Τα blockchain ασφαλίζονται μέσω διάφορων μηχανισμών που περιλαμβάνουν προηγμένες κρυπτογραφικές τεχνικές και μαθηματικά μοντέλα συμπεριφοράς και λήψης αποφάσεων. Η τεχνολογία των blockchain είναι η υποκείμενη δομή των περισσότερων συστημάτων κρυπτονομισμάτων και αποτρέπει αυτό το είδος ψηφιακού χρήματος από το να αντιγράφεται ή να καταστρέφεται.
Η χρήση τεχνολογίας blockchain διερευνάται επίσης και σε άλλα πλαίσια όπου η αμετάβλητη ιδιότητα και η ασφάλεια των δεδομένων είναι εξαιρετικά πολύτιμα. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν τις ενέργειες καταχώρισης και παρακολούθησης φιλανθρωπικών δωρεών, ιατρικών βάσεων δεδομένων και διαχείρισης εφοδιαστικής αλυσίδας.
Ωστόσο, η ασφάλεια του blockchain δεν είναι απλό ζήτημα. Ωστόσο, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις βασικές έννοιες και τους μηχανισμούς που παρέχουν ισχυρή προστασία σε αυτά τα καινοτόμα συστήματα.
Οι έννοιες της αμεταβλητότητας και της συναίνεσης
Παρόλο που πολλές λειτουργίες παίζουν ρόλο στην ασφάλεια που συνδέεται με το blockchain, δύο από τις πιο σημαντικές είναι οι έννοιες της συναίνεσης και της αμεταβλητότητας. Η συναίνεση είναι η ικανότητα των κόμβων σε ένα κατανεμημένο δίκτυο blockchain να συμφωνούν για την πραγματική κατάσταση του δικτύου και την εγκυρότητα των συναλλαγών. Συνήθως, η διαδικασία επίτευξης συναίνεσης εξαρτάται από τους λεγόμενους αλγόριθμους συναίνεσης.
Η αμεταβλητότητα, από την άλλη, αναφέρεται στην ικανότητα των blockchain να αποτρέπουν την αλλοίωση των συναλλαγών που έχουν ήδη επιβεβαιωθεί. Αν και οι συναλλαγές αυτές αφορούν συχνά τη μεταφορά κρυπτονομισμάτων, μπορεί επίσης να αναφέρονται στην καταχώριση άλλων μη νομισματικών μορφών ψηφιακών δεδομένων.
Σε συνδυασμό, η συναίνεση και η αμεταβλητότητα παρέχουν το πλαίσιο για την ασφάλεια των δεδομένων στα δίκτυα blockchain. Παρόλο που οι αλγόριθμοι συναίνεσης διασφαλίζουν ότι τηρούνται οι κανόνες του συστήματος και ότι όλα τα εμπλεκόμενα μέρη συμφωνούν για την τρέχουσα κατάσταση του δικτύου - η αμετάβλητη εγγυάται την ακεραιότητα των δεδομένων και των καταχωρήσεων συναλλαγών αφού επιβεβαιώνεται ότι κάθε νέο block δεδομένων είναι έγκυρο.
Ο ρόλος της κρυπτογράφησης στην ασφάλεια blockchain
Τα blockchain βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην κρυπτογράφηση για να επιτύχουν την ασφάλεια των δεδομένων τους. Σε αυτό το πλαίσιο, οι λεγόμενες κρυπτογραφικές συναρτήσεις hash έχουν θεμελιώδη σημασία. Το hashing είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένας αλγόριθμος (συνάρτηση hash) λαμβάνει μια εισροή δεδομένων οποιουδήποτε μεγέθους και επιστρέφει μια εκροή (hashing) που περιέχει ένα προβλέψιμο και σταθερό μέγεθος (ή μήκος).
Ανεξάρτητα από το μέγεθος εισροής, η εκροή θα παρουσιάζει πάντα το ίδιο μήκος. Αλλά αν αλλάξει η εισροή, η εκροή θα είναι εντελώς διαφορετική. Ωστόσο, αν η εκροή δεν αλλάζει, το hash που προκύπτει θα είναι πάντα ίδιο - όσες φορές και αν εκτελέσετε τη συνάρτηση hash.
Στα blockchain, αυτές οι τιμές εκροής, γνωστές ως hash, χρησιμοποιούνται ως μοναδικά αναγνωριστικά για τα block δεδομένων. Το hash κάθε block δημιουργείται σε σχέση με το hash του προηγούμενου block και αυτό είναι που δημιουργεί μια αλυσίδα συνδεδεμένων block. Το hash του block εξαρτάται από τα δεδομένα που περιέχονται σε αυτό το block, πράγμα που σημαίνει ότι οποιαδήποτε αλλαγή στα δεδομένα θα απαιτήσει αλλαγή στο hash του block.
Επομένως, το hash κάθε block δημιουργείται με βάση τόσο τα δεδομένα που περιέχονται σε αυτό το block όσο και το hash του προηγούμενου block. Αυτά τα αναγνωριστικά hash παίζουν σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της ασφάλειας και της αμεταβλητότητας του blockchain.
Το hashing αξιοποιείται επίσης στους αλγορίθμους συναίνεσης που χρησιμοποιούνται για την επικύρωση των συναλλαγών. Στο blockchain του Bitcoin, για παράδειγμα, ο αλγόριθμος Proof of Work (PoW) χρησιμοποιεί μια συνάρτηση hash που ονομάζεται SHA-256. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο SHA-256 λαμβάνει δεδομένα εισροής και επιστρέφει ένα hash μήκους 256 bit ή 64 χαρακτήρων.
Πέρα από την προστασία των αρχείων συναλλαγών στο καθολικό, η κρυπτογράφηση παίζει επίσης ρόλο στη διασφάλιση της ασφάλειας των πορτοφολιών που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση μονάδων κρυπτονομισμάτων. Τα αντιστοιχισμένα δημόσια και ιδιωτικά κλειδιά που επιτρέπουν αντίστοιχα στους χρήστες να λαμβάνουν και να αποστέλλουν πληρωμές δημιουργούνται μέσω της χρήσης της ασύμμετρης κρυπτογράφησης ή της κρυπτογράφησης δημόσιου κλειδιού. Τα ιδιωτικά κλειδιά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ψηφιακών υπογραφών για συναλλαγές, καθιστώντας δυνατή την πιστοποίηση της κυριότητας των νομισμάτων που αποστέλλονται.
Αν και οι λεπτομέρειες ξεφεύγουν από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, η φύση της ασύμμετρης κρυπτογράφησης εμποδίζει οποιονδήποτε άλλον εκτός από τον κάτοχο του ιδιωτικού κλειδιού να έχει πρόσβαση στα κεφάλαια που είναι αποθηκευμένα σε ένα πορτοφόλι κρυπτονομισμάτων, διατηρώντας έτσι τα κεφάλαια αυτά ασφαλή μέχρι ο ιδιοκτήτης να αποφασίσει να τα ξοδέψει (εφόσον το ιδιωτικό κλειδί δεν κοινοποιηθεί ή δεν παραβιαστεί).
Κρυπτοοικονομία
Εκτός από την κρυπτογράφηση, μια σχετικά νέα έννοια γνωστή ως κρυπτοοικονομία παίζει επίσης ρόλο στη διατήρηση της ασφάλειας των δικτύων blockchain. Σχετίζεται με ένα πεδίο μελέτης γνωστό ως θεωρία παιγνίων, το οποίο μοντελοποιεί μαθηματικά τη λήψη αποφάσεων από ορθολογικούς παράγοντες σε καταστάσεις με προκαθορισμένους κανόνες και ανταμοιβές. Ενώ η παραδοσιακή θεωρία παιγνίων μπορεί να εφαρμοστεί ευρέως σε μια σειρά περιπτώσεων, η κρυπτοοικονομία μοντελοποιεί και περιγράφει συγκεκριμένα τη συμπεριφορά των κόμβων σε κατανεμημένα συστήματα blockchain.
Εν ολίγοις, η κρυπτοοικονομία είναι η μελέτη των οικονομικών στο πλαίσιο των πρωτοκόλλων blockchain και των πιθανών αποτελεσμάτων που μπορεί να παρουσιάσει ο σχεδιασμός τους με βάση τη συμπεριφορά των συμμετεχόντων. Η ασφάλεια μέσω της κρυπτοοικονομίας βασίζεται στην ιδέα ότι τα συστήματα blockchain παρέχουν μεγαλύτερα κίνητρα στους κόμβους να ενεργούν με ειλικρίνεια παρά να υιοθετούν κακόβουλες ή ελαττωματικές συμπεριφορές. Για άλλη μια φορά, ο αλγόριθμος συναίνεσης Proof of Work που χρησιμοποιείται στην εξόρυξη Bitcoin, προσφέρει ένα καλό παράδειγμα αυτής της δομής κινήτρων.
Όταν ο Satoshi Nakamoto δημιούργησε το πλαίσιο για την εξόρυξη Bitcoin, το σχεδίασε με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι μια δαπανηρή διαδικασία με την ανάγκη πολλών πόρων. Λόγω της πολυπλοκότητας και των υπολογιστικών απαιτήσεών της, η εξόρυξη PoW συνεπάγεται μια σημαντική επένδυση χρημάτων και χρόνου - ανεξάρτητα από το πού και ποιος είναι ο κόμβος εξόρυξης. Επομένως, μια τέτοια δομή παρέχει ισχυρό αντικίνητρο για κακόβουλη δραστηριότητα και σημαντικά κίνητρα για έντιμη δραστηριότητα εξόρυξης. Οι ανέντιμοι ή αναποτελεσματικοί κόμβοι θα απομακρυνθούν γρήγορα από το δίκτυο blockchain, ενώ οι ειλικρινείς και αποτελεσματικοί εξορύκτες έχουν τη δυνατότητα να λάβουν σημαντικές ανταμοιβές block.
Παρομοίως, αυτή η ισορροπία κινδύνων και ανταμοιβών προστατεύει από πιθανές επιθέσεις που θα μπορούσαν να υπονομεύσουν τη συναίνεση αναθέτοντας το πλειοψηφικό hash rate ενός δικτύου blockchain σε μία μόνο ομάδα ή οντότητα. Τέτοιες επιθέσεις, γνωστές ως επιθέσεις 51 τοις εκατό, θα μπορούσαν να είναι εξαιρετικά επιζήμιες εάν εκτελεστούν με επιτυχία. Λόγω της ανταγωνιστικότητας της εξόρυξης Proof of Work και του μεγέθους του δικτύου Bitcoin, η πιθανότητα ένας κακόβουλος παράγοντας να αποκτήσει τον έλεγχο της πλειοψηφίας των κόμβων είναι εξαιρετικά ελάχιστη.
Επιπλέον, το κόστος σε υπολογιστική ισχύ που απαιτείται για να επιτευχθεί ο έλεγχος του 51% ενός τεράστιου δικτύου blockchain θα ήταν αστρονομικό, παρέχοντας ένα άμεσο αντικίνητρο για την πραγματοποίηση μιας τόσο μεγάλης επένδυσης για μια σχετικά μικρή πιθανή ανταμοιβή. Αυτό το γεγονός συμβάλλει σε ένα χαρακτηριστικό των blockchain που είναι γνωστό ως Byzantine Fault Tolerance (BFT), το οποίο είναι ουσιαστικά η ικανότητα ενός κατανεμημένου συστήματος να συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά ακόμα κι αν κάποιοι κόμβοι παραβιαστούν ή ενεργούν κακόβουλα.
Όσο το κόστος δημιουργίας μιας πλειοψηφίας κακόβουλων κόμβων παραμένει απαγορευτικό και όσο υπάρχουν καλύτερα κίνητρα για ειλικρινή δραστηριότητα, το σύστημα θα είναι σε θέση να ευδοκιμήσει χωρίς σημαντικές διαταραχές. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι τα μικρά δίκτυα blockchain είναι σίγουρα ευάλωτα στην επίθεση πλειοψηφίας, επειδή το συνολικό hash rate που αφιερώνεται σε αυτά τα συστήματα είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του Bitcoin.
Συμπεράσματα
Μέσω της συνδυασμένης χρήσης της θεωρίας παιγνίων και της κρυπτογράφησης, τα blockchain μπορούν να επιτύχουν υψηλά επίπεδα ασφάλειας ως κατανεμημένα συστήματα. Ωστόσο, όπως συμβαίνει με όλα σχεδόν τα συστήματα, είναι εξαιρετικά σημαντικό να εφαρμόζονται σωστά αυτά τα δύο πεδία γνώσεων. Η προσεκτική ισορροπία μεταξύ αποκέντρωσης και ασφάλειας είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία ενός αξιόπιστου και αποτελεσματικού δικτύου κρυπτονομισμάτων.
Καθώς οι χρήσεις του blockchain συνεχίζουν να εξελίσσονται, τα συστήματα ασφαλείας τους θα αλλάζουν, προκειμένου να ανταποκρίνονται στις ανάγκες διαφορετικών περιπτώσεων χρήσης. Τα ιδιωτικά blockchain που αναπτύσσονται τώρα για επιχειρηματικές δραστηριότητες, για παράδειγμα, βασίζονται πολύ περισσότερο στην ασφάλεια μέσω του ελέγχου πρόσβασης παρά στους μηχανισμούς θεωρίας παιγνίων (ή κρυπτοοικονομίας) που είναι απαραίτητοι για την ασφάλεια των περισσότερων δημόσιων blockchain.