Статья, на которую можно ссылаться: что такое блокчейн
В 2017 году блокчейн стал предметом научного интереса, когда в Торонто открылся первый институт исследований блокчейна. Около 30 ведущих экспертов приступили к разработке различных проектов, связанных с этой технологией.
Блокчейн — это надёжный способ хранения данных о сделках, контрактах, транзакциях, обо всём, что необходимо записать и проверить. Сегодня блокчейн проник практически во все сферы жизнедеятельности, готов в корне изменить финансовую систему государства и в разы упростить работу среднего и крупного бизнеса. Блокчейн не секретная технология: в сети огромное количество статей о том, как он устроен и по какому принципу работает. Мы собрали самые интересные и нужные факты в одну статью, на которую можно давать ссылку, когда вас спросят: «Что же такое блокчейн?»
Эта технология начала завоёвывать внимание с 2008 года. Поначалу блокчейн ассоциировался лишь с криптовалютой Биткоин. Но кто-то вовремя разглядел его многофункциональность и большие возможности.
Принцип работы
Суть работы блокчейна как цепочки блоков можно сравнить с пазлом. Блок — массив данных, в него вносится информация о транзакциях, которые попали в сеть после создания предыдущего блока (примерно за последние 10 минут). Каждый новый блок данных крепится к предыдущему с помощью сложных математических алгоритмов, что позволяет скрепить эти блоки на века. Чтобы создать новый блок, необходимо вычислить его криптографический отпечаток (хеш), удовлетворяющий определённым условиям.
Этот процесс производится большим количеством разных компьютеров, работающих в одной сети, которые решают некую сложную криптозадачу, в ходе которой необходимо рассчитать хеш (выходные данные) заголовка блока в блокчейне. Другими словами, подобрать особый код, который позволит получить хеш, содержащий определённое количество нулей в начале этого хеша. Процесс поиска блоков называется майнингом. Когда задача решена, формируется новый блок, который нельзя ни удалить, ни изменить. Зато каждый пользователь сети может увидеть всю информацию, находящуюся в блокчейне. Как если бы вы собирали пазлы по онлайн-трансляции перед многомиллионной аудиторией.
На криптографических хешах держится вся надёжность и защищённость блокчейна. Хеш выдаётся системой в формате огромного числа. Для заданного набора данных хэш-функция даёт один хеш, который обладает двумя крайне важными свойствами:
- первое заключается в том, что, даже обладая ключом, нельзя узнать исходный набор данных;
- второе свойство — практически невозможно найти другой набор данных, дающий такой же хеш.
Это одно из главных правил технологии. Все данные блокчейн-блоков открыты для всех и всегда. Их легко проверить, легко отследить любое изменение информации. Поэтому вам не придётся гадать о том, насколько достоверны интересующие вас сведения — проверка их подлинности проста и доступна.
Техническая сторона более-менее понятна. А как это выглядит в реальном действии для обычных пользователей? Всем известно, как работает электронная почта. Представим, что одно письмо равно одной денежной единице, и мы можем отправить эти деньги конкретному адресату. Только, в отличие от электронной почты, у нас есть определённый лимит на письма (наличие денежных средств) и одно письмо мы можем отправить лишь одному адресату. После чего лимит наших писем сразу уменьшится, а информация об отправленном переводе зафиксируется как у отправителя, так и у получателя. При этом все письма надёжно защищены. Информацию о проведённой транзакции нельзя ни удалить, ни изменить. К тому же её видят все пользователи сети — адресаты вашей электронной книги.
Наше «письмо» может быть не только денежной единицей, но и ценной бумагой, акцией. Всем, чем угодно, что необходимо записать и проверить.
Блокчейн полностью децентрализирован, над ним не стоит никакой орган власти, который может запретить транзакции или заблокировать доступ к блокчейну. Не нужна никакая третья сторона для подтверждения передачи информации. Если мы передаем деньги, то необходимо подтверждение банка, если отправляем права на собственность, то требуется участие нотариуса. Блокчейн полностью исключает необходимость участия третьего доверенного лица.
Сегодня блокчейн перестаёт ассоциироваться с биткоином и становится самостоятельной технологией, которая ложится в основу новых приложений и систем. Эксперты уверены: как в своё время конные повозки уступили место автомобилям, так и блокчейн становится логичным эволюционным продолжением традиционных инструментов учёта. К тому же, если раньше о блокчейне говорили, как о хранилище данных, то теперь его возможности становятся гораздо шире, потому что он также может исполнять программы. Некоторые блокчейны позволяют каждому факту содержать мини-программу. В криптовалюте это можно проследить при совершении транзакций с условиями, например: пользователь А передаст пользователю B 12 BTC, если сегодня 15 апреля, 13:30.
В блокчейне нет магии, лишь математика. И всё же одно важное свойство этой технологии не перестаёт удивлять даже самых видных экспертов: возможности блокчейна ограничены лишь человеческой фантазией. Поэтому время покажет, на что ещё способен блокчейн.
Алгоритмы
2002 год. Америка. Агентство национальной безопасности США объявляет о создании хеш-функции SHA-2. Криптография выходит на новый уровень.
Пройдёт шесть лет, и алгоритм SHA-256 (один из видов SHA-2) ляжет в основу самой первой в мире криптовалюты, и до сегодняшнего дня останется той самой классикой, которую не истребят даже новомодные разработки.
Хеширование необходимо для того, чтобы преобразовать входные данные какой угодно длины в битовую или иначе выходную строку определённого размера. Происходит это преобразование благодаря хеш-функции или функции свёртки.
Применяется хеширование в различных приложениях, созданных для защиты информации. Не обошлось без хеш-функции и в блокчейне.
Чтобы закрыть блок, необходимо перебрать различные комбинации и подобрать правильный хэш. На первый взгляд, кажется, что хэш — это случайная последовательность букв и цифр. Но на самом деле это надёжная гарантия того, что, если в блоке изменится хотя бы один бит, каждый узел быстро узнает о попытке фальсификации истории транзакций.
Технически алгоритм SHA-256 работает так: исходное сообщение разбивается на блоки, затем каждый блок делится на 16 слов. Каждый блок сообщения алгоритм пропускает через цикл с 64 или 80 раундами. Результаты обработки каждого блока складываются, полученная сумма и является значением хеш-функции.
Для данного алгоритма необходимо мощное оборудование, тогда процесс будет эффективным. Сильное железо способно вычислять более 2 миллиардов хэшей в секунду. SHA-256 стал прототипом для самого массового алгоритма хеширования.
С целью противодействия вычислениям хеша на специализированном оборудовании (ASIC), был изобретён алгоритм хеширования под названием Scrypt. Его задача та же: найти хеш, только здесь упор сделан не на мощность оборудования, а на оперативную память и время, которое требуется для вычисления хеша.
Данный алгоритм во время производимых операций хранит в памяти более одной тысячи различных значений хэша. На выходе он комбинирует все значения и даёт конечный результат. Поэтому, по сравнению с SHA-256, здесь необходим большой объем памяти для вычисления scrypt-хэшей.
Есть и ещё один довольно популярный вид алгоритмов группы Х, и его разновидности Х15, Х13, Х11. Цифра после Х — это то количество последовательных функций, которые используются для вычисления блока. Эти алгоритмы достаточно часто используют различные форки криптовалют. Такие криптовалюты очень нравятся майнерам-любителям, так как эти криптовалюты можно майнить на видеокартах, без затрат на покупку специализированного оборудования.
Следующий алгоритм называется Blake. Как и SHA-2, BLAKE имеет два варианта: первый использует 32-битные слова, используемые для вычисления хешей длиной до 256 бит, а второй использует 64-битные слова, используемые для вычисления хешей длиной до 512 бит. Преобразование базового блока объединяет 16 слов ввода с 16 рабочими переменными, но между блоками сохраняется только 8 слов (256 или 512 бит).
На этом алгоритмы не заканчиваются, каждый год программисты придумывают что-то новенькое. Постепенно популярность набирают алгоритмы крипто 2.0: N-Scrypt, Scrypt-jane и CryptoNote.
Зачем так много и так часто? Создатели криптовалют стремятся создать алгоритмы, которые было бы трудно перевести на специализированное оборудование, ASIC. Мы в этом подходе видим сразу четыре потенциально слабых места:
- Асики всё равно делают, и уже сделаны асики под Скрипт и N-Скрипт;
- Ошибочно полагают, что таким образом можно избежать централизации. На самом деле в любом бизнесе, а майнинг это бизнес, централизация неизбежна;
- Алгоритмы, выполняемые на процессорах общего назначения, это неиссякаемый источник мотивации для вирусописателя-ботнетовода;
- Новые алгоритмы, созданные «на коленке», серьёзно не тестированы, какие там могут быть уязвимости и дыры, неизвестно.
Что такое PoW и PoS?
Каждому из нас хотя бы раз приходилось отчитываться о проделанной работе. Кто-то это делает постоянно, кто-то — от случая к случаю, но, так или иначе, если хочешь получить зарплату, докажи, что усердно работал. К чему бы вся эта демагогия? Так проще понять, что такое PoW.
Мы уже писали об одном потрясающем свойстве блокчейна — децентрализации. Чтобы подтвердить транзакцию или сделку, не нужна третья сторона. Но необходим особый алгоритм. Proof of Work или доказательство выполнения работы — принцип защиты распределённых систем от хакерских атак или спама. Главное назначение Proof of Work — проверить вычисления, произведённые при создании нового блока. Из-за того, что процесс вычисления блока сложен и случаен, нельзя точно предсказать, какой из майнеров решит задачу и закроет блок. Чтобы блок признали истинным, нужно, чтобы значение его хеша было меньше, чем текущая цель. Таким образом, каждый блок показывает, что была проделана работа по его нахождению.
В первой части мы писали, что все блоки имеют хеш предыдущего блока. Изменить какой-либо блок нельзя, но возможно создать новый. Для этого нужно найти все предыдущие блоки. Высокая сложность этого процесса и защищает блокчейн от хакерских атак и несанкционированных модификаций.
Для более простого понимания приведём пример: какой-то человек совершает сложную и долгую работу, затем результаты этой работы отправляет в систему на проверку. У этой системы есть специальный «шаблон проверок», благодаря которому правильность решения устанавливается за секунды. Важная особенность этого алгоритма заключается в разности затрат времени — большой срок запроса и быстрая скорость ответа. Очень долго что-то вычисляем, но быстро проверяем.
Но, помимо преимуществ, у алгоритма есть и недостатки. Главный минус — огромные затраты вычислительных мощностей. Многие видные обозреватели крипто и блокчейн технологий сравнивали PoW со страшным монстром, который день и ночь пожирает электричество.
Альтернативу долго ждать не пришлось. Многие майнеры возликовали, когда появился новый алгоритм под названием Proof of Stake, или, иначе, подтверждение доли. И здесь важны не мощность вашей техники, не количество затраченного времени, а баланс вашего кошелька. Это тот принцип, когда деньги делают деньги: чем больше денег у вас есть в кошельке, тем большую прибыль вы получите. Если приводить примеры, то PoW-модель — это когда вы идёте на работу и зарабатываете деньги (работник), а PoS-система — это когда вы свои сбережения кладете в надёжный банк и живёте на проценты (рантье).
Степень защиты от атак при PoS гораздо выше. Так как, чтобы провести атаку, нужно хорошенько потратиться. Но если купить 51% монет, то рынок отреагирует быстрым ростом цены. Кроме того, какой смысл делать атаку на сеть, если большая часть ресурсов атакующего вложены в виртуальные монеты этой же сети, и атака ударит по самому больному — по кошельку? Если у атакующего найдётся много средств, и он её произведёт, то он сам же и пострадает от атаки, поскольку это нарушит устойчивость криптовалюты. Минусы у Proof of Stake, к сожалению, тоже имеются.
Поэтому кому-то из гениев блокчейн сообщества пришла в голову идея — найти золотую середину, объединив два алгоритма Proof of Stake и Proof of Work.
Гибридная схема PoW + PoS
Ресурсы, расходуемые на хеширование блоков при алгоритме PoW, огромны и намного превышают мощности крупнейших суперкомпьютеров. К тому же PoW-криптовалюту можно атаковать, временно арендовав огромные вычислительные мощности.
