Блокчейни захищені за допомогою різних механізмів, серед яких передові криптографічні методи та математичні моделі поведінки і прийняття рішень. Блокчейн-технологія є базовою структурою більшості криптовалютних систем та запобігає дублюванню або знищенню таких цифрових грошей.
Використання блокчейн-технології також досліджується в інших контекстах, де незмінність та безпека даних є дуже цінними. Декілька прикладів це реєстрація та відстеження благодійних пожертвувань, медичні бази даних та управління ланцюгами постачання.
Проте безпека блокчейну – далеко не проста тема. Тому важливо розуміти основні концепції та механізми, що забезпечують надійний захист цих інноваційних систем.
Поняття незмінності та консенсусу
Хоча багато функцій відіграють роль у безпеці блокчейну, двома з найважливіших є концепції консенсусу та незмінності. Консенсус відноситься до здатності нод узгоджувати справжній стан мережі та дійсність транзакцій у розподіленій блокчейн-мережі. Як правило, процес досягнення консенсусу залежить від так званих алгоритмів консенсусу.
З іншого боку, незмінність відноситься до здатності блокчейнів запобігати зміні вже підтверджених транзакцій. Хоча ці транзакції часто пов'язані з переказом криптовалют, вони можуть також стосуватися запису інших негрошових форм цифрових даних.
У сукупності консенсус та незмінність забезпечують основу для безпеки даних у блокчейн-мережах. У той час як алгоритми консенсусу забезпечують дотримання правил системи та згоду всіх залучених сторін із поточним станом мережі, незмінність гарантує цілісність даних та записів транзакцій після підтвердження достовірності кожного нового блоку даних.
Роль криптографії в безпеці блокчейну
Блокчейни значною мірою покладаються на криптографію для забезпечення безпеки своїх даних. У цьому контексті фундаментальне значення мають так звані криптографічні хеш-функції. Хешування – це процес, при якому алгоритм (хеш-функція) отримує вхідні дані будь-якого розміру і повертає результат (хеш), що містить передбачуваний та фіксований розмір (або довжину).
Незалежно від розміру входу, вихід завжди матиме однакову довжину. Але якщо вхід зміниться, вихід буде зовсім іншим. Однак, якщо вхід не змінюється, результат хешу завжди буде однаковим незалежно від того, скільки разів ви запускаєте хеш-функцію.
У блокчейнах ці вихідні значення, відомі як хеші, використовуються як унікальні ідентифікатори для блоків даних. Хеш кожного блоку генерується із привʼязкою до хешу попереднього блоку, і саме це створює ланцюг зв'язаних блоків. Хеш блоку залежить від даних, що містяться в цьому блоці, а це означає, що будь-яка зміна, внесена в дані, потребує зміни хешу блоку.
Тому хеш кожного блоку генерується на основі даних, що містяться в цьому блоці і хешу попереднього блоку. Ці хеш-ідентифікатори відіграють важливу роль у забезпеченні безпеки та незмінності блокчейну.
Хешування також використовується в алгоритмах консенсусу, які в свою чергу використовуються для перевірки транзакцій. Наприклад, у блокчейні Bitcoin алгоритм Proof of Work (PoW) використовує хеш-функцію SHA-256. Як випливає з назви, SHA-256 приймає введені дані та повертає хеш довжиною 256 біт або 64 символи.
Крім забезпечення захисту записів транзакцій у реєстрах, криптографія також відіграє роль у забезпеченні безпеки гаманців, які використовуються для зберігання одиниць криптовалюти. Парні публічний та приватний ключі, які відповідно дозволяють користувачам отримувати та надсилати платежі, створюються за допомогою асиметричної криптографії або криптографії з публічним ключем. Приватні ключі використовуються для створення цифрових підписів для транзакцій, що дозволяє підтвердити право власності на монети, що надсилаються.
Хоча всі подробиці неможливо описати в цій статті, природа асиметричної криптографії не дозволяє нікому, крім власника приватного ключа, отримувати доступ до коштів, що зберігаються в криптовалютному гаманці, тим самим зберігаючи ці кошти в безпеці доти, доки власник не вирішить їх витратити (за умови, що приватний ключ не стає спільним або зламаним).
Криптоекономіка
Крім криптографії, відносно нова концепція, відома як криптоекономіка, також відіграє роль у підтримці безпеки блокчейн-мереж. Це пов’язано з областю дослідження, відомою як теорія ігр, яка математично моделює процес прийняття рішень раціональними суб'єктами у ситуаціях з визначеними правилами та винагородами. У той час як традиційна теорія ігор може широко застосовуватися до цілого ряду ситуацій, криптоекономіка спеціально моделює та описує поведінку нод в розподілених блокчейн-системах.
Якщо коротко, то криптоекономіка – це вивчення економіки протоколів блокчейну та можливих результатів, які може дати їхня розробка залежно від поведінки учасників. Безпека за допомогою криптоекономіки заснована на уявленні про те, що блокчейн-системи забезпечують для нод більше стимулів до чесної поведінки, ніж до зловмисної чи помилкової. Знову ж таки, алгоритм консенсусу Proof of Work, що використовується у майнінгу Bitcoin, пропонує хороший приклад цієї структури стимулювання.
Коли Сатоші Накамото створив платформу для майнінгу Bitcoin, її було навмисно розроблено як дорогий і ресурсомісткий процес. Через свою складність та обчислювальні вимоги, майнінг PoW вимагає значних витрат грошей та часу, незалежно від того, де знаходиться майнінгова нода та хто нею керує. Отже, така структура забезпечує сильне стримування зловмисної діяльності та значні стимули для чесного майнінгу. Нечесні або неефективні ноди будуть швидко виключені з блокчейн-мережі, тоді як чесні та ефективні майнери можуть отримати хороші винагороди за блок.
Так само цей баланс ризиків і винагород забезпечує захист від потенційних атак, які можуть підірвати консенсус, передавши більшу частину хешрейту блокчейн-мережі в руки однієї групи або організації. Такі атаки, відомі як атаки 51%, при успішному виконанні можуть завдати серйозної шкоди. Через конкурентоспроможність майнінгу Proof of Work та масштаби мережі Bitcoin, ймовірність того, що зловмисник отримає контроль над більшістю нод, є вкрай мінімальною.
Крім того, вартість обчислювальної потужності, необхідної для досягнення 51% контролю над величезною блокчейн-мережею, буде астрономічною, що відразу стане перешкодою для таких великих інвестицій за відносно невелику потенційну винагороду. Цей факт сприяє ще одній характеристиці блокчейнів, відомої як Візантійська відмовостійкість (BFT), яка, по суті, є здатністю розподіленої системи продовжувати нормально працювати, навіть якщо деякі ноди будуть скомпрометовані або діятимуть зловмисно.
Доки вартість створення більшості шкідливих нод залишається непомірно високою та існують кращі стимули для чесної діяльності, система зможе процвітати без значних збоїв. Однак варто відзначити, що невеликі блокчейн-мережі, безумовно, схильні до атак більшістю, тому що загальна швидкість хешування, призначена для цих систем, значно нижча, ніж у Bitcoin.
Підсумки
Завдяки комбінованому використанню теорії ігор та криптографії, блокчейни можуть досягати високого рівня безпеки як розподілені системи. Однак, як і майже в усіх системах, дуже важливо правильно застосовувати ці дві галузі знань. Ретельний баланс між децентралізацією та безпекою є дуже важливим для створення надійної та ефективної криптомережі.
Оскільки використання блокчейнів продовжує розвиватися, їхні системи безпеки також змінюватимуться, щоб відповідати потребам різних варіантів використання. Приватні блокчейни, що зараз розробляються для комерційних підприємств, набагато більше покладаються на безпеку за допомогою контролю доступу, ніж на механізми теорії ігор (або криптоекономіки), які необхідні для безпеки більшості публічних блокчейнів.