Ключевые моменты
Блокчейн — это цифровой реестр, который безопасным способом записывает данные о транзакциях на множество компьютеров в распределенной сети.
Блокчейн обеспечивает целостность данных, потому что криптография и механизмы консенсуса делают его неизменным: записанную на нем информацию нельзя изменить задним числом.
Блокчейн составляет основу таких криптовалют, как биткоин и эфир, и играет важную роль в повышении прозрачности, безопасности и доверия не только в финансах, но и в других сферах.
Введение
Технология блокчейн произвела революцию в отраслях, особенно в финансовой, представив децентрализованный, прозрачный и безопасный способ управления данными и транзакциями. Хотя изначально блокчейн был основой для криптовалют, таких как биткоин, его сферы применения расширились и теперь включают управление цепочками поставок, здравоохранение, системы голосования и многое другое.
Что такое блокчейн?
Блокчейн — это особая база данных, представляющая собой децентрализованный цифровой реестр, который поддерживается распределенной сетью компьютеров. Данные блокчейна хранятся в блоках в хронологическом порядке и защищены с помощью криптографии.
Такая структура гарантирует прозрачность, безопасность и неизменность данных. После подтверждения и добавления блока в цепочку изменить данные, хранящиеся в блоке, практически невозможно. Децентрализованная структура также устраняет необходимость в центральном органе управления. Блокчейн-транзакции могут происходить между пользователями без посредников.
Существуют разные типы блокчейнов с разной степенью децентрализации. Тем не менее, термин блокчейн обычно относится к децентрализованному цифровому реестру, используемому для записи криптовалютных транзакций.
Краткая история блокчейна
Первая модель блокчейна была создана в начале 1990-х годов, когда специалист по информатике Стюарт Хабер и физик У. Скотт Сторнетта решили использовать криптографию в цепочке блоков для защиты цифровых документов от фальсификации.
Хабер и Сторнетта вдохновили многих программистов и любителей криптографии, что в конечном итоге привело к созданию Биткоина — первой криптовалюты на основе технологии блокчейна. С тех пор популярность блокчейна значительно выросла, а криптовалюты получили глобальное распространение.
Технология блокчейна обычно используется для записи криптовалютных транзакций, но она также подходит для записи других видов цифровых данных и может выполнять множество задач.
Ключевые особенности и преимущества блокчейна
Децентрализация: информация хранится в сети компьютеров (узлов), а не на одном центральном сервере. Крупные децентрализованные сети, такие как Биткоин, очень устойчивы к атакам.
Прозрачность: большинство блокчейнов являются общедоступными, то есть все участники имеют доступ к одной и той же базе данных. Транзакции видны всем желающим.
Неизменяемость: после добавления данных в блокчейн их нельзя изменить без консенсуса в сети.
Безопасность данных: криптография и механизмы консенсуса обеспечивают надежную защиту от подделки данных.
Эффективность: Блокчейн может обеспечить более быстрые и дешевые транзакции, устраняя необходимость в посредниках. Транзакции обрабатываются практически в режиме реального времени.
Что такое децентрализация в блокчейне
Децентрализация в блокчейне означает, что контроль и полномочия по принятию решений в сети распределены между ее пользователями, а не принадлежат одному субъекту, такому как правительство или корпорация.
В децентрализованной сети блокчейна нет центрального органа или посредника, контролирующего поток данных или транзакций. Вместо этого транзакции проверяются и записываются распределенной сетью компьютеров, которые вместе поддерживают целостность сети.
Как работает блокчейн
Блокчейн — это цифровой реестр, который надежно записывает транзакции между двумя сторонами и защищает эти записи от несанкционированного доступа. Данные о транзакциях записываются распределенной сетью компьютеров (нод) со всего мира.
Когда Алиса отправляет Бобу определенное количество биткоинов, транзакция транслируется в сеть. После этого каждая нода проверяет подлинность транзакции, изучая цифровые подписи и другие данные транзакции. Если транзакцию одобрили, она добавляется в блок вместе с другими проверенными транзакциями. Каждый блок можно представить в виде страницы цифрового реестра.
Блоки соединяются в цепочку с помощью криптографических методов и образуют блокчейн. Для проверки транзакций и добавления их в блокчейн используется механизм консенсуса. Механизм консенсуса — это набор правил, с помощью которого ноды координируют свои действия и приходят к соглашению о состоянии блокчейна и одобрении транзакций.
Коротко о блокчейне
1. Запись транзакций
Когда транзакция инициируется (например, перевод криптовалюты), она транслируется в сеть нод. Каждая нода проверяет транзакцию, используя предопределенные правила.
2. Формирование блоков
Проверенные транзакции группируются в блок. Каждый блок содержит:
Данные (например, сведения о транзакции)
Штамп времени
Криптографический хеш: уникальный идентификатор, созданный путем обработки данных блока с помощью алгоритма хеширования.
Хеш предыдущего блока: это то, что связывает блоки вместе, образуя цепочку.
3. Механизм консенсуса
Чтобы добавить блок в блокчейн, участники сети должны согласовать его валидность. Это достигается с помощью алгоритмов консенсуса, таких как Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS). Мы обсудим их более подробно в ближайшее время, но вот краткое резюме:
Proof of Work (PoW): используемый в сети Биткоин, PoW требует, чтобы валидаторы блоков использовали вычислительные мощности для решения сложных задач.
Proof of Stake (PoS): используется в новых блокчейнах, таких как Ethereum, где валидаторы блоков выбираются на основе их доли в сети.
4. Связь в цепочке
После подтверждения блок добавляется в блокчейн. Каждый последующий блок ссылается на предыдущий, обеспечивая защиту структуры от несанкционированного доступа. Другими словами, для проверки нового блока он должен использовать идентификатор предыдущего блока.
5. Прозрачность
Еще одной особенностью блокчейна является прозрачность. Любой желающий может проверить на публичных сайтах, известных как обозреватели блокчейна, данные блокчейна, включая всю информацию о транзакциях и блоках.
Например, можно увидеть каждую транзакцию, когда-либо записанную в сети Биткоин, включая адрес кошелька отправителя и получателя, сумму перевода и многое другое. Вы также можете проследить все блоки вплоть до первого блока, известного как генезис-блок.
Криптография блокчейна
Чтобы запись транзакций была надежной, прозрачной и устойчивой к взлому, блокчейн использует криптографию. Одним из важнейших криптографических методов является хеширование — процесс, который преобразует входные данные любого размера в строку символов фиксированной длины.
Хеш-функции в блокчейне обычно устойчивы к коллизиям. Это означает, что вероятность найти две части данных, которые произведут один и тот же результат, невероятно мала. При этом любое изменение входных данных полностью изменит результат хеширования.
Рассмотрим это на примере хеш-функции Биткоина под названием SHA256. Даже если просто изменить регистр букв, результат будет совсем другим. При этом хеш-функции могут быть только односторонними: с помощью результата хеширования нельзя восстановить входные данные.
Каждый блок в блокчейне содержит хеш предыдущего блока, поэтому создается надежная цепочка блоков. Если кто-то захочет изменить один блок, ему придется изменить все последующие блоки, а это не только сложно, но и невероятно дорого.
Еще один криптографический метод, который часто используют в блокчейне, — это криптография с открытым ключом, или асимметричная криптография. Она помогает устанавливать безопасные и проверяемые транзакции между пользователями.
Работает это так. У каждого пользователя есть уникальная пара ключей: приватный ключ, который необходимо держать в тайне, и публичный ключ, который находится в открытом доступе. Когда пользователь инициирует транзакцию, он подписывает ее с помощью своего приватного ключа, создавая цифровую подпись.
Затем другие пользователи сети могут проверить подлинность транзакции, применив публичный ключ отправителя к цифровой подписи. Такой подход обеспечивает безопасность транзакций, поскольку инициировать транзакцию может только настоящий владелец приватного ключа, но проверить подписи с помощью публичного ключа может кто угодно.
Что такое механизм консенсуса
Алгоритм консенсуса — это механизм, с помощью которого пользователи и программы могут координировать свои действия в распределенной сети. Он обеспечивает достижение согласия между всеми участниками сети о текущем состоянии данных, даже если некоторые ноды выходят из строя.
Такой алгоритм гарантирует, что все ноды сети имеют одну и ту же копию реестра, содержащую запись всех транзакций.
Когда десятки тысяч нод хранят копию данных блокчейна, могут быстро возникнуть проблемы, например, из-за несогласованных данных и вредоносных нод. Поэтому для обеспечения целостности блокчейна существуют различные механизмы консенсуса, которые определяют, как ноды сети достигают соглашения. Рассмотрим основные механизмы консенсуса подробнее.
Типы механизмов консенсуса
Что это такое
Proof of Work (PoW) — это механизм консенсуса, используемый во многих сетях блокчейна для проверки транзакций и поддержания целостности блокчейна. Это самый первый механизм консенсуса, который появился и действует в Биткоине.
В PoW майнеры соревнуются в решении сложной математической задачи за право добавить в блокчейн следующий блок. Для этого они осуществляют майнинг. Первый майнер, решивший задачу, получает вознаграждение в виде криптовалюты.
Майнеры должны использовать мощные компьютеры, чтобы решать математические задачи, создавать новые монеты и обеспечивать безопасность сети. Поэтому процесс майнинга требует значительных ресурсов (вычислительных мощностей и энергии).
Что такое Proof of Stake
Proof of Stake (PoS) — это механизм консенсуса, разработанный для устранения некоторых недостатков Proof of Work (PoW). В системе PoS нет майнеров, которые соревнуются в решении сложных математических задач для подтверждения транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. Вместо этого в системе действуют валидаторы, которые добавляют в стейкинг криптовалюту и выбираются на основе предоставленной суммы.
Доля представляет собой сумму криптовалюты, удерживаемую валидаторами в качестве обеспечения. Затем они случайным образом выбираются для создания новых блоков и подтверждения транзакций в зависимости от размера их доли в стейкинге. За создание новых блоков валидаторы получают комиссии за транзакции, которые мотивируют их действовать в интересах сети. Если они действуют злонамеренно, они рискуют потерять свою криптовалюту.
Другие популярные механизмы консенсуса
Proof of Work и Proof of Stake являются наиболее распространенными алгоритмами консенсуса, но они не единственные в своем роде. Существует множество других алгоритмов: одни из них объединяют элементы двух вышеупомянутых систем, а другие открывают совершенно новые способы достижения консенсуса.
Например, Delegated Proof of Stake (DPoS) похож на PoS, но в PoS право создавать новые блоки есть у всех валидаторов, а в DPoS держатели токенов избирают набор делегатов, которые создают блоки от их имени.
А в Proof of Authority (PoA) учитывают репутацию или личность валидатора, а не его количество удерживаемой криптовалюты. Валидаторы выбираются на основе надежности и могут быть удалены из сети за вредоносные действия.
Типы сетей блокчейна
Публичный блокчейн
Публичный блокчейн — это открытая децентрализованная сеть, доступная всем желающим. Обычно такие сети используют открытый исходный код, действуют прозрачно и не требуют доверия, то есть получить к ним доступ и использовать их может кто угодно. Примерами публичных блокчейнов являются Биткоин и Ethereum.
Приватный блокчейн
Приватный блокчейн, как следует из названия, — это закрытая сеть блокчейна. Обычно она находится под контролем одной организации и используется для ее целей и способов применения.
Приватные блокчейны контролируют доступ и устанавливают правила, которые определяют, кто может видеть и записывать транзакции в блокчейне. Они не являются децентрализованными, поскольку в них действует четкая иерархия управления. Однако они могут быть распределенными и поручать многим нодам хранить копию блокчейна на своих компьютерах.
Блокчейн-консорциум
Блокчейн-консорциум — это гибрид публичного и приватного блокчейнов. В блокчейн-консорциуме несколько организаций объединяются для создания общей сети блокчейна, которая управляется и контролируется совместно. В зависимости от потребностей участников такие сети могут быть как открытыми, так и закрытыми.
В отличие от открытой системы, где проверять блоки может любой пользователь, или закрытой системы, где создателей блоков выбирает одна организация, в блокчейн-консорциуме валидаторами выступают несколько одинаково влиятельных сторон.
Следовательно, правила системы гибкие: просматривать блокчейн могут либо все пользователи, либо только валидаторы. Если валидаторы могут достичь консенсуса между собой, вносить изменения довольно просто. И пока определенная часть участников сети действует честно, у системы блокчейна не возникнет проблем.
Для чего используется блокчейн?
Хотя технология блокчейна еще находятся на ранней стадии развития, ее уже применяют во многих отраслях. Обычно она используется в следующих сферах:
1. Криптовалюты
Технология блокчейна поддерживает создание криптовалют и запись их транзакций в безопасном и децентрализованном реестре.
В то время как традиционные международные транзакции связаны с посредниками и высокими комиссиями, блокчейн позволяет осуществлять более быстрые, дешевые и прозрачные переводы. Помимо хранения активов, многие используют Биткоин и другие криптовалюты для денежных переводов по всему миру.
2. Смарт-контракты
Смарт-контракты — это самоисполняющиеся программы, которые могут автоматически выполнять заданные действия при определенных условиях. Технология блокчейна позволяет создавать и исполнять смарт-контракты безопасным и децентрализованным способом.
Они могут применяться в разных сферах, наиболее перспективные из которых — децентрализованные приложения (DApp) и организации (DAO), которые являются частью системы децентрализованных финансов (DeFi). Платформы DeFi используют блокчейн для предоставления финансовых услуг, таких как кредитование, заимствование и торговля без традиционных институтов. Это демократизирует доступ к финансовым инструментам.
3. Токенизация
Реальные активы (RWA), такие как недвижимость, акции или предметы искусства, могут быть токенизированы (преобразованы в цифровые токены на блокчейне). Это может улучшить ликвидность и расширить доступ к инвестиционным возможностям.
4. Цифровая идентификация
Блокчейн можно использовать для создания безопасной и защищенной от взлома цифровой идентификации, которая нужна для проверки личной информации и других конфиденциальных данных. Цифровая идентификация может стать очень востребованной, ведь наша личная информации и активы постепенно переходят в интернет.
5. Голосование
Технология блокчейна позволяет проводить безопасные и прозрачные голосования, которые исключают возможность мошенничества. Ведь блокчейн предоставляет децентрализованный и защищенный от взлома реестр всех голосов.
6. Управление цепочками поставок
Технологию блокчейн можно использовать для создания реестра всех транзакций в цепочке поставок. В таком случае каждая транзакция будет записана в виде блока на блокчейне, который обеспечит неизменность и прозрачность всех записей о процессах цепочки поставок.
В заключение
Технология блокчейн предлагает безопасный и прозрачный способ записи транзакций и хранения данных. Эта технология произвела революцию во многих сферах за счет нового уровня доверия и безопасности в цифровом мире.
Блокчейн открывает целый мир возможностей: позволяет совершать одноранговые транзакции, создавать новые формы цифровых активов и развивать децентрализованные приложения. Поскольку эта технология продолжает развиваться и набирать популярность, скорее всего, в ближайшие годы у нее появятся новые инновационные сценарии использования.
Рекомендуемая литература
Предупреждение о рисках: следующие материалы предоставляются на условиях «как есть» без каких-либо гарантий исключительно для общих справочных и образовательных целей. Эта информация не должна рассматриваться как финансовая, юридическая консультация или рекомендация по приобретению какого-либо конкретного продукта или услуги. Вам следует самостоятельно обратиться за советом к соответствующим профессиональным консультантам. Поскольку статья написана сторонним автором, обратите внимание, что высказанные мнения принадлежат стороннему автору и необязательно отражают точку зрения Binance Academy. Прочитайте полный отказ от ответственности для получения более подробной информации. Стоимость цифровых активов может быть волатильной. Стоимость инвестированных средств может увеличиваться и уменьшаться. Вы можете не вернуть инвестированные средства. Вы несете полную ответственность за свои инвестиционные решения. Binance не несет ответственности за ваши возможные убытки. Данная информация не является финансовой, юридической или профессиональной рекомендацией. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими Условиями использования и Предупреждением о рисках.