PoS-криптовалюты потенциально уязвимы для других видов атак. К примеру, атакующий захотел создать форк блокчейна — более длинную альтернативную цепочку за счёт траты «несуществующих» ресурсов. К тому же он может получить поддержку других майнеров, ведь им также не придётся расходовать «подлинные» ресурсы.
С помощью форка атакующий может блокировать те или иные транзакции и производить атаки «двойного расхода». Подобные атаки могут делиться на ближние и дальние. При ближних атаках происходит замена большинства последних блоков, а в момент дальней атак атакующий может заменить всю историю сети.
Гибридный же механизм наиболее безопасен, поэтому и лёг в основу проекта Emercoin и ряда других.
При стандартной гибридной схеме блокчейн состоит из двух типов блоков. Одновременно ищутся как блоки PoW, так и PoS. «Доказательство работы» можно сравнить с пропускным пунктом, ведь в основном PoW используется для распределения новых монет. Подтверждение доли необходимо для защиты транзакций, то есть в качестве основного средства для генерации блоков транзакций.
Для успешной атаки на проект с гибридным механизмом атакующий должен иметь 51% всей вычислительной мощности сети и 51% всей денежной массы. Это создаёт для атакующего два барьера разной природы, которые и защищают сеть от компрометации.
Как мы уже упоминали, Emercoin имеет гибридный механизм консенсуса, но в нашем проекте упор больше сделан на PoS. По сути, Emer является PoS-криптовалютой, в которой механизм PoW оставлен по соображениям безопасности, и играет хоть и важную, но вспомогательную роль, а примерно 80% блоков закрываются именно PoS-ом.
Что такое блокчейн и зачем он нужен
В сознании среднестатистического пользователя само слово “блокчейн” (“цепочка блоков”) стало довольно тесно связано с термином “биткоин”, что двояко отразилось на восприятии.
С одной стороны, популярность биткоина вызывает интерес и к блокчейну, с другой стороны, в массовом сознании биткоин часто ассоциируется лишь с чем-то негативным, запрещенным и подвергаемым преследованию со стороны законодателей. Мол, зачем расплачиваться биткоинами, когда есть целый зоопарк электронных кошельков и банковских карт? Ясное дело – чтобы проворачивать какие-то темные делишки.
Блокчейн же – по сути всего лишь инструмент, с помощью которого можно хранить данные транзакций (база данных). А инструмент не может сам по себе быть заведомо хорошим или плохим: с помощью топора можно пойти и нарубить дров, чтобы согреться зимой и приготовить пищу, а можно взять тот же самый топор и сокращать народонаселение процентщиц в отдельно взятом городе. Инструмент – один и тот же, применение и последствия – разные.
Сфер применения можно найти множество, главное – чтобы существовал аналог сделки или подобного взаимодействия, партнерства между сторонами. Поэтому на технологии блокчейна сейчас работают биткоин и лайткоин, к блокчейну весьма активно присматриваются банки (осенью 2016-го Bank of America и Microsoft заявили о начале разработки финансовой блокчейн-платформы).
Первая же реальная сделка с реальными деньгами тоже состоялась осенью того же года – израильский стартап (Wave), британский банк (Barclays) и ирландский производитель молочки (Ornua) провели аккредитив на 100 000 долларов. И если ранее процесс занял бы неделю или более из-за бюрократии и проверки всех документов, то благодаря криптографии и автоматизированной верификации на все про все ушло около четырех часов.
21 декабря 2016-го сделку-аккредитив через блокчейн провели Альфа-Банк и S7.
ЦБ РФ вместе с крупными банками страны создали платформу “Мастерчейн”, цель – повысить прозрачность и эффективность существующих финансовых систем.
А Парламент ЕС в принципе задумался о реализации выборов в органы государственной власти с помощью блокчейна.
Учитывая масштаб применения и уровень игроков, которые уже начали использовать технологию в деле, считать блокчейн каким-то странным подозрительным новшеством, о котором все забудут через некоторое время, уже нельзя.
Насколько это все безопасно?
Главные преимущества использования блокчейна – это прозрачность проводимых транзакций и множественное копирование всех этих транзакций таким образом, что у каждого участника процесса всегда есть информация о каждом шаге всех партнеров.
Если попробовать описать это попроще – представьте себе большую общую папку на FTP. Вы видите все ее содержимое (никаких скрытых файлов), вы можете быстро посмотреть, кто и в какие подпапки загружал файлы. Какие именно файлы, когда и для кого.
Но при этом у всех разный доступ к данным файлам. Кто-то может лишь наслаждаться видами и просматривать список файлов в каждой папке. А кто-то (адресат конкретного файла) может скачивать данные себе. Причем никто другой не сможет получить доступ к файлу – только тот, кому он предназначался.
Или, например, большой электронный кошелек с открытой статистикой. Вы видите, что на счет поступило 50 000 рублей от пользователя А для пользователя Б. Пользователь Б через час перевел их куда-то еще в системе. При этом сами пользователи, скрывающиеся за А и Б, могут быть как анонимными, так и вполне себе идентифицированными – зависит от самой платформы и цели ее создания. Все участники цепи могут наблюдать за перемещением средств, но доступ к самим средствам будет только у пользователя с необходимыми правами (Б). Остальные же в данном случае выполняют роль наблюдателей.
Это обеспечивает должный уровень открытости сделки – вся цепочка транзакций дублируется и хранится в неизменном зашифрованном виде у каждого участника, не получится как-то подделать ее.
Блокчейн децентрализован, нет какого-то одного общего “командного центра”, взломав который получится уничтожить все данные о сделке и ее участниках или подменить их.
Например, если проводилась транзакция, в которой участвовали 100 человек, то эта блокчейн-цепочка останется рабочей и доступной для просмотра даже в том случае, если 99 компьютеров других участников будут испорчены. Ведь по сути каждое звено блокчейн-цепи – это своеобразный полный бекап данных всех транзакций всех остальных участников на это звено.
Взлом одного из таких компьютеров никак не скажется на сохранности данных на остальных (как и на их изменении).
Блокчейн сейчас и в будущем
Вполне возможно, что сейчас – именно то время, когда технология проходит обкатку вживую на весьма значимых областях общественной жизни, и в скором времени мы увидим все больше и больше проектов и платформ, использующих блокчейн. Уже сейчас банки пытаются активно внедрять это у себя (в том числе и для снижения операционных расходов), на рынке появляются все новые и новые игроки, стремящиеся популяризовать использование технологии.
Новые проекты на блокчейне будут основываться на его главных преимуществах – открытости, защищенности, безопасности.
Поэтому блокчейн станет хорошим подспорьем для любых сервисов, где пользователи могли переживать о возможном мошенничестве или о сохранности данных:
- микроплатежи
- банковские операции
- логистика
- юриспруденция
- медицина
Всего за несколько лет блокчейн уже прошел путь от новинки в технологическом мире до инструмента, которым начинают пользоваться крупные банки, корпорации и государства.
Что только укрепляет уверенность в том, что в будущем технология раскроет свой потенциал еще сильнее.
Немного о нас
Мы принимаем участие в развитии блокчейна с 2011 года (основание BitFury) и будем рады делиться с вами последними наработками и новостями.
Первые эксперименты с использованием центральных и графических процессоров для майнинга мы начали 6 лет назад, в 2011, в рамках разных проектов. Год спустя было решено сосредоточить усилия на одном – BitFury. В 2014-м майнинг был развернут уже в 3 странах (Финляндия, Исландия, Грузия) на собственном оборудовании. Планируем построить дата-центр и на территории США.
Несколько интересных проектов, которые мы уже успели осуществить к текущему моменту:
чип по 28-нанометровой технологии
Пришел на замену нашему специализированному 55-нанометровому чипу. Новый чип работал с потреблением 0,2 Джоуля на гигахэш.
16-нанометровый чип
Мы начали внедрять его в собственных дата-центрах. Данный чип уже потреблял 0,06 Джоуля на гигахэш, производительность же составляла 184 гигахэша в секунду (иммерсионное охлаждение) и 140 – при воздушном.
Большие возможности блокчейн открывает и для государственных органов – весной 2016-го мы начали работы над проектом земельного кадастра на основе блокчейна для Грузии. Помимо того, что использование блокчейна повысит уровень безопасности и весьма ускорит процесс дистанционного оформления документов, это также должно снизить и стоимость регистрации прав на землю, причем довольно ощутимо – в среднем с 50-200 $ до 5-10 центов.
За 2014 и 2015 нам удалось привлечь инвестиции в трех раундах по 20 миллионов долларов, что на тот момент являлось примерно половиной всех мировых инвестиций в развитие биткоина.
На сегодня же BitFury – один из крупнейших майнеров и создателей блокчейн-платформы. Мы собираемся и дальше сохранять лидерские позиции и активно продвигать блокчейн-технологии.
Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы о блокчейне в целом или каком-то из наших продуктов в частности (BlockBox, 16нм ASIC-чип, блокчейн и государство) – пишите в комментариях, мы ответим в следующих постах.
Блокчейн: как он работает, и почему эта технология изменит мир
Портал Spectrum, который освещает новости в мире технологий, опубликовал материал о блокчейн. В этой статье рассказано, какие есть подводные камни в работе технологии и почему её нельзя использовать повсеместно. Мы подготовили русскоязычную адаптацию этой статьи.
Развитие технологии
Биткоин был придуман как акт неповиновения. Криптовалюта появилась вскоре после мирового экономического кризиса и рекламировалась, как средство от несправедливости и коррумпированности традиционной финансовой системы. Создатели были уверены, что когда биткоин станет более популярным, он будет конкурировать с реальными деньгами и в конечном итоге вытеснит те институты, которые привели к кризису.
Неофициальный лозунг биткоина: «Верим в криптографию», прямо говорит о том, кто виноват в проблемах экономики: посредники, банкиры, «доверенные» третьи стороны, которым на самом деле нельзя доверять. Эти люди просто создают проблемы другим, уменьшая прибыль и усложняя транзакции.
Биткоин стремился заменить услуги, предоставляемые этими посредниками с помощью специального кода и криптографии. Когда человек оплачивает ипотеку, между его банком и другими финансовыми организациями в фоновом режиме происходит ряд операций, благодаря которым деньги снимаются со счёта пользователя. Банк может поручиться, что с деньгами всё хорошо, так как он хранит информацию о том, куда и как была потрачена каждая копейка со счета.
Биткоин и другие криптовалюты заменяют эти фоновые операции и транзакции при помощи программного обеспечения — распределенной и защищенной базы данных, называемой блокчейном. При этом процесс смены владельцев токена биткоина контролируют множество компьютеров. Право на использование криптовалюты может быть передано абсолютно любому человеку, независимо от его национальности и места проживания.
Спустя 8 лет после создания блокчейна, технологию пытаются применить к процедурам и процессам не связанным с передачей денежных средств.
Может ли блокчейн связать людей, которые сдают жильё, с путешественниками и предложить сторонам прозрачную платформу для оплаты? Может ли блокчейн выступать в качестве хранилища и площадки для воспроизведения фильмов, шоу и других цифровых средств массовой информации, сохраняя при этом отчисления и передавая их создателям контента? Может ли блокчейн автоматически проверять авиарейсы и выплачивать компенсации путешественникам, чьи самолёты не вылетели вовремя?
Если это так, то технология блокчейн поможет избавиться от Uber, Netflix и, например, страховых компаний.
Это не предположения, а лишь некоторые вещи, которые сейчас строятся на Ethereum — блокчейн-платформе, которая дистанционно размещает программное обеспечение на распределенной компьютерной системе, называемой Ethereum Virtual Machine. Блокчейн Ethereum, на котором работает криптовалюта эфир, на данный момент наиболее открыт для экспериментов.
Но эта открытость не всегда играет на руку. Новые схемы блокчейна создаются каждый день, в том числе и крупнейшими техническими корпорациями. Microsoft предлагает своим клиентам инструменты для экспериментов с криптовалютой в своем облаке Azure. IBM, Intel и другие сотрудничают с хабом Hyperledger — открытой платформой для разработки бизнес-ориентированных блокчейнов. Крупнейшие банки, — те самые, которых хотели вытеснить создатели криптовалюты, — придумали свою версию технологии, пытаясь опередить тенденции.
И даже биткоин, который работает на первом и самом успешном блокчейне, модернизируется для приложений, о которых его создатели никогда не мечтали.
Но ни один блокчейн не может похвастаться массовым использованием. Никакая концепция или стратегия еще не привела к революции ни в одной отрасли. Биткоином пользуется не более чем 375 000 человек в мире в день.
Какие блокчейн-платформы сохранятся, а какие начнут медленно опускаться на дно? Чтобы сделать какой-либо прогноз, нужно понять, что такое блокчейн и логически соотнести его с биткоином.
Как работает блокчейн
В 2009 году анонимный хакер (или группа хакеров), под псевдонимом Сатоши Накамото, создал первую цифровую валюту. В этой системе деньги были лишь инструментом учета, методом абстрагирования стоимости, назначения собственности и предоставления средств для совершения сделок.
Для выполнения этих функций исторически использовались денежные средства. Обладание физическими токенами — монетами, позволяет людям лично заключать сделки между собой. Наличные деньги достаточно трудно скопировать, поэтому нет необходимости в полном учете того, кому принадлежит определенная часть денежной массы.
Тем не менее, если создать таблицу, в которой указано, кому и сколько принадлежит денег, монеты и купюры станут ненужными. Банки и обработчики платежей уже частично сублимировали физическую валюту в цифровые записи, отслеживая и обрабатывая транзакции в своих закрытых системах.
Биткоин завершил преобразование, создав единый универсальный цифровой регистр, называемый блокчейном. Эта технология получила такое название, потому что похожа на цепь — внести в неё изменения можно только в конец блоков. Каждое новое дополнение содержит набор новых транзакций. Например, если Саша заплатит Юле за биткоин, эта транзакция появится в конце цепи. А в блоках до этого будет указано, что Саше заплатил Миша, а Мише Оля.
Блокчейн для биткоина, в отличие от книг бухгалтерского учёта, которые ведут традиционные финансовые учреждения, расположен на компьютерах по всему миру. Эти данные доступны для всех, у кого есть подключение к интернету. Майнеры, — владельцы компьютеров, на которых хранится информация блокчейна, — отвечают за обнаружение запросов транзакций от пользователей, их объединение, проверку и добавление в блокчейн в виде новых блоков.
Процесс валидации устанавливает, что человек фактически владеет биткоинами после транзакции, и что он еще не потратил их в другом месте. Собственность в блокчейне определяется двумя криптографическими ключами. Первый ключ находится в блокчейне в открытом доступе. Второй доступен только его владельцу. Такие ключи используются для шифрования электронных сообщений. Когда кто-то отправляет зашифрованное сообщение, он использует открытый ключ. Получатель при открытии письма использует закрытый ключ и расшифровывает сообщение.
В технологии блокчейн транзакции подписываются при помощи закрытых ключей, соответствующих открытым ключам, присвоенным монетам, которые хотят потратить. И когда транзакция обрабатывается, этим монетам присваивается новый открытый ключ.
Когда в оформлении операции участвует несколько лиц, становится важен вопрос необратимости. Если бы блокчейн управлялся одним банком с набором известных валидаторов, работающих в рамках одной юрисдикции, то выполнение транзакций было бы простым делом.
Но для биткоина нет центрального банка, обеспечивающего соблюдение правил. Майнеры работают анонимно во всем мире, несмотря на разнообразие культур, различие правовых систем и нормативных обязательств. Поэтому нет способа привлечь их к ответственности. Необратимость операции обеспечивает код биткоина. Он использует схему, которая называется доказательством работы.
Как доказательство работы делает технологию блокчейн надёжной
Для того чтобы создавать новые блоки, майнерам необходимо владеть всей информацией о транзакциях. Они конкурируют между собой, так как майнер, первым создавший блок, получает оплату за эту услугу. Вопрос в том, что мешает майнеру удалить предыдущие транзакции в блокчейне. Хотя он и не сможет таким образом украсть монеты, зато сможет совершить одну и ту же транзакцию несколько раз. Например, оплатить товар, а после этого удалить информацию о транзакции.
Чтобы это избежать, у всех майнеров в сети должна быть одинаковая копия блокчейна.
Когда майнер, добавляет новый блок, он должен предоставить криптографическое доказательство транзакции. Чтобы получить доказательство, майнер проводит блок через несколько раундов хэш-функции — вычисления, которое берет часть данных произвольного размера и переводит их в бессмысленную буквенно-цифровую строку с фиксированной длиной, которая называется хешем. Чтобы сделать процесс более надёжным, алгоритм блокчейн требует, чтобы полученный хеш начинался с определенного количества нулей. Невозможно заранее предсказать, какой хеш будет выдавать заданный набор данных, поэтому майнеры запускают вычисления снова и снова, каждый раз вставляя случайное число в набор данных. Когда это число изменяется, возникает новый хэш. В итоге майнеры получают правильное количество нулей.
Майнер, который находит правильный хеш, отправляет блок другим майнерам. Они его проверяют и добавляют к полной версии блокчейн, содержащуюся на их компьютерах.
Это можно сравнить с закрыванием двери. Предположим, у человека есть замок, и набор ключей, один из которых может его закрыть. Он должен попробовать все ключи, прежде чем найдёт правильный. И после этого оставить его в замке, чтобы другие могли проверить, что ключ подходит.
Майнеры тратят свои средства на поддержку сети — покупают оборудование и платят за электроэнергию. Чтобы изменить блок в блокчейне и провести одну и ту же транзакцию дважды, им придётся потратить в два раза больше своих денег, поэтому обманывать становится невыгодно.
Кроме того, с каждым новым блоком возрастает стоимость изменения предыдущих. Новые блоки хранят хеш стоящего перед ними блока. Любые изменения в старых блоках приведут к недействительным хэшам для всех последующих блоков. Следовательно, невозможно вставить фиктивные модификации в предыдущий блок без повторения всей работы, которая была выполнена после этого блока. Если провести аналогию с замками, получится, что замок в конце цепи связан со всеми предыдущими. Если изменить замок в середине цепи, придётся искать новые ключи для каждого замка после него.
