Jak działa blockchain?

W ciągu ostatnich paru lat trudno uniknąć terminu „blockchain”. Jeśli 10 lat temu tylko osoby obeznane z technologią chciały wiedzieć, czym on jest, teraz termin ten rozprzestrzenił się wszędzie, ale mimo to większość z nas ma jedynie mgliste pojęcie o tej technologii. Odkryjmy, czym jest blockchain i jak działa. 

Czym jest Blockchain?

Zacznijmy od wyjaśnienia, czym nie jest, ponieważ większość osób, które wyruszają w podróż do świata blockchain i krypto, popełnia ten sam błąd. 

Blockchain nie jest językiem programowania, kodowaniem kryptograficznym ani frameworkiem Pythona czy innego języka. Co ważne, nie jest też tym samym co krypto, choć te pojęcia są ze sobą ściśle powiązane. 

Blockchain to zupełnie nowa technologia. Jest to szczególny rodzaj bazy danych z czasowo oznaczonym szeregiem niezmiennych danych, zarządzany przez sieć komputerów zamiast przez jeden scentralizowany podmiot. Wszystkie informacje są szyfrowane kryptograficznie. Blockchain jest zaprogramowany tak, aby nie dało się go zhakować. 

Blockchain często opisuje się jako technologię rozproszonego rejestru, gdzie przez rejestr rozumie się zbiór zapisów dotyczących transakcji. Na przykład komputer zapisujący operacje może pełnić rolę rejestru. Cały zestaw wszystkich rejestrów jest połączony w jedną sieć i zapisuje transakcje, którą można zaprogramować tak, aby śledziła praktycznie wszystko. Każda transakcja, począwszy od pierwszej, jest zapisywana na blockchainie na zawsze. 

Żadne dane w blockchainie nie mogą być kontrolowane przez centralny organ, a wszystkie operacje w sieci są widoczne dla wszystkich jej uczestników, podobnie jak arkusz online edytowany jednocześnie przez wiele osób. Jednak w blockchainie mówimy o tysiącach komputerów. 

Choć trudno jednoznacznie powiedzieć, kto stworzył blockchain, pierwszy opis tej technologii można znaleźć w książce Stuarta Habera i W. Scotta Stornetty „Journal of Cryptography”, opublikowanej w 1991 roku. Autorzy postrzegali tę technologię jako sposób na nadawanie znacznika czasu dokumentom cyfrowym w celu weryfikacji ich autentyczności.

Czym jest blok i jak przechowuje dane?

W przeciwieństwie do tradycyjnych baz danych, w których dane są przechowywane w kolumnach, tabelach lub plikach, wszystkie informacje w blockchainie są uporządkowane w połączone ze sobą sekwencje lub pakiety zwane blokami. Razem tworzą one łańcuch — ciągłą linię bloków. Każdy blok jest w zasadzie stroną rejestru z zapisanym określonym zestawem transakcji. 

Łańcuch bloków nie należy do centralnego komputera, lecz jest zarządzany przez węzły blockchain — komputery połączone w sieć peer-to-peer. 

Każdy blok ma trzy główne komponenty: 

• Dane — mogą się różnić w zależności od tego, do czego konkretnie używany jest dany blockchain. Mogą zawierać szczegóły dotyczące transakcji (dane, kwotę, odbiorcę i nadawcę), produktów (w łańcuchach dostaw) lub na przykład dokumentacji medycznej. 
• Hash — to funkcja kryptograficzna, która przekształca wszystkie dane wejściowe w ciąg liczb o stałej długości. Innymi słowy, jest to unikalny cyfrowy podpis identyfikujący blok i jego zawartość. 
• Hash poprzedniego bloku — to właśnie ten element tworzy blockchain; ponieważ każdy kolejny blok zawiera hash poprzedniego, sieć staje się bardzo bezpieczna. 

Jak działa blockchain?

Działanie blockchaina to proces wieloetapowy.

1. 1. Dwie strony decydują się wymienić jednostkę wartości, a jedna z nich wprowadza dane, aby zainicjować transakcję.  
2. 2. Transakcja zostaje uwierzytelniona przez technologię.  
3. 3. Na blockchainie tworzony jest nowy blok, który zawiera zestaw transakcji, w tym transakcję będącą przedmiotem operacji.
4. 4. Ten blok jest wysyłany do każdego węzła sieci.
5. 5. Upoważnione węzły weryfikują transakcję i jeśli jest poprawna, dodają ją do istniejącego blockchaina. Węzły mogą być określane jako górnicy (w sieciach Proof-of-Work) albo stakerzy (w blockchainach Proof-of-Stake). 
6. 6. Transakcja zostaje sfinalizowana poprzez rozpropagowanie aktualizacji w całej sieci.

Jak zabezpieczony jest Blockchain?

Z natury hasha w sieciach blockchain wynika ich niezmienność. Blok A wskazuje na blok B, blok B wskazuje na blok C i tak dalej. Ten system sprawia, że sfałszowanie jednego bloku bez zmiany całego łańcucha jest niemożliwe. Jeśli zmienisz cokolwiek w bloku, wpłynie to na jego hash, a następny blok, który miał wskazywać na poprzedni, stanie się nieważny. 

Jednak samo hashowanie nie wystarczyłoby do odpowiedniego zabezpieczenia sieci. Współczesne komputery są bardzo szybkie i potrafią obliczać tysiące hashy na sekundę, więc teoretycznie osoba o złych zamiarach może zmodyfikować hash jednego bloku, a następnie obliczyć i zmienić hashe kolejnych bloków, aby ukryć fałszerstwo. 

Mechanizmy konsensusu 

Aby zapobiec takim manipulacjom, każdy blockchain korzysta z określonego procesu walidacji, zwanego mechanizmem konsensusu. Oznacza to, że aby cokolwiek wydarzyło się w sieci, jej użytkownicy muszą osiągnąć porozumienie, czyli konsensus. 

Najpopularniejsze protokoły konsensusu to Proof-of-Work i Proof-of-Stake. W obu przypadkach węzły muszą sprawdzić, czy nowy blok spełnia wymagania wybranego mechanizmu zatwierdzania, aby mógł zostać dodany do łańcucha. Jeśli wymagania są spełnione, blok staje się częścią łańcucha, a węzły dodają kolejne. Jeśli konsensus nie jest możliwy, proces dodawania nowych bloków zatrzymuje się do czasu, aż przyczyna problemu zostanie odkryta i rozwiązana. 

Może się zdarzyć, że różne węzły uznają za poprawne różne bloki, a w takim przypadku najdłuższy łańcuch zostanie uznany za główny blockchain, a krótszy zostanie odrzucony. 

Proces nie trwa długo, ponieważ wszystkie obliczenia wykonują komputery. Na przykład w blockchainie Bitcoin obliczenie dowodu i dodanie bloku zajmuje około 10 minut. Częstotliwość walidacji jeszcze bardziej utrudnia manipulowanie aktywami. W ogromnych sieciach, takich jak Bitcoin czy Ethereum, które zawierają setki tysięcy bloków, manipulowanie łańcuchem jest niemal niemożliwe.  

Jedyny sposób, by duże blockchainy zostały sfałszowane, to sytuacja, w której ponad 51% uczestników procesu walidacji zdecyduje się przepisać rejestr. W takim przypadku będą mogli wprowadzać i zatwierdzać dowolne dane oraz robić z transakcją, co tylko zechcą, nawet wydać te same tokeny dwa razy albo usunąć je z łańcucha. 

Podsumowanie 

Technologia blockchain pozwala tworzyć niezawodne systemy do zapisywania dowolnego rodzaju danych i usuwa wszelkiego rodzaju pośrednictwo z tych operacji. Użytkownicy polegają wyłącznie na danych i technologii, aby zapewnić autentyczność informacji. 

Różne instytucje społeczne na całym świecie zaczynają rozumieć potencjał tej technologii i ją wdrażać. Jest ona wykorzystywana głównie do bezpiecznego przesyłania danych osobowych przez instytucje finansowe, rządy, sektor ochrony zdrowia oraz branżę technologiczną.