Как работает блокчейн?

В последние пару лет трудно избежать термина «блокчейн». Если 10 лет назад только технически подкованные люди интересовались, что это такое, то теперь этот термин распространился повсюду, но все равно большинство из нас имеет лишь смутное представление об этой технологии. Давайте разберемся, что такое блокчейн и как он работает. 

Что такое блокчейн?

Начнем с того, чем он не является, поскольку многие, кто начинает путь в мире блокчейна и криптовалют, совершают одну и ту же ошибку. 

Блокчейн — это не язык программирования, не криптографическая кодировка и не фреймворк Python или какого-либо другого языка. И что важно, это не то же самое, что крипта, хотя эти термины тесно связаны. 

Блокчейн — это совершенно новая технология. Это особый вид базы данных с помеченными временем последовательностями неизменяемых данных, которая управляется сетью компьютеров, а не одним централизованным органом. Вся информация криптографически зашифрована. Блокчейн запрограммирован так, чтобы его было невозможно взломать. 

Блокчейн часто объясняют как технологию распределенного реестра, где под реестром понимается набор записей о транзакциях. Например, компьютер, который фиксирует операции, может быть реестром. Вся совокупность всех реестров объединена в одну сеть и записывает транзакции, для отслеживания которых можно запрограммировать практически что угодно. Каждая транзакция, начиная с самой первой, навсегда записывается в блокчейн. 

Никакие данные в блокчейне не могут контролироваться центральным органом, а все операции в сети видны всем участникам сети, как в онлайн-таблице, которую одновременно редактируют многие люди. Но в блокчейне речь идет о тысячах компьютеров. 

Хотя точно сказать, кто создал блокчейн, сложно, первое описание технологии можно найти в книге Stuart Haber и W. Scott Stornetta «Journal of Cryptography», опубликованной в 1991 году. Они рассматривали технологию как способ ставить временные метки на цифровые документы, чтобы подтверждать их подлинность.

Что такое блок и как он хранит данные?

В отличие от традиционных баз данных, где данные хранятся в столбцах, таблицах или файлах, вся информация в блокчейне организована в связанные между собой последовательности или пакеты, называемые блоками. Вместе они образуют цепочку — непрерывную линию блоков. Каждый блок по сути является страницей реестра с определенным количеством записанных транзакций. 

Цепочка блоков не принадлежит центральному компьютеру, а управляется узлами блокчейна — компьютерами, объединенными в peer-to-peer сеть. 

У каждого блока есть три основных компонента: 

• Данные — могут различаться в зависимости от того, для чего именно используется конкретный блокчейн. Они могут содержать сведения о транзакциях (данные, сумма, получатель и отправитель), товарах (в цепочках поставок) или, например, медицинских записях. 
• Хэш — это криптографическая функция, которая преобразует все входные данные в строку чисел фиксированной длины. Другими словами, это уникальная цифровая подпись, которая идентифицирует блок и его содержимое. 
• Хэш предыдущего блока — именно эта часть и делает блокчейн блокчейном; поскольку каждый следующий блок содержит хэш предыдущего, сеть становится очень надежной. 

Как работает блокчейн?

Работа блокчейна — это многоэтапный процесс.

1. 1. Две стороны решают обменять единицу стоимости, и одна из них вводит данные, чтобы инициировать транзакцию.  
2. 2. Транзакция проходит аутентификацию с помощью технологии.  
3. 3. В блокчейне создается новый блок, который включает набор транзакций, среди них и рассматриваемую транзакцию.
4. 4. Этот блок отправляется каждому узлу сети.
5. 5. Авторизованные узлы проверяют транзакцию, и если все корректно, добавляют ее в существующий блокчейн. Узлы могут называться майнерами (в сетях Proof-of-Work) или стейкерами (в блокчейнах Proof-of-Stake). 
6. 6. Транзакция завершается после распространения обновления по сети.

Как обеспечивается безопасность блокчейна?

Природа хэша в блокчейн-сетях делает его неизменяемым. Блок A указывает на блок B, блок B указывает на блок C и так далее. Эта система делает невозможной подделку одного блока без изменения всей цепочки. Если изменить что-либо в блоке, это повлияет на его хэш, а следующий блок, который должен был указывать на предыдущий, станет недействительным. 

Но одного лишь хэширования недостаточно для надежной защиты сети. Современные компьютеры очень быстрые и могут вычислять тысячи хэшей в секунду, поэтому теоретически злоумышленник может изменить хэш одного блока, а затем вычислить и изменить хэши следующих блоков, чтобы скрыть подделку. 

Механизмы консенсуса 

Чтобы предотвратить такую подмену, каждый блокчейн использует специальный процесс проверки, называемый механизмом консенсуса. Это означает, что для любого действия в сети ее пользователи должны прийти к соглашению или консенсусу. 

Наиболее распространенные протоколы консенсуса — Proof-of-Work и Proof-of-Stake. В обоих случаях узлам нужно проверить, соответствует ли новый блок требованиям выбранного механизма подтверждения, чтобы добавить его в цепочку. Если требования соблюдены, блок становится частью цепочки, и узлы продолжают добавлять новые. Если консенсус невозможен, процесс добавления новых блоков останавливается, пока причина проблемы не будет найдена и устранена. 

Может случиться так, что разные узлы будут считать разные блоки действительными, и в этом случае самая длинная цепочка будет считаться основной блокчейн-цепью, а более короткая будет отброшена. 

Процесс не занимает много времени, поскольку все вычисления выполняются компьютерами. Например, в блокчейне Bitcoin на вычисление proof и добавление блока уходит около 10 минут. Частота проверки делает подмену активов еще более сложной. В крупных сетях вроде Bitcoin или Ethereum, содержащих сотни тысяч блоков, манипулировать цепочкой практически невозможно.  

Единственный способ подделать крупные блокчейны — это если более 51% участников процесса валидации решат переписать реестр. В этом случае они смогут вводить и подтверждать любые данные и делать с транзакцией что угодно, даже потратить одни и те же токены дважды или удалить их из цепочки. 

Заключение 

Технология блокчейн позволяет людям создавать надежные системы для записи любых типов данных и убирает всякую власть из этих операций. Пользователи полагаются исключительно на данные и технологию, чтобы обеспечить подлинность данных. 

Разные виды социальных институтов по всему миру начинают понимать силу этой технологии и внедрять блокчейн. В основном ее используют финансовые учреждения, государственные органы, здравоохранение и технологическая сфера для безопасной передачи персональной информации.