«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.

    P.S. В наших следующих постах мы подробнее поговорим о криптографических алгоритмах, используемых в блокчейнах, алгоритмах консенсуса, а также рассмотрим, что такое смарт-контракты и как они используются.

    P.P.S. Компания BitFury принимает участие в развитии блокчейна с 2011 года, и мы будем рады делиться последними новостями блокчейн-среды и своими наработками. Если вам интересно, то можете обратить внимание на следующие материалы:

    Bitfury Group 94,57
    Cофтверные и хардверные решения на Blockchain
    Поделиться публикацией
    Комментарии 10
    • 0
      Да когда же корпоративные маркетологи уже перестанут объяснять на хабре что такое блокчейн?
      • –1
        Причем, как мне кажется, эти маркетологи слегка лукавят в своих объяснениях превосходства блокчейна.

        Цитата: Идея в том, что за счет выполнения логики на тысячах узлов к ней образуется доверие, основанное на математических законах.

        Я согласен, что можно доверять математическому аппарату, когда регистрируемое событие — это результат вычисления по некоторому алгоритму внутри системы, как биткоин или любая другая коин.

        А вот когда говорят, что мол блокчейн заменит нотариусов, будет регистрировать сделки с имуществом и т.д., когда регистрирует внешнее к алгоритму событие — у участников сети нет никаких способов проверить его достоверность в момент регистрации.

        Вот как раз этот момент никогда не раскрывается в подобных статьях.
        • +5
          А вот когда говорят, что мол блокчейн заменит нотариусов, будет регистрировать сделки с имуществом

          Уже заменил. Например, вот пилотный проект с земельным кадастром в Грузии. Реализует BitFury
          • 0
            Ну может и хорошо, но очень не понятно.

            Как раз этот момент нигде никакие маркетологи не описывают.
            Передавать право собственности путем добавления новых записей в реестр — это более или менее понятно.
            ОДНАКО, как система может знать у кого какая собственность есть? Эти данные первоначально должен в систему кто-то внести, правильно? А кто? Нотариус? Или служба юстиции? По какой процедуре вносятся первоначальные сведения о собственнике в систему? По какой процедуре удаляются сведения из системы (ну упал на дом метеорит, нет больше дома и нет собственности, а я тут собрался как они пишут со смартфона нажатием кнопки передать собственность 3-му лицу)?

            Есть четкая граница между цифровым миром блокчейна и мир реальных вещей.
            Внутри цифрового мира блокчейна с транзакциями все нормально, они там происходят и подтверждаются математически. А вот как сопоставлять факт из реального мира вещей цифровому факту — нет четкого понимания и похоже нет решения.

            • 0

              Боюсь тут чудес не бывает, это вопрос доверия, та же высокая стоимость Биткоина основана именно на нем, на нем же основана ценность доллара и любой другой сущности, не обеспеченой материально.
              Даже материальные объекты могут иметь совершенно различную ценность в зависимости от обстоятельств.
              Поэтому если вокруг блокчейна складывается сообщество, которое активно следит за тем, чтобы все записанное в транзакциях было отражено на реальную жизнь, то есть основания доверять такому блокчейну.

              • –2
                Ну тогда не нужно акцентировать, что блокчейн «решает все проблемы» и «мир обойдется без посредников».
                • +1

                  Посредник в данном случае превращается в бездушную машину с определенными алгоритмами, обеспечивающими такую степень доверия, которую ни одно общество не сможет гарантировать.

                  • –2
                    Да нет никакого доверия, пока нет достоверного способа фиксации фактов реального мира в системе цифрового мира.

                    Для виртуальных денег рожденных внутри системы это может работать. И да, тут мы можем им верить или не верить, как верят или не верят доллару.

                    Но для регистрации событий реального мира внутри системы цифрового мира уже обязательно понадобится уполномоченное доверенное лицо имеющее право вписывать транзакции в блокчейн.

                    Если уж выше заговорили про нотариальные заверения и кадастр… Если человек выстроил на участке земли трехэтажный дом, которого там раньше не было, то измерить этот дом может только БТИ и сведения затем подаются в юстицию. Возможно она и может сделать запись в общем реестре. У остальных участников сети нет никаких способов проверить истинное наличие дома и его площадь. А ведь недобросовестный чиновник может за взятку приуменьшить площадь дома, чтоб хозяин меньше платил налога на имущество или еще какую махинацию. Остальные не заметят и не проверят, хоть и блокчейн.
                    • +3
                      пока нет достоверного способа фиксации фактов реального мира в системе цифрового

                      Т.е. всем компаниям и пользователям Хабра нужно закрыть блоги и ничего не публиковать, пока решение всех потенциальных проблем по всем вопросам на всех уровнях не выработано?

                      ¯\_(ツ)_/¯
      • –1
        Ха Ха
        Элементарно Ватсон!
        Берешь родившегося ребенка, в провинции или выдумываешь сам (так давно уже делают жулики в США)
        И начинаешь проводить по всем этим БЛОКЧЕЙНАМ чере 10 лет у тебя куча реальных учетных записей несуществующих людей.
        И что дальше ??

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое