Сколько раз вы задавали в Google или Яндекс запрос «как работает блокчейн?» и не понимали объяснений, приведенных авторами? Блокчейн — нишевая и адаптирующаяся система, и это понятие часто объясняют запутанно, с использованием сложной терминологии на непонятном техническом языке, оставляя новичков в замешательстве. Если вы тоже оказались в таком положении, не волнуйтесь: моя статья поможет вам!
Я предлагаю исчерпывающий и в то же время простой для понимания ответ на часто задаваемый вопрос: «Как на самом деле работает блокчейн?». Мы сосредоточимся на технических аспектах блокчейна и попробуем не запутать новичков.
Что такое блокчейн?
Блокчейн — это передовая революционная технология, помогающая эволюционировать Web3. Начало этой технологии было положено в 2009 г. биткойном, ведущей криптовалютой.
У многих Блокчейн ассоциируются исключительно с криптовалютами и децентрализованными финансами (DeFi). Однако инновационная технология имеет потенциальные возможности использования в широком спектре отраслей.
Ниже мы обсудим инфраструктуру и технические аспекты, лежащие в основе блокчейна. В свою очередь, это даст Вам более широкое понимание будущего технологии блокчейна.
Определение блокчейна
Сколько различных вариантов понятия блокчейн Вы встречали? В средствах массовой информации можно найти различные определения. Новичкам сложно понять, с чего начать, когда они ищут объяснение блокчейна.
Согласно Википедии, «блокчейн — это растущий список записей, называемых блоками, которые связаны между собой с помощью криптографии». Блокчейн, как объясняет словарь Google (Oxford languages), — это «система, в которой запись транзакций, совершенных в Bitcoin или другой криптовалюте ведется на нескольких компьютерах, связанных в одноранговую сеть».
Кроме того, IBM, ведущая мировая IT-компания, даёт ему следующее определение: «это общая неизменяемая бухгалтерская книга, которая облегчает процесс записи транзакций и отслеживания активов в бизнес-сети».
В дополнение к определенным выше элементам мы включим и рассмотрим ключевые компоненты технологии. Итак, как же на самом деле работает блокчейн? Давайте для начала рассмотрим основы этого понятия.
Блокчейн является разновидностью технологии распределенных бухгалтерских книг (DLT). Хотя основы DLT закладывались почти за 20 лет до появления биткойна, эта криптовалюта стала первым решением проблемы «двойной траты», когда владельцы крипты лишаются возможности схитрить и потратить одну и ту же монету более одного раза.
Сатоши Накамото (псевдоним разработчика (разработчиков) BTC) несёт ответственность за внедрение блокчейна. Он/она/они включили в блокчейн несколько различных инновационных моментов, связанных с расчетами по транзакциям и децентрализацией.
Упрощённая схема работы блокчейн
Технология блокчейн хранит транзакции вечно. Блокчейн работает с международной сетью пользователей, а не подчиняется небольшой централизованной стороне. Это означает, что только большинство членов сообщества может инициировать изменения в децентрализованном протоколе блокчейна.
Рассмотрим ключевые компоненты этой технологии и историю её развития.
Децентрализация
Первая основная концепция технологии блокчейн — это децентрализация. Различные криптопроекты достигают этого разными способами. Однако общим элементом каждого проекта является сеть узлов.
Узлы, или компьютеры в сети блокчейн, способствуют подтверждению транзакций и безопасности сети. Они образуют глобальное сообщество «энтузиастов блокчейна», работающих над достижением общих целей.
Существуют различные типы узлов. В качестве примера можно привести майнинговые узлы, полные узлы и мастер-узлы. Узлы майнинга отвечают за выполнение специфических задач (таких как подтверждение транзакций) по добыче криптовалюты и вводу её в оборот.
Мастер-узлы берут на себя большую ответственность за сеть, чем майнинговые узлы, часто включая операционные функции и мониторинг недобросовестных участников сети. Кроме того, получение статуса мастер-узла требует больших первоначальных затрат, чем получение статуса майнингового узла.
Часто это может принести более высокий пассивный доход. Полный узел — это любой узел, который хранит полную историю транзакций в блокчейне. Поэтому узлы для майнинга и мастер-узлы иногда также называют полными узлами.
Чтобы стать узлом, требуются первоначальные затраты как часть одного из аспектов безопасности технологии. Первоначальные затраты могут варьироваться и включать в себя различные требования в зависимости от модели консенсуса блокчейна (объяснение см.ниже). Кроме того, стать узлом — это один из самых надежных способов получения пассивного дохода в криптоиндустрии.
Безопасность
В каждом блокчейне используется модель консенсуса, позволяющая каждому узлу в сети согласовать действительность транзакции до ее урегулирования. Первый алгоритм консенсуса, а именно proof-of-work (PoW), был представлен в блокчейне Биткойна.
Он требует, чтобы узлы использовали огромное количество вычислительной энергии, чтобы соревноваться в решении математического уравнения, которое подтверждает транзакцию.
Затем узел, решивший головоломку, первым помещает транзакцию в блок. После того как блок заполняется транзакциями, он добавляется в блокчейн, а узлы получают взамен биткоин (BTC).
Консенсус PoW обеспечивает беспрецедентную безопасность расчетов: транзакции становятся неизменяемыми. Это означает, что если кто-то не завладеет 51% вычислительной мощности глобальной сети, транзакции не могут быть изменены или удалены. Однако энергопотребление PoW — не самый эффективный и экологичный подход.
Поэтому некоторые разработчики взяли элементы алгоритма консенсуса и использовали его в качестве базового для создания механизма консенсуса на основе доказательства доли (proof-of-stake, PoS). Используя аналогичный принцип, узлы должны сделать ставку на минимально определенное количество собственных активов блокчейна вместо того, чтобы использовать дорогостоящее вычислительное оборудование и большое количество энергии.
Затем они могут принять участие в подтверждении транзакции. В результате это резко снижает потребление энергии более чем на 95%!
Существует несколько других моделей консенсуса, в том числе доказательство полномочий с использованием ставочного механизма (PoSA) и делегированное доказательство ставочного механизма (DPoS). Большинство моделей основаны на механизме PoS, поскольку он более экологичен в плане энергопотребления.
Блокчейн использует алгоритмы или механизмы консенсуса в сочетании с правилом выбора цепочки и механизмом защиты от «сибилов» для обеспечения полной безопасности. Механизмы сопротивления Sybil помогают предотвратить атаки Sybil — когда один пользователь или группа создают множество различных учетных записей.
Кроме того, правило выбора цепочки помогает решить, какая цепочка правильная, в случае, если два майнера одновременно подтверждают одну и ту же транзакцию.
Открытый исходный код
Помимо децентрализации и безопасности, еще одним преимуществом блокчейна является прозрачность. Благодаря использованию криптографического хеширования для маскировки любых персональных данных, все транзакции любых активов на каждой блокчейн-цепочке теоретически доступны для просмотра в любое время.
От того, является ли блокчейн публичным или частным (о чем мы поговорим позже), зависит, будут ли транзакции доступны любому заинтересованному лицу, или только избранным владельцам с соответствующими личными ключами.
Block-explorers — специальные приложения — такие как Etherscan (для Ethereum) или BscScan (для Binance Smart Chain), позволяют любому желающему искать и просматривать транзакции в режиме реального времени.
Кроме того, использование кода с открытым исходным кодом ещё больше усиливает децентрализацию технологии. Весь соответствующий код для различных блокчейнов и приложений, работающих на их основе, доступен для просмотра.
Разработчики могут использовать такие сайты, как GitHub и OpenZeppelin, чтобы использовать уже готовый код и адаптировать его в своих собственных разработках. Таким образом, у любого человека есть возможность клонировать и расширять существующие приложения.
Внедрение блокчейна и децентрализованных технологий, естественно, вдохновило на создание целого ряда инструментов и приложений для разработки Web3. К ним относятся такие платформы, как Moralis, Remix и Truffle Suite, которые можно использовать для разработки, обработки бэкенда и развертывания различных приложений смарт-контрактов.
Смарт-контракты
Новаторский блокчейн Bitcoin был разработан для безопасной передачи транзакций от кошелька А к кошельку Б. Фанатик Bitcoin и высоковалифицированный программист Виталик Бутерин предложил, чтобы в крупнейшем блокчейне были реализованы смарт-контракты, способствующие децентрализованной разработке.
Отказав команде разработчиков биткойна, Бутерин создал свой собственный блокчейн, специально предназначенный для разработки приложений с использованием смарт-контрактов. Именно так в 2015 г. был запущен Ethereum.
Смарт-контракты, исполняемые на блокчейне, сравнимы с традиционным «реальным» контрактом.
Будучи крупнейшим блокчейном, совместимым со смарт-контрактами, Ethereum стал источником вдохновения для множества других цепочