Что такое Блокчейн?

　　Блокчейн записывает данные — в блоки — и надежно хранит эти данные, связывая эти блоки вместе с помощью криптографии, следовательно, блокчейн.

　　Сатоши Накамото — псевдоним человека или группы, стоящих за Биткойном, с которым мы встречались ранее, — концептуализировал идею блокчейна в Белой книге 2008 года (чертеж). Возможность создания децентрализованной книги транзакций была фундаментальной для жизнеспособности Биткойна — новой одноранговой цифровой наличности — и решения проблемы двойных трат.

　　Другими словами, как создать чисто цифровые деньги, которые нельзя потратить дважды и которые не проходят через финансовое учреждение; он просто передается от человека к человеку по распределенной сети.

　　Блокчейн был центральным элементом в решении Сатоши в сочетании с методом обеспечения того, чтобы в каждый новый блок добавлялись только действительные транзакционные данные, известный как механизм консенсуса.

　　На самом деле Сатоши на самом деле решал гораздо более серьезную проблему, которая существует уже очень давно: доверие и свобода воли.

　　Проблема доверия и свободы действий

　　В самой первой статье этого раздела, посвященной основам криптовалюты, мы обнаружили, что деньги впервые использовались для облегчения торговли. Содействие обмену товарами между двумя сторонами, которые не знали друг друга или не доверяли друг другу.

　　По мере расширения цивилизации и торговли было принято, что единственным решением этой проблемы доверия в масштабе является централизация власти в руках высшего арбитра.

　　Монархи, генералы, правительства или многонациональные организации имеют последнее слово и контролируют то, что справедливо (Закон), кому принадлежат какие активы и сколько эти активы стоят (Центральный банк).

　　Такое расположение было более практичным, чем оптимальным. Снова и снова мы убеждаемся в том, что доверять центральной власти — неэффективный способ ведения дел — я смотрю на вас, финансовый кризис 2008 года. Это широко известно как проблема принципала-агента.

　　В чем проблема принципала-агента？ Агенты (правительства, крупные организации и их механизмы) принимают решения, которые влияют на других людей (принципалов - граждан, клиентов), чьи интересы они должны обслуживать. Их влиятельное положение и отсутствие подотчетности означают, что их решения служат их собственным интересам и отрицательно сказываются на тех, кому они должны служить.

　　Так как же блокчейн может решить эту извечную проблему？

　　Все эти разговоры о правительствах и органах власти могут показаться немного надуманными, поэтому давайте сделаем несколько шагов назад и сосредоточимся на главном вопросе: как блокчейны достигают доверия без полномочий.

　　Сначала мы рассмотрим уникальные характеристики блокчейна — то, как структурированы данные, — а затем опишем процесс достижения согласия (консенсуса) относительно достоверности этих данных. Механизм консенсуса действительно является секретным соусом блокчейна, поскольку именно он позволяет удалить контролирующий орган.

　　Наконец, мы оценим ограничения блокчейна и оценим, стоит ли эта технология всей этой шумихи, что прекрасно приведет к двум последним статьям в этом разделе о внедрении криптографии и криптографических границах.

　　Уникальные характеристики блокчейна

　　Каждый блок в цепочке блоков (за исключением блока генезиса или первого блока — подробнее об этом позже) содержит три вещи.

　　1. Записываемые данные, представленные так называемым криптографическим хешем.

　　2. Закодированное представление (или криптографический хэш) данных предыдущего блока.

　　3. Отметка времени добавления блока в цепочку. Давайте разберем эти три вещи на то, что они собой представляют.

　　• Данные - Данные, записанные в блокчейне, могут различаться в зависимости от того, что использует технология. Например, в качестве валюты Биткойн использует блокчейн для записи данных о транзакциях, поэтому его называют бухгалтерской книгой.

　　Другие области применения включают управление данными цепочки поставок, медицинские данные и идентификационные записи; нет предела возможностям, пока информация может быть оцифрована. Дело в том, что блокчейны могут безопасно хранить множество различных типов данных.

　　• Криптографические хэши - Криптографический хэш, по существу, представляет собой закодированное (перемешанное) представление части информации. Он использует математическую функцию (перемешивание) для создания этого представления (беспорядок), связывающего значимую информацию с хешем. Таким образом, если бы я изменил информацию, соответствующий хеш изменился бы, поскольку эти две вещи неразрывно связаны хеш-функцией (перемешиванием).

　　Вот несколько упрощенных примеров:

　　Наши данные: Y=1,

　　Применяем криптографическую хеш-функцию (чтобы запутать)

　　Это генерирует хэш Y1.

　　Если бы я изменил исходные данные на Y=2 и применил хеш-функцию, хешированный вывод также изменился бы, дав нам Y2.

　　Важно отметить, что тривиально подтвердить, что Y2 является правильным выходом хэша, но почти невозможно.

　　Важно отметить, что тривиально подтвердить, что Y2 является правильным выходом хэша, но почти невозможно понять, что было на входе.

　　Хеширование — это то, как веб-сайты могут хранить ваши пароли, подтверждать их правильность при вводе, но не знать, что это такое.

　　Это упрощено для пояснения, потому что криптографические хэши кодируют данные, которые они представляют. Следовательно, единственной связью между данными и хэшем является математическая функция, которая генерирует хэш, а не какой-либо контент.

　　Вот еще один пример

　　Входные данные Y=1

　　Применить хэш-функцию

　　Хэшированный вывод = собака,

　　Измените входные данные на Y = 2

　　Применить хэш-функцию

　　Хешированный вывод = деревья.

　　Между собакой и деревьями нет заметной связи, они просто являются продуктами одной и той же хеш-функции, сгенерированной из наборов данных Y=1 и Y=2.

　　На самом деле криптографические хэши представляют собой длинные строки букв и цифр, которые не соответствуют никаким словам или значениям, кроме представления данных, но имеют одинаковую длину. Что цифровая криптография дает решение нашей проблемы доверия, так это надежный метод защиты данных, который не требует полномочий или угроз насилия.

　　• Временные метки — это говорит само за себя. Запись времени добавления отдельного блока данных в цепочку. Несмотря на простоту, отметка времени имеет решающее значение, предоставляя блокчейнам проверяемые и неизменные исторические ориентиры.

　　Делаем цепь неразрывной

　　Инновация технологии блокчейна заключается в том, что блокчейны по своей конструкции устойчивы к ретроактивным изменениям и могут безопасно хранить данные без централизованного управления.

　　Процесс начинается с криптографической хеш-функции. Каждый блок имеет хеш-функцию для собственных данных и хеш-функцию для данных последнего блока.

　　Кодируя данные предыдущего блока в каждый новый блок, хэши создают цепочку, которую становится все труднее повредить. чтобы подделать или изменить данные любого конкретного блока, вам также придется изменить все последующие блоки, чтобы сохранить цепочку в силе.

　　Если я изменю данные в конкретном блоке, его соответствующий хэш изменится — помните из нашего примера с собакой выше — и будет отличаться от всех записанных хэшей следующего блока, и, таким образом, цепочка станет недействительной.

　　Однако из-за скорости современных компьютеров этой хеш-функции недостаточно для защиты блокчейна от несанкционированного доступа.

　　Компьютеры могут вычислять сотни тысяч хеш-функций в секунду и могут эффективно вычислять новые хэши для всех блоков в цепочке, чтобы снова сделать ее действительной. Таким образом, Састоши необходимо создать механизм консенсуса — заимствование из предыдущих попыток цифровых денег — который был бы невосприимчив к атаке грубой силы.

　　Введение проверки работоспособности (Proof-of-Work)

　　Proof-of-Work — это вторая половина технологии блокчейна, которая в сочетании с криптографическими хэш-функциями обеспечивает надежную безопасность блокчейнов.

　　По сути, доказательство работы — это механизм, который замедляет создание новых блоков, требуя приложения работы/усилий до создания блока. Вы можете думать об этом как о способе отговорить людей от попыток испортить блокчейн; вам придется потратить / приложить больше усилий, чем это может быть оправдано.

　　Этот процесс проверки работоспособности регулируется таким образом, чтобы блоки создавались в течение среднего периода времени, называемого временем блока (этот период отличается от цепочки к цепочке).

　　Для Биткойна это около 10 минут, а для Эфириума — от 10 до 20 секунд.) Он делает это, требуя решения или вычисления математической головоломки для каждого нового блока, добавляемого в цепочку.

　　Существует награда для того, кто решит проблему, чтобы стимулировать ее возникновение. Как мы уже видели в случае с биткойнами, вознаграждение в настоящее время установлено на уровне 6,25 биткойнов и будет действовать как минимум до 2024 года (так называемый халвинг).

　　Этот механизм означает, что у майнеров есть экономический стимул добавлять новые блоки, внося требуемый объем работы. Он также не позволяет компьютерам просто генерировать кучу новых хэшей и проверять цепочку с неверными данными в блоках.

　　Биткойн использует Proof-of-Work в качестве механизма консенсуса, но есть два распространенных подхода: Proof-of-Stake (PoS) и Delegated-Proof-of-Stake (DPoS).

　　Эти механизмы немного сложнее и призваны стать более эффективным способом обеспечения надежной безопасности блокчейнов, но без требований к работе, которая, по сути, сводится к вычислительной мощности и потреблению энергии.

　　PoS, по сути, имеет шкуру в игре, вкладывая средства для участия, в то время как DPoS то же самое, за исключением того, что вы можете делегировать полномочия, которые ваша ставка дает по консенсусу блокчейна, другому участнику.

　　Как достигается консенсус？

　　Итак, у нас есть криптографические хеш-функции, которые связывают блоки данных в цепочку. У нас есть механизм проверки работоспособности, который стимулирует добавление новых блоков в цепочку и помогает защититься от злоумышленников, требуя вычислительного доказательства для каждого блока.

　　Последний способ, которым блокчейн обеспечивает безопасность, — это распространение.

　　Блокчейн работает в так называемой одноранговой (P2P) сети, упомянутой в цитате Сатоши выше.

　　Что такое одноранговая сеть？

　　Сеть пользователей, которые напрямую общаются друг с другом и имеют одинаковые привилегии.

　　Вместо того, чтобы быть централизованным и управляться одним субъектом, таким как правительство, сети P2P состоят из распределенной сети компьютеров, следующих одному и тому же набору правил (протоколу). Таким образом, каждый из этих компьютеров подключен к блокчейну. имеет доступ ко всей записи (или цепочке), но ведет себя предсказуемым образом.

　　Каждый раз, когда в цепочку добавляется новый блок, у каждого есть возможность проверить точность данных этого блока. Любой компьютер, который подключается и запускает блокчейн, называется узлом.

　　Чтобы блок был добавлен в цепочку, по крайней мере 51% (большинство) всех узлов должны согласиться с тем, что он точен. Другими словами, доказательство работы выполнено и все хэш-функции совпадают. Это называется достижением консенсуса — созданием общего соглашения об истине в нашем волшебном решении нашего доверия. Все без какой-либо центральной власти.

　　Чтобы успешно испортить блокчейн, вам нужно

　　1. Вмешайтесь во все блоки в цепочке.

　　2. Повторить доказательство работы для каждого блока.

　　3. Возьмите под свой контроль более 50% сети P2P

　　Мало того, что это почти невозможно сделать, поскольку сложность растет по мере роста числа узлов, это не имеет экономического смысла. Таким образом, блокчейн — это безопасный и децентрализованный способ хранения данных, причем эти качества улучшаются по мере роста блокчейна.

　　Варианты использования блокчейна

　　Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, как работают блокчейны, давайте рассмотрим несколько различных приложений технологии блокчейн.

　　Самое известное применение и то, для чего изначально была изобретена технология, — это новая форма денег, свободная от централизованного контроля, которую мы теперь знаем как криптовалюту, первым и самым известным примером которой является биткойн.

　　Сохранив все данные о транзакциях биткойнов в блокчейне, Сатоши Накамото создал первую в мире цифровую и децентрализованную версию надежных денег. Мы подробно рассмотрели это в предыдущей статье, поэтому ознакомьтесь с ней, если хотите освежить в памяти.

　　С тех пор блокчейн применялся во многих других областях, помимо валюты. Другой известный пример — Эфириум.

　　В 2013 году программист Виталик Бутерин в официальном документе предложил использовать технологию блокчейна для создания того, что он назвал смарт-контрактами.

　　В 2015 году был запущен блокчейн Ethereum для создания этих контрактов, дополненный языком программирования (Solidity) и собственной валютой (Ether).

　　Хороший способ представить это так: Биткойн дал нам программируемые и децентрализованные деньги, а Эфириум дает нам программируемые и децентрализованные контракты.

　　На основе этого было создано множество приложений и рождаются новые отрасли. В настоящее время наиболее заметным из них является децентрализованное финансирование или DeFi, экспериментальная форма финансирования, в которой смарт-контракты (и, следовательно, блокчейны) используются в качестве посредников вместо брокерских контор, бирж или банков. Подробнее об Эфириуме см. в статье 7 — Эфириум — мировой компьютер.

　　Самое слабое звено

　　Как мы уже видели в наших дискуссиях о «надежных деньгах», блокчейн Биткойн жертвует масштабируемостью ради безопасности и децентрализации.

　　Напротив, централизованные и безопасные системы, такие как Visa, могут обрабатывать десятки тысяч транзакций в секунду, но страдают от проблемы двойной траты и доверия; функции доказательства работы позволяют доверять без полномочий, но не могут обеспечить такую производительность.

　　Биткойн в настоящее время обрабатывает около пяти транзакций в секунду, а Ethereum — около 15, что делает работу медленной и непрактичной.

　　Сообщество Ethereum усердно работает над исправлением этого с помощью Ethereum 2.0. Основная цель этой разработки с открытым исходным кодом — повысить скорость транзакций с 15 до десятков тысяч с помощью технологии, известной как сегментация.

　　Более подробная информация об этом содержится в более продвинутой статье. На данный момент важно помнить, что технология блокчейна находится в зачаточном состоянии, и, хотя у этой технологии есть много перспектив, сообщество все еще находится в процессе ее разработки и масштабного применения.

　　Многие проекты описывают себя как блокчейны, но не могут продемонстрировать описанные здесь характеристики, потому что они не могут быть достигнуты из коробки, а проблема принципала-агента всегда означает, что там, где кто-то может осуществлять контроль, есть большая вероятность, что он это сделает, и не обязательно в интересах пользователя.

　　Блокчейн стал модным словом, которое иногда используется для вывода о достоверности, как это было во времена доткомов, и бессмысленных ссылок на «онлайн-бизнес».

　　Блокчейны и будущее

　　Теперь у вас должно быть общее представление о том, как технология блокчейна работает в дикой природе и почему она является такой революционной идеей. Блокчейны — это радикально новый способ создания доверия в эпоху цифровых технологий без необходимости наличия центральной власти.

　　Чтобы понять, какое влияние могут оказать блокчейны в один прекрасный день, может быть полезно оглянуться назад на создание технологии.

　　Помните термин генезисный блок？ Это имя, данное первому блоку в блокчейне. Блок генезиса в первой цепочке блоков, Биткойн, содержал следующее сообщение:

　　«Таймс, 03 января 2009 г. Канцлер на пороге второй помощи банкам».

　　Ссылка на заголовок газеты за эту дату, в котором сообщалось об очередной финансовой помощи финансовым учреждениям, вызвавшим печально известный финансовый кризис 07/08.

　　Что бы вы ни думали о шумихе вокруг технологии блокчейна, нет никаких сомнений в том, что она была разработана с целью изменить то, как устроен мир, к лучшему, сосредоточившись на том, что заставляет его вращаться — на деньгах.

　　Теперь, когда вы знаете немного больше о том, что он делает и как он это делает, я надеюсь, вы понимаете, что блокчейн может стать катализатором изменений во многих других сферах, где доверие и злоупотребление им губят цивилизацию.