Что такое блокчейн? Объясняем простыми словами

Блокчейн — это децентрализованная технология хранения информации, которая используется в криптовалютах и в других онлайн-приложениях. Она реализуется в виде цепочки блоков, каждый из которых содержит набор транзакций и подписей, а также хеш от предыдущего блока. Это делает блокчейн неизменным и защищенным от внесения изменений без согласия всех участников сети.

Технология блокчейн предлагает решение для проблемы доверия между участниками сети, поскольку все участники имеют доступ к полной истории транзакций, что делает подделку или изменение данных невозможным. Это позволяет создать систему, которая работает без необходимости в третьей стороне или посреднике.

Структура и дизайн блокчейна

Структура и дизайн блокчейна могут варьироваться в зависимости от конкретного варианта использования и требований, но, как правило, они включают:

Блоки

Это набор данных, содержащий набор транзакций и уникальный хэш. Блок включает ссылку на хеш предыдущего блока, создавая цепочку блоков или блокчейн. Эта цепочка хранится одновременно в разных местах и содержит данные обо всех переводах. Чтобы подделать транзакцию в одном блоке, надо изменить все следующие за ним файлы, что практически невозможно.

Транзакции

Блокчейн транзакции — это записи об обмене ценностями между двумя или более сторонами. В блокчейне транзакции группируются в блоки и добавляются в цепочку.

Узлы (ноды)

Узлы или ноды — это компьютеры, на которых работает программное обеспечение, необходимое для поддержания сети блокчейна. Они добывают новые блоки, подтверждают или отменяют транзакции, передают данные по сети и хранят копии всей цепочки блоков. В качестве ноды может выступать любой человек установивший необходимое программное обеспечение блокчейна.

Алгоритмы консенсуса

Алгоритм консенсуса — это принцип работы блокчейна, которые обеспечивают безопасность сети и согласованность данных между узлами. Это необходимо для поддержания целостности и безопасности блокчейна. Благодаря этим принципам система не нуждается в администраторах и центральных хранилищах. Алгоритмы консенсуса подтверждают правильность информации в каждом блоке системы.

Разработчики предлагали множество алгоритмов консенсуса, но самыми популярными стали те, в основе которых лежит:

• Доказательство работы — Proof-of-Work или PoW;
• Подтверждение доли — Proof-of-Stake или PoS.

Хеш-функции

Хеш-функции — это криптографические алгоритмы, преобразующие данные в строку символов фиксированной длины. В блокчейне хеш-функции используются для создания уникального хэша для каждого блока и для защиты блокчейна от несанкционированного доступа. Хеш-функция является обязательной частью любого блокчейна.

Входные данные называются «ключом», а результат работы хеш-функции — ряд знаков, называется «хешем». Майнеры вычисляют хеш, чтобы открыть новый блок, получить вознаграждение и поддержать работу системы.

Например, в блокчейне Биткоина роли ключей играют ряды из 64 знаков, в которых есть цифры и буквы A, B, C, D, E, F. Хеш-функция Биткоина кодирует єти 64-значніе ключи с помощью алгоритма шифрования SHA256. Такой же алгоритм генерирует адреса биткоин-кошельков.

Никому еще не удавалось взломать эту модель шифрования. С учетом того, что каждый новый блок сети содержит данные предыдущих блоков, кража или подтасовка информации в блокчейне практически невозможна. В обозримом будущем реальной угрозой для безопасности децентрализованных систем могут стать квантовые компьютеры.

Криптографические подписи

Криптографические подписи — это математические функции, используемые для проверки подлинности транзакции. Они генерируются с использованием закрытого ключа и могут быть проверены с помощью открытого ключа.

Структура блокчейна может также включать различные функции, такие как смартконтракты. Смартконтракты представляют собой контракты, автоматически выполняющие соглашения между покупателем и продавцом. Все данные записываются непосредственно в код, а также шифруется с закрытым/открытым ключом, что обеспечивает безопасную связь и передачу данных.

В целом, структура и дизайн блокчейна направлены на обеспечение безопасной и децентрализованной системы хранения и передачи информации, обеспечивающей доверие между сторонами без необходимости в посредниках.

Виды блокчейнов

Публичные блокчейны

Публичные или общедоступные блокчейны являются децентрализоваными, их не контролируют никакие организации или лица, а пользователи могут оставаться анонимными. У публичного блокчейна есть несколько преимуществ. Любой, у кого есть подключение к интернету, может им пользоваться. Все транзакции записываются и не могут быть изменены. Кроме того, сеть безопасна — слишком много узлов, чтобы злоумышленник мог получить контроль над децентрализованной сетью.

Низкая пропускная способность — один из самых больших недостатков публичных блокчейнов. Это связано с попыткой достичь консенсуса с разрозненной группой пользователей. Другой недостаток — высокое потребление электроэнергии, которую публичные блокчейны потребляют, когда пользователи добывают криптовалюту в сети.

Наиболее популярными примерами публичного блокчейна являются Bitcoin и Ethereum. Оба блокчейна имеют открытый исходный код, который может просмотреть и использоваться каждый пользователь.

Приватные блокчейны

Частный блокчейн — тип сети блокчейнов, в которой доступ к сети ограничен и закрыт для публики. В отличие от публичных блокчейнов, которые открыты для участия и проверки транзакций любым пользователем, частные блокчейны обычно используются организациями для определенных целей. Например, для управления цепочкой поставок, финансовых транзакций или обмена данными.

В частном блокчейне сеть поддерживается консорциумом организаций или отдельных лиц, и только утвержденным участникам разрешено присоединяться к сети и подтверждать транзакции. Участники должны иметь разрешение сетевого администратора на присоединение, а также должны соответствовать определенным критериям, таким как наличие необходимых технических навыков или выполнение определенных бизнес-требований.

Частные блокчейны предлагают несколько преимуществ по сравнению с публичными блокчейнами — более высокую скорость транзакций, большую масштабируемость и дополнительные возможности настройки. Они также обеспечивают безопасную и контролируемую среду для конфиденциальной информации.

Блокчейн-консорциумы

В блокчейн-консорциуме сеть управляется группой организаций, которые работают вместе для проверки транзакций и обслуживания сети. Эти организации могут включать предприятия, государственные учреждения или другие организации. Также имеют разную степень контроля над сетью в зависимости от своей роли и уровня доверия в консорциуме.

Блокчейн-консорциумы предлагают компромисс между прозрачностью публичных блокчейнов и конфиденциальностью частных блокчейнов. Они обеспечивают более безопасную и контролируемую среду, чем общедоступные блокчейны, сохраняя при этом уровень децентрализации и доверия в сети.

Гибридные блокчейны

Гибридные блокчейны представляют собой разновидности сети, которая имеет элементы как приватных, так и публичных блокчейнов. Они сочетают в себе безопасность и прозрачность общедоступных блокчейнов с контролем и конфиденциальностью частных блокчейнов.

В гибридной цепочке блоков некоторые части сети могут быть открыты для общественности для проверки транзакций, в то время как у других блоков может быть ограниченный доступ.

Гибридные блокчейны обеспечивают более высокий уровень масштабируемости и эффективности по сравнению с публичными блокчейнами и дают возможность настраивать сеть в соответствии с конкретными бизнес-требованиями.

Как работает блокчейн?

Вот как работает блокчейн на высоком уровне:

Транзакции

Транзакция — это любой обмен ценностями, такими как деньги, активы или данные, между двумя сторонами. В сети блокчейн транзакции группируются в блоки.

Блоки

Каждый блок содержит группу транзакций и уникальный код, называемый «хешем», который идентифицирует блок и его содержимое. Как только блок заполняется транзакциями, он добавляется к существующей цепочке блоков.

Проверка

Прежде чем блок будет добавлен в цепочку блоков, он должен быть проверен и подтвержден участниками сети, известными как «узлы» или ноды. Процесс проверки называется консенсусом, и он гарантирует, что транзакции в блоке действительны и что состояние цепочки блоков обновляется соответствующим образом.

Децентрализация

Ключевой особенностью блокчейна является его децентрализованный характер. Сеть блокчейна распределена по многим узлам, и ни один узел не имеет контроля над сетью. Это позволяет создать более безопасную и прозрачную систему, поскольку в ней нет центральной точки отказа или контроля.

Неизменяемость

После добавления блока в цепочку блоков его нельзя изменить или удалить. Это делает блокчейн неизменной записью всех транзакций, которые произошли в сети.

Таким образом, блокчейн — это безопасная и прозрачная система для записи транзакций между несколькими сторонами без необходимости в центральном органе или посреднике. Блокчейн технологии используют децентрализованную сеть узлов для проверки транзакций, которые затем добавляются в неизменяемую цепочку блоков.

Сферы применения блокчейна

Технология распределенного реестра имеет широкий спектр возможностей. Помимо применения технологии блокчейн в криптосфере, ее уже активно используют в медицине, образовании и даже логистике. Рассмотрим эти и другие области применения подробнее:

Логистика

Блокчейн можно использовать для создания защищенной от несанкционированного доступа записи обо всех транзакциях, происходящих в цепочке поставок, что повышает эффективность, подотчетность и прозрачность.

Медицина

Блокчейн можно использовать для безопасного хранения и управления электронными медицинскими картами, а также для отслеживания распространения лекарств для обеспечения их подлинности и безопасности.

Недвижимость

Технология помогает оптимизировать процессы покупки, продажи и управления недвижимостью путем создания защищенной от несанкционированного доступа записи обо всех транзакциях.

Цифровая идентификация

Блокчейн можно использовать для создания безопасных и защищенных от несанкционированного доступа цифровых идентификационных данных, помогая защитить личную информацию и предотвратить кражу личных данных.

Это некоторые из многих потенциальных применений технологии. Поскольку блокчейн продолжает развиваться и совершенствоваться, вероятно, что вскоре найдутся новые области его применения.

Плюсы блокчейна

Целостность данных

Технологии блокчейн разработаны таким образом, что любой блок или даже транзакция, которая добавляется в цепочку, не может быть отредактирована, что в конечном итоге обеспечивает высокий уровень безопасности.

Свобода от цензуры

Технология блокчейн считается свободной от цензуры, поскольку она не контролирует какую-либо одну сторону, а имеет концепцию надежных узлов для протоколов проверки и консенсуса, которые утверждают транзакции с использованием смарт-контрактов.

Возможность легкой проверки

Технология блокчейн используется для децентрализованного хранения информации, поэтому каждый может проверить правильность информации, используя доказательство с нулевым разглашением, посредством которого одна сторона доказывает правильность данных другой стороне, не раскрывая ничего о данных.

Распределение

Поскольку данные блокчейна часто хранятся на тысячах устройств в распределенной сети узлов, система и данные обладают высокой устойчивостью к техническим сбоям и вредоносным атакам.

Минусы блокчейна

Хотя технология блокчейна имеет много преимуществ, у нее также есть некоторые недостатки, которые нужно учитывать:

Масштабируемость

В настоящее время блокчейны могут обрабатывать только ограниченное количество транзакций в секунду (TPS). Блокчейн Биткоина может обрабатывать от 3 до 7 TPS, а Ethereum — 13-15 TPS. Для решения проблем с масштабированием сети Ethereum используют решения второго уровня (Layer 2), которое способно обрабатывать десятки тысяч транзакций в секунду. К L2-блокчейнам относятся: Polygon, Arbitrum, Optimism и другие.

Сложность

Базовая технология блокчейна сложна для людей, далёких от мира технологий. Это может стать препятствием для ее массового внедрения.

Потребление энергии

Процесс проверки транзакций в блокчейне, известный как «майнинг», достаточно энергоёмкий.