время, дата и сумма, а также уникальный код для идентификации.
Это крайне важно, поскольку передача ценности и платежи с использованием цифровых активов крайне сложно реализовать без доверия какому-либо администратору базы. А когда дело касается финансов, то доверять нельзя никому. Именно расчеты без доверия и обеспечивает блокчейн
Управление логистикой и цепочками поставок
В логистике и цепочках поставок блокчейн используется для создания прозрачной и безопасной системы отслеживания товаров на всем пути от производителя к потребителю. Это достигается путем создания цифровой записи каждого перемещения товаров, начиная с момента их производства.
Данные о производстве и передаче товаров фиксируются в блокчейне и доступны для просмотра всем участникам. Это позволяет контролировать местоположение и состояние поставки вплоть до продажи конечному потребителю, исключая подделку или потерю данных.
Таким образом блокчейн позволяет повысить эффективность логистики, уменьшить время доставки, сократить расходы и повысить уровень доверия между участниками цепи поставок.
Использование блокчейна в здравоохранении и государственных услугах
В медицинской сфере блокчейн используется для хранения и обмена медицинскими данными, обеспечивая конфиденциальность пациентов и упрощая обмен данными между врачами.
Что касается государственного сектора, то тут блокчейн может быть использован для улучшения процессов управления данными и предоставления услуг гражданам. Например, обеспечить безопасное хранение государственных документов и юридических данных, таких как свидетельства о рождении, браке и другие документы.
Кроме более эффективного обмена данными, находящимися в единой базе, применение блокчейна гарантирует подлинность записей и существенно усложняет любые махинации или подделку юридических документов.
Кроме того, на базе блокчейна можно выстраивать эффективные системы муниципального управления, налогового администрирования, а также смарт-сети IoT.
Преимущества и ограничения технологии
Блокчейн обеспечивает безопасность, конфиденциальность данных, а также возможность автоматизации сделок, но на своем нынешнем этапе развития имеет и ряд ограничений, среди которых энергозатраты и низкая масштабируемость. Рассмотрим их подробнее, чтобы понять, почему технология все еще не получила повсеместного внедрения.
Прозрачность и безопасность данных
Безопасность данных в блокчейне обеспечивается за счет криптографических методов шифрования, которые защищают базу данных от несанкционированного доступа и изменения. Это означает, что информация, размещенная в блокчейне, не может быть подделана или удалена без согласия всех узлов, хранящих ее копию.
Прозрачность данных означает, что каждый участник сети имеет доступ к идентичной копии блокчейна, где отображаются все транзакции, благодаря чему каждый может проследить и проверить цепочку событий или операций.
Децентрализация
Децентрализация — это один из базовых принципов построения блокчейна, заключающийся в том, что центральный контроль, власть над сетью или данными в ней просто отсутствует.
Вместо этого информация хранится и управляется множеством участников сети, что обеспечивает равноправный доступ и права всех заинтересованных сторон. Это позволяет устранить единую точку отказа и повышает уровень защиты от вмешательства или манипуляции сторонних лиц.
Проблемы масштабируемости и энергопотребления
Что касается ограничений технологии, то у блокчейна существует 2 ключевых проблемы, препятствующие его распространению:
- Масштабируемость:
Проблемы с масштабируемостью вызваны ограниченной пропускной способностью сети, замедляющие обработку транзакций — так, Visa может обработать несколько тысяч транзакций секунду, в то время как биткоин лишь около 7. Кроме того, со временем становится все заметнее неэффективное управление ростом объема данных, приводящее к задержкам и перегрузкам.
- Энергопотребление:
Такие блокчейны, как биткоин работают на морально устаревшем PoW-алгоритме требующем сложных и энергоемких расчетов для подтверждение транзакций. Растущее потребление энергии при майнинге криптовалют влечет за собой негативные экологические последствия из-за углеродного следа и угрожает энергетической безопасности небольших стран в случае высокой концентрации майнеров.
Впрочем, блокчейны с PoW-алгоритмом, хоть и считаются более безопасными, сейчас представляют собой исчезающую технологию. На замену им приходят экономные PoS-системы, энергопотребление которых на 99% ниже.