Получается, что майнеры предоставляют дорогостоящие доказательства, а затем получают деньги за свою работу. Таким образом Сатоши создал первую жизнеспособную одноранговую цифровую валюту. Но он также решил более общую проблему, которая на протяжении десятилетий беспокоила ученых. Биткоин, который за 8 лет ни разу не отключался от сети на длительный период, надежно стимулирует майнеров выполнять работу добросовестно, обеспечивая единую сеть. В итоге получается защищённая, постоянно растущая цепочка данных, которую любой, у кого есть подключение к интернету, может проверять и дополнять.
Как использовать блокчейн в других сферах
Технология блокчейн может быть полезна не только для совершения транзакций. Практически сразу после появления биткоина, люди начали думать, как применить эту технологию в других сферах. Когда майнеры проверяют транзакции, они запускают небольшие программы, которые обрабатывают и предоставляют необходимые для транзакции данные. Но что, если запустить более сложные программы, например, программное обеспечение для социальных сетей? Или использовать блокчейн для предоставления данных для онлайн-форумов?
Эти идеи появились сразу после создания биткоина, но только спустя несколько лет, девятнадцатилетний студент из Торонто внёс вклад в их развитие. В 2013 году Виталик Бутерин разработал совершенно новую технологию под названием Ethereum. Благодаря ей блокчейн можно было использовать не только для совершения транзакций.
В отличие от биткоина, Ethereum использует мини-программы, называемыми смарт-контрактами. Они могут быть написаны с неограниченной степенью сложности. Пользователи могут взаимодействовать с программами, отправляя им транзакции с инструкциями, которые затем обрабатывают майнеры.
Это означает, что любой может встроить программу в транзакцию и быть уверенным в том, что она останется неизменной и доступной для цепочки блоков. Теоретически, с Ethereum можно заменить Facebook, Twitter, Uber или любую другую цифровую службу новыми версиями, которые были бы прозрачны, неуязвимы для цензоров и не требовали вмешательства человека.
Что такое распределённый реестр
Параллельно с попытками Бутерина использовать технологию для создания компьютера, охватывающего весь мир, развивалась идея закрытой и контролируемой версии блокчейна. В сентябре 2014 года группа финансовых институтов, в том числе Barclays, Goldman Sachs и JP Morgan сформировала консорциум под названием R3 для изучения того, как блокировки могут повысить эффективность расчётов между банками.
Открытая структура блокчейнов, таких как биткоин и Ethereum, противоречит потребностям этих организаций. В первую очередь вызывает вопросы анонимность пользователей, данные которых представлены буквенно-цифровыми общедоступными адресами, без указаний их реальной идентичности. Банковское законодательство в США и других странах запрещает такую анонимность. «Мы должны знать, кто участники и контрагенты находящиеся на этих платформах», — говорит Тим Свансон, директор по исследованиям рынка в R3.
Финансовые учреждения также юридически обязаны защищать данные о клиентах и контролировать их экспорт по национальным или региональным линиям. Учитывая, что публичные блокчейны содержат всю информацию о транзакциях на многих компьютерах в сети, невозможно ограничить цепочку хранения при их использовании.
Таким образом, появился подход распределённого реестра к технологии блокчейн. В распределённом реестре известна идентификация людей, добавляющих блоки, а данные в системе доступны только для избранных сторон. Поскольку право создавать новые блоки назначается людьми, которые запускают код, а не лотереей, нет необходимости проверки работы майнеров.
Такая система предназначена для ситуаций, когда все участники блочной цепи уже имеют небольшую степень доверия, но хотят выполнить услуги для нейтральной третьей стороны, как это может быть в случае с банками при урегулировании международных банковских переводов.
В прошлом году проект R3, который недавно привлек $107 млн из более чем 40 учреждений, выпустил свой первый распределённый реестр Corda. И у него уже появился конкурент: JP Morgan, который покинул консорциум R3 прошлой весной, выпустил свой собственный реестр, получивший название Quorum.
Подход работы с распределённым реестром также распространяется в другие отрасли, которые хранят конфиденциальные данные клиентов. Многие из этих проектов построены с помощью инструментов, предоставляемых Hyperledger. Он создает продукты для компаний, которые хотят работать со смарт-контрактами, но не решаются использовать открытые блокчейны, такие как Ethereum и биткоин.
«Люди должны понимать фактические проблемы и нормативные требования, которых должны придерживаться такие организации, как банки, страховые компании и отрасли здравоохранения. Они не могут позволить себе риск и неопределенность, которые внедряются некоторыми открытыми системами», — говорит Джонатан Леви, создатель системы управления доступом к блокчейнам Hacera.
Как будут работать смарт-контракты
Независимо от того, какой вариант блокчейна победит, смарт-контракты потребуют целого ряда поддерживающих технологий. Эти дополнительные технологии в настоящее время разрабатываются. И они будут очень важны для расширения технологии блокчейн.
«Как только у нас появятся смарт-контракты, возникнет целый ряд проблем», — говорит Ари Джуэлс, содиректор IC3 Корнеллского университета. Эти проблемы делятся на несколько категорий.
Во-первых, блокчейны не смогут хранить много данных. Это будет проблемой для многих проектов, которые, например, предлагают хранить и передавать потоковое видео. Им просто напросто не хватит места для хранения.
Технология блокчейн записывает входы и выходы каждой монеты в сеть, а также содержимое дополнительного поля, которое позволяет провести до 40 байтов метаданных для каждой транзакции. Это все.
Еще одна проблема блокчейна заключается в том, что технология сама по себе не знает, что происходит в реальном мире. Это важно в случае, если смарт-контракт — это система страхования авиабилетов. Блокчейн должен знать, когда самолет взлетает или приземляется, а для этого нужно запрашивать данные веб-сайтов.
В идеале разработчики будут создавать блокчейны для хранения и доступа к данным с учётом слабых сторон — уязвимости к цензуре и возможности отмены блокировок. Для этого нужно тщательно рассмотреть, каким «доверенным сторонам» можно фактически доверять.
Проблема хранения данных может быть решена с помощью распределенных служб обмена файлами, таких как децентрализованная система облачных хранилищ, протоколов Labs Interplanetary Database или Storj Labs. Это системы, которые позволят людям во всем мире получить дополнительное пространство на своих жестких дисках. Такие схемы будут работать для системы смарт-контрактов на основе блокчейна, поскольку данные будут храниться на нескольких компьютерах по всему миру и всегда будут доступны.
Импортировать данные в режиме реального времени можно будет при помощи «оракулов». Это службы, которые получают оплату за надежный запрос данных в реальном времени и подачу их на смарт-контракты блокчейн.
В IC3 Джелус разработал систему обеспечения защищенного датафида для смарт-контрактов Town Crier. Она защищает вводимые в блокчейн данные от подделки. Процесс работы построен на использовании доверенного программного обеспечения на процессорах Intel.
Финансирование
Чтобы перевести все современные услуги на технологию блокчейн, нужны большие деньги на технику и исследования
Вопрос в том, как получить финансирование на проект, который уничтожит многие крупные корпорации. В идеале нужно создать открытые блокчейны, как Ethereum, и доверить хранение данных тем людям, которые его создали. В таких условиях компания не может выжить из бизнес-модели, которая собирает и продает поведение браузера, историю покупок или данные о местоположении. Также компании блокчейн не могут полагаться на ограниченное владение своей интеллектуальной собственностью, поскольку программы находятся в открытом доступе.
Тем не менее, уже появился потенциальный механизм финансирования для блокчейнов — Initial coin offering или ICO. Он оказался чрезвычайно прибыльным, хотя и юридически сомнительным.
Например, человек решил использовать приложение. Но он не может расплатиться обычной валютой, ему нужно купить специальные монеты для этого приложения, которые заранее выпустили на рынок, и расплатиться ими.
В реальном мире это бы работало так: кто-то открыл прачечную и выпустил билеты, которыми можно оплатить стирку. Владелец заранее продаёт все билеты людям, а они потом, при необходимости, перепродают их другим.
На сегодняшний день более полумиллиарда долларов вложено в продажу токенов, и в последнии месяцы эти цифры только растут. Например, блокчейн Tezos в июле установил рекорд, собрав более 200 миллионов долларов через ICO.
Из-за таких огромных инвестиций появились жалобы пользователей на лицемерие создателей биткоинов. «Создатели блокчейнов, которые продвигают эти схемы, на самом деле демонстрируют всю скупость и алчность, приписываемую ими стандартным финансовым услугам и поддерживаемым правительством валютам, — говорит Престон Бирн, соучредитель Monax Industries — открытой платформы для разработчиков блокчейнов, — когда деньги начинают течь в их направлении, они становятся такими же небрежными в отношении общественности, которой они когда-то были».
Другие утверждают, что ICO, как новый класс инвестиционных инструментов, столь же разрушителен, как и финансируемые приложения.
«Деньги не являются корнем зла. Равенство является корнем зла», — говорит Джоэл Монегро — создатель Placeholder — нового фонда, посвященного технологиям блокчейн.
Он считает, что предоставление основателям и сотрудникам капитала компании побуждает их накапливать богатство, а не использовать его для улучшения своих продуктов.
С другой стороны ICO — не только финансовый инструмент, но и средство доступа к технологии блокчейн. Из этого следует, что чем больше людей используют услугу, тем больше будет спрос на токен, необходимый для доступа.
«Мой стимул заключается не в том, чтобы извлечь больше прибыли, а в том, чтобы больше людей использовали приложение, потому что стоимость токена зависит от стоимости использования услуги. Вы полностью переворачиваете стимулы», — говорит Монегро.
В Соединенных Штатах использование ICO, вероятно, подходит к концу. В конце июля Комиссия по ценным бумагам и биржам США предупредила о том, что многие ICO попадают в категорию ценных бумаг и поэтому должны работать по определённым правилам.
«Времена изменились и очень быстро. Некоторые из ранних последователей биткоина испытывали трудности с финансами три и четыре года назад, но держались за свои убеждения и свои монеты и очень хорошо сейчас себя чувствуют, — говорит Джонатан Леви, создатель Hacera, — нам по-прежнему необходимо, чтобы биткоин и Ethereum работали в более крупных масштабах, поэтому предприятиям необходимо децентрализовать данные и обеспечить их конфиденциальность. Сейчас мы сталкиваемся с новой задачей: учитывая огромные суммы вложенных денег, еще предстоит выяснить, сколько старожилов и новичков останется верными делу и продолжат работать, чтобы изменить мир с помощью технологий, которые уже изменили их».
«C чем это едят»: что такое блокчейн
Блокчейн — это многогранная, молодая и набирающая популярность технология. Её многогранность в первую очередь обуславливается тем, что она стоит на пересечении сразу нескольких научных дисциплин и сфер деятельности.
Например, распределенных вычислений, макроэкономики и даже теории игр — методы теории игр находят широкое применение в математическом аппарате криптовалют, стимулируя различные действия участников.
В сегодняшнем материале мы посмотрим, что же такое блокчейн, затронем особенности его работы и совершим небольшой экскурс в историю.
/ изображение DennisM2 PD
Блокчейн представляет собой распределенную учетную книгу записей о событиях в цифровом мире. Ключевой составляющей блокчейна является журнал транзакций, а сами транзакции — это единственный способ изменить состояние реестра.
Транзакция может выполниться либо до конца, либо не выполниться никак («зависание» операции в промежуточном состоянии недопустимо). При этом записи в журнал транзакций могут вноситься только с согласия большинства участников сети.
Важной особенностью журнала транзакций в блокчейне является его неизменность. Это свойство означает, что нельзя незаметно удалить транзакцию из журнала или добавить новую в его середину.
Свойство неизменности достигается за счет приемов криптографии, а не за счет доверия к организации или людям. Два простейших криптографических алгоритма, используемых в блокчейне, — это хеш-функции и электронные подписи, обеспечивающие целостность транзакций и отвечающие за авторизацию.
Хотя блокчейн и является распределенной системой, а формировать транзакции может каждый узел, это не означает, что все участники блокчейн-сети равноправны — почти в любой реализации этой технологии введено распределение ролей на валидаторов (участников, пишущих транзакции в журнал), аудиторов и легких клиентов. Причем, такое разделение справедливо не только для приватных блокчейнов, но и для открытых блокчейнов, например биткойна.
С глобальной точки зрения, блокчейн представляет собой сеть для обработки транзакций с набором правил («протокол»), следуя которым участники могут прийти к общему видению журнала транзакций и установить состояние сети в определенный момент времени. При этом блокчейн децентрализован: даже если существенная часть узлов выпадет из работы на продолжительное время или будет взломана, система все равно продолжит работать.
/ Сеть продолжит работу, даже если часть узлов будет взломана
Децентрализованная, открытая и математически обоснованная природа блокчейна позволяет людям и организациям минимизировать риски взаимодействия между собой и проводить P2P-транзакции, исключая посредников. Еще это положительно сказывается на безопасности.
Классические хакерские атаки, которые способны нанести урон крупным централизованным банковским системам, оказываются нереализуемыми, или во всяком случае мгновенно обнаружимыми, в блокчейн-среде.
Если злоумышленник захочет взломать определенный блок в цепи, то ему придется взломать и все предшествующие ему блоки. При этом модифицировать придется все журналы сети, количество которых может достигать тысяч или даже миллионов (если брать в расчет легкие клиенты).
/ Нельзя изменить историю транзакций, не сделав некорректными все последующие блоки, распределенные по сети
Далее, мы в общих чертах рассмотрим, как работает блокчейн биткойна и как происходит обработка блоков. Чтобы отслеживать все проводимые транзакции в сети, они объединяются в блоки.
Отметим, что блок представляет собой набор цифровых транзакций, которые были сформированы за последние 10 минут (однако стоит добавить, что включение зависит от комиссии в транзакциях и других параметров, поэтому в блок могут входить не все транзакции за последние N минут).
Заголовок блока включает в себя свой хеш, хеш предыдущего блока, хеши транзакций и дополнительную служебную информацию. В системе биткойн первой транзакцией в блоке всегда указывается получение комиссии, которая станет наградой майнеру, решившему блок.
При решении блока транзакций майнеры вычисляют его хеш. Он представляет собой случайную последовательность цифр и букв и является гарантией того, что если в блоке данных изменится хотя бы один бит, каждый узел быстро сможет узнать о попытке фальсификации истории транзакций. Блокчейн биткойна использует алгоритм шифрования SHA-256.
Созданный блок будет принят остальными участниками сети, если числовое значение хеша заголовка равно или ниже определенного числа, величина которого периодически корректируется. Уровень сложности адаптируется к суммарной вычислительной мощности майнеров. Это осуществляется путем обновления порогового значения каждые 2016 блоков, что происходит примерно раз в две недели.
Так как результат хеширования (функции SHA-256) необратим, алгоритма получения желаемого результата не существует — эта операция выполняется случайным перебором. Обычно требуется большое количество пересчетов.
Когда вариант найден, узел рассылает полученный блок другим подключенным узлам, которые проверяют его. Если ошибок нет, то блок считается добавленным в цепочку, а следующий блок включает в свой заголовок его хеш. Таким образом, цепочка блоков содержит историю владения, с которой можно ознакомиться, например, на специализированных сайтах.
Немного истории
Предпосылки для зарождения блокчейна были заложены еще 20–30 лет назад. Этому способствовало появление связанных штампов времени (англ. linked timestamping) — сбора транзакций в блоки и связывания их при помощи хеш-функций, а также распределенных вычислений — принципов построения сетей, устойчивых к падениям и злонамеренному поведению узлов.
Не менее важную роль в этом сыграло появление электронных денег, когда знаменитый криптограф Дэвид Чаум (David Chaum) запустил первое практическое приложение — DigiCash (оно, правда, не получило широкого распространения, в отличие от биткойна).
Первым блокчейном считается криптовалюта биткойн, которая и поныне остается самым популярным блокчейном по экономическим и техническим показателям.
Начало технологии заложил некто Сатоши Накамото (Satoshi Nakamoto), опубликовавший в 2008 году статью о принципах работы биткойна. Сам блокчейн биткойна был заложен в январе 2009 года.
Биткойн уверенно рос в популярности и привел к появлению альтернативных блокчейнов. Альтернативы начала 2010-х (например, Litecoin) строились на основании кода биткойна и мало чем от него отличались. Затем появились криптовалюты с совершенно новой функциональностью. Примером может служить конфиденциальность платежей для Monero и zCash).
К блокчейну весьма активно присматриваются банки. Например, осенью 2016 года Bank of America и Microsoft заявили о разработке финансовой блокчейн-платформы.
В то же время состоялась первая реальная сделка с реальными денежными средствами — израильская компания Wave, банк Британии Barclays и ирландский производитель молочной продукции Ornua провели аккредитив на 100 тыс. долларов. Применение блокчейн-технологии позволило сократить время проведения операции с нескольких недель до четырех часов.
В России блокчейн также находит применение. 21 декабря прошлого года сделку-аккредитив через блокчейн провели «Альфа-Банк» и S7, а ЦБ РФ совместно с крупными банками страны реализовали платформу «Мастерчейн», целью которой является повышение эффективности существующих финансовых систем.
По данным финансово-технологической консультационной фирмы Aite, в 2015 году мировые банки потратили порядка 75 млн долларов на блокчейн-технологии. К 2019 году эта цифра обещает вырасти до 400 млн долларов.
Более того, появилась возможность использовать блокчейн не только для реализации электронных денег, но и для выполнения произвольных распределенных вычислений (смарт-контракты). Идея в том, что за счет выполнения логики на тысячах узлов к ней образуется доверие, основанное на математических законах.
Такие возможности открыли дорогу блокчейну в корпоративную среду. ИТ-гиганты вроде IBM, Intel и Microsoft начали внедрять технологию в свои продукты. Также создаются внутриотраслевые и межотраслевые консорциумы (R3, Hyperledger, PTDL Group), занимающиеся блокчейном и распределенными реестрами.
На технологию обратили внимание и исследователи, которые видят потенциал в различных сферах деятельности: финансовой сфере, здравоохранении, интернете вещей. Появляются все новые и новые игроки, стремящиеся популяризовать использование блокчейна, например, парламент ЕС задумался о реализации выборов в органы государственной власти с его помощью.
Можно с уверенностью сказать, что новые проекты на блокчейне будут основываться на его главных преимуществах — открытости, защищенности, безопасности. Поэтому блокчейн станет хорошим подспорьем для любых сервисов, где пользователей волнуют проблемы мошенничества и сохранности персональных данных.