Что такое блокчейн? Устройство, понятия, примеры работы технологии

Блокчейн – технология, которая на глазах меняет наш мир. Что нужно знать о блокчейне? Прежде всего, то, что это основа криптовалют во всем их множестве, но этим блокчейн далеко не исчерпывается. Блокчейн делится на разные типы, выполняет разные функции и имеет разные преимущества. Разберемся, как работает блокчейн, и попутно узнаем историю его возникновения и выясним дальнейшие перспективы этой технологии.

Блокчейн для чайников: простое объяснение

Блокчейн – это цепь блоков информации, где каждый последующий блок содержит информацию о всех предыдущих, просто в сильно упакованном виде. Если еще проще – блокчейн как матрешка. Все матрешки меньшего размера надежно упакованы внутри самой большой. Пользователи во всем мире с помощью своих компьютеров, серверов и майнинг-ферм постоянно создают новые блоки, как бы продолжая упаковывать нашу матрешку в новые оболочки. Такая распределенная совместная работа называется майнингом. Алгоритм майнинга — основа каждого блокчейна. Поскольку майнингом сегодня занимаются множество людей, блокчейн перестает быть просто технологией, но становится частью социума. Причем такого социума, в котором все на равных – ведь блокчейн технологии в большинстве своем децентрализованы, то есть не имеют руководящего центра. Такие равные взаимоотношения внутри сети называются пиринговые или P2P (от англ. peer to peer). Информация внутри блокчейна истинна, неизменна и необратима – ее невозможно изменить задним числом, подправить или подделать (наши матрешки надежно упаковываются друг в друга). То есть блокчейн — это особый вид базы данных, в которую можно только лишь вносить информацию (а не удалять или изменять).

Где находится блокчейн?

Блокчейн – это распределенная система хранения информации. Это означает, что нет какого-то одного места, в котором расположено главное ядро этой технологии.  Каждый пользователь, загрузив специальное программное обеспечение, становится узлом сети блокчейн. Этот узел содержит всю сеть (то есть всю цепь блоков, упакованных друг в друга, помните наших матрешек?) и взаимодействует с экземплярами сети на других компьютерах. Взаимодействие позволяет синхронизировать всю сеть на всех компьютерах, благодаря чему обеспечивается четкая последовательность блоков. Таким образом блокчейн находится в экосистеме, которая может состоять из сотен, тысяч или десятков тысяч объектов, которые запускают и синхронизируются с одной и той же копией базы данных. Это делает сеть защищенной и круглосуточно доступной.

Какие есть виды блокчейна?

Блокчейн-технологии вовсе не сводятся к одним только платежным системам криптовалют. Нередко блокчейн путают с биткойном – эта путаница возникла из-за того, что впервые блокчейн как технология был применен в октябре 2008 года с запуском криптовалюты Биткойн.

На сегодняшний день существуют такие виды блокчейна:

1. Публичный блокчейн (public blockchain). Самый популярный на сегодняшний день тип блокчейна, подразумевающий полную публичность и доступность всей информации всем пользователям. Этот тип блокчейна используется для большинства криптовалют.
2. Приватный, или частный, блокчейн (fully private blockchain). Здесь все действия сети отслеживает и контролирует централизованный орган управления. Такой блокчейн удобен для работы крупных предприятий.
3. Блокчейн консорциума (consortium blockchain). Как можно понять из названия, таким типом блокчейна управляет консорциум. Например сеть блокчейна для нескольких предприятий в одной отрасли.

Как работает блокчейн?

Теперь посмотрим на вопрос о технологии блокчейна чуть детальнее.

Итак, основа каждого блокчейна — это алгоритм вычисления очередного блока в последовательной цепи. Такое вычисление называется майнингом.  Алгоритм майнинга принимает некие данные (текст, числа или любая другая цифровая информация), обрабатывает их методом криптошифрования и выдает результат. Этот результат называется «хэш».

Что такое хэш?

Хэш – это в буквальном смысле шифровка, он выглядит как набор знаков, который невозможно декодировать. Это также называется односторонней функцией, означающей, что если у вас есть только выходные данные, вы не сможете рассчитать, что было на входе. Таким образом, кстати, обеспечивается безопасность хранения данных в системе. Хеши используются для связывания блоков между собой и записи подтвержденных транзакций со штампом времени, что в комплексе называется блокчейн.

Что такое узлы (ноды, nodes)?

Каждый майнер, выполняющий алгоритм блокчейна на своем вычислительном устройстве, является узлом сети, то есть нодом (это калька с англ. node). Майнером может быть как один человек, так и целая майнинговая ферма.

Что такое блок?

Блоком в программировании называется часть кода, которая воспринимается как единое целое. В системе блокчейн блок – это группа законченных вычислений, которая содержит список недавних транзакций, и завершенная хэшем, который представляется на проверку консорциумом всех участников сети. Отсюда возникат такое характерное для блокчейна явление, как блок-кандидат. Это такой блок, который был вычислен майнером, но еще не проверен всей сетью.  Проверка и одорбрение сети нужно для того, чтобы майнер мог получить вознаграждение за блок. Таким образом, блок-кандидат может быть описан как временный блок, который будет либо подтвержден, либо отброшен сетью. Майнеры соревнуются друг с другом, чтобы подтвердить следующий блок и добавить его в блокчейн, но сначала они должны создать блок-кандидат, чтобы принять участие в соревновании майнеров.

Что такое транзакция?

Транзакция – это действие внутри блокчейна по пересылке информации, причем любой, будь то криптовалюта или какие-нибудь файлы. Дело в том, что большинство блокчейнов устроены как цифровая бухгалтерская книга, просто перемещенная в децентрализованный регистр. Поэтому любое действие – это транзакция, которая требует участия криптографического алгоритма, главная задача которого, это запись всех транзакций в последовательном и зашифрованном порядке. Все участники сети (ноды) задействованы в процессе проверки и подтверждения транзакций в соответствии с правилами системы.

Что такое POW?

POW (Proof-of-Work) – «подтверждение работой», это условное название схемы подтверждения очередного добытого блока консенсусом пользователей. Это самая проверенная схема достижения консенсуса среди пользователей, но она не является единственной в своем роде.

Что такое POS?

POS (Proof of Stake) –  «подтверждение вкладом», это новый алгоритм консенсуса в блокчейне, призванный решить проблемы самого популярного алгоритма – Proof of Work. По мере того, как сеть блокчейна Биткойн росла, стала накапливаться трудоемкость решения отдельных вопросов. Проще говоря, майнинг стал очень трудным делом, и стал возможен только в пулах (когда майнеры объединяются, чтобы достигать результата сообща). На смену ему пришел форгинг (или форджинг), где вероятность подтверждения добытого блока связывается с вкладом, или долей (стейком) в криптовалютный актив. Основными преимуществами алгоритма Proof of Stake также является энергоэффективность и безопасность.

Что такое токен?

Токен в криптомире является некой учетной единицей. Он не равен криптовалюте. Скорее это цифровой актив. Токены представляют собой неизменяемую запись в блокчейн-цепочке и для управления ими нужны смарт-контракты. Поэтому основная часть существующих на сегодняшний день токенов была сформирована на протоколе блокчейн Ethereum. В 2021 году начался мощный рост популярности токенов как разновидности ценных бумаг, что привело к появлению особой токен-экономики. Сегодня токенизации подлежит практически все – от предметов искусства (даже Эрмитаж выпустил свои токены) и материальных объектов (например, коллекционного оружия) до виртуальных характеристик игрового персонажа.

Преимущества технологии блокчейн

Популярность и востребованность технологии блокчейн говорит сама за себя. Криптовалюты и весь хайп, которое творится вокруг них – только самая верхушка айсберга. Наверное, главное преимущество блокчейна можно выразить так: анонимность и распределенность. Правда стоит заметить, что все преимущества блокчейн также являются его недостатками (во всяком случае, основой для критики этой технологии).

Анонимность

Публичные блокчейны являются общедоступными, это означает, что вам не нужно проходить процедуру аутентификации, прежде чем стать участником данной экосистемы. Это позволяет действовать свободно. Однако анонимность в некоторых типах блокчейна может быть разрушена в случае, если удастся сопоставить анонимный аккаунт и реального человека. Ведь все транзакции анонимного пользователя видны всем участникам сети, и деанонимизация затронет полностью всю историю транзакций этого человека.
Неизменяемость данных

Данные в блоках сохраняются в неизменяемом виде – в этом суть блокчейна. Но и тут есть исключения. Если большинство участников сети решит внести изменения, может быть осуществлен так называемый хард форк. То есть вся сеть вернется к состоянию в котором можно сделать изменение и начнет свое развитие заново с этой точки. Так произошло в сети Etherium.

Цифровая свобода

Децентрализация и равноправие, заложенное в блокчейне позволяет свободно выбирать взаимодействия. Это ценный инструмент сопротивления финансовому контролю.

Безопасность

Блокчейн как система криптошифрования не имеет единой точки отказа, что повышает безопасность. То есть ни один человек единолично не может взломать систему.

Краткая история блокчейна

Технология блокчейн сегодня в топе и у всех на слуху, однако сама технология не такая уж и новая. Идея полностью реплицированной распределенной базы данных (которой собственно и является блокчейн) появилась еще в 90-х годах XX века. Начало XXI века уже вовсю было проникнуто идеей децентрализации, когда ряд финансовых кризисов глобального масштаба подтолкнул мировой рынок к необходимости стабилизированной системы, лишенной уязвимости, которую несет в себе централизованное управление. На первый план в мировой экономике выходит доверие, которое обеспечивается равной и независимой долей участия в глобальных процессах. В 2002 году была сформулирована концепция децентрализованного доверия в сетевой системе. В 2005 году была предложена система bitgold  — блокчейн подобная система с верификацией POW.

Когда появился Биткойн?

В 2008 году Некто по имени Сатоши Накамото опубликовал манифест биткойна (его еще называют whitepaper биткоина), где прописал основные правила взаимодействия участников сети и принцип криптографического алгоритма. Вообще технология блокчейн – это плод трудов множества разных ученых в области компьютерных технологий, но только Сатоши Накамото считается создателем системы. В итоге, в 2009 биткоин был запущен с использованием настоящей технологии блокчейн, и с тех пор начал неуклонное шествие к вершинам своей славы. Но сначала мало кто слышал о нем, а те, что слышали, воспринимали его скорее как диковинку из мира гиков. Биткойн стоил тогда совсем мало.

Биткойн – самый известный пример блокчейна

Широко о биткойне, и соответственно, технологии блокчейн, начинают говорить в 2014 году, когда инновации блокчейна привлекли внимание серьезных инвесторов, и тут уж началось – новости из мира криптотехнологий взорвали общественное сознание и привлекли огромное количество желающих осваивать блокчейн и зарабатывать на нем. Стоимость биткойна уверенно пошла в рост и с тех пор не перестает удивлять.

Что такое технология blockchain2.0?

Технология блокчейн развивается — в 2015 был запущен новый проект, использующий технологию blockchain2.0. Сегодня этот проект всем известен как серебро криптомира, Ethereum или эфир. Эфериум использует систему блокчейн, построеную по принципу proof-of-stake (POS), что делает ее более гибкой и быстрой по сравнению с первым поколением блокчейна, реализованного в Биткойне. Технология смарт-контрактов, действующая в сети Ethereum, сегодня стала необыкновенно востребованной. Смарт-контракты – это программы, которые устанавливаются поверх блокчейнов, чтобы управлять обусловленным перемещением токенов. В 2017 году блокчейн и его продукты окончательно закрепились на мировом рынке и в сознании широкой аудитории как ценный актив. В это время криптовалюты стали возникать повсеместно и многие из них до сих пор в тренде.

Блокчейн сегодня и завтра – перспективы технологии

Без сомнения, перспективы у технологии блокчейн огромные. Надежность блокчейна и его долговечность в качестве передовой технологии человечества не вызывает сомнений.

Помимо криптовалютной сферы, стоит упомянуть другие сферы применения блокчейна:

• Банковское дело
• Юридические сделки
• Торговля недвижимостью
• Кибербезопасность
• Удостоверения личности
• Авторское право
• Токенизация предметов искусства и других объектов интеллектуальной собственности
• Гейминг
• Здравоохранения
• Государственное управление

Огромное значение технология блокчейн оказывает и будет оказывать на сферу человеческого общения и работы. Уже сейчас запускаются значимые социальные прокты, благотворительные фонды, основанные на этой технологии. Существуют коворкинги и рабочие пространства.

Кроссчейн и сайдчейн – что это?

Чтобы ответить на вопрос, что такое кроссчейн и сайдчейн сперва нужно сказать пару слов о том, что такое метавселенная. С развитием технологии блокчейн возникает понятие параллельного мира, метавселенной, где привычные нам товары и услуги заново перестраиваются на основании принципа анонимности, истинности и децентрализации, присущего блокчейну. Растущий блокчейн образует сегодня целый сложный комплекс разветвленных алгоритмов вычисления, проникающий практически во все сферы человеческой деятельности. Но не все линии блокчейна могут взаимодействовать напрямую между собой, что очень неудобно, поскольку затормаживает жизнь этого нового мира. Например конвертация биткойна в эфир возможна только при помощи дополнительных вычислительных мощностей. Взаимодействие и связь в единую метавселенную обеспечивают новые алгоритмы вычислений, известные как кроссчейны (или бриджчейны). В качестве примера можно привести проекты Avalanche или Polkadot.

Сайдчейны – это новые ветки цифровой эволюции, развивающиеся пока параллельно, и возникшие как ответ на какие-либо проблемы в классическом блокчейне. Пример сайтчейна – проект MimbleWimble.

Самые популярные проекты на технологии блокчейн

Конечно же, самый популярный и мегаизвестный проект на основе блокчейна – это Биткойн. Но о нем и так немало сказано, и потому мы в качестве иллюстрации приведем несколько других проектов.

Ethereum

Второй по популярности в криптомире проект. Криптовалюта Эфир называется «серебром» криптомира. Особенностью Этериума является использование смарт-контрактов и алгоритма доказательства доли (POS, англ. Proof-of-Stake).

NEM

Расшифровывается эта аббревиатура как New Economy Movement (новое движение экономики). Этот проект блокчейна написан на JavaScript. Особенностью NEM является формирование блокчейна с использованием алгоритма доказательства важности (POI, англ. Proof-of-Importance).

Avalanche

На сегодняшний день Avalanche является самой быстрой платформой смарт-контрактов в индустрии блокчейна. Это передовая технология, призванная решить накопившиеся проблемы классического блокчейна Биткойна, а именно недостаточную скорость и тяжеловесность майнинга.  Аваланч работает на протоколе proof-of-stake  и является кроссчейном, то есть может быть посредником между разными типами блокчейна.

Ripple

Это криптовалютная платформа для различных платежных систем, ориентированная на операциях с обменом валют без возвратных платежей. Начала работать в 2012 году. Время подтверждения транзакции в Ripple составляет всего четыре секунды (для сравнения: в сети эфириума этот показатель превышает две минуты, а для биткойна обычно это более одного часа).

Polkadot

Проект Polkadot это кросс-блокчейн для передачи любых типов данных или активов. Polkadot имеет беспрецедентную экономическую масштабируемость, расчитанную на перспективу стать единым полем для криптоэкономики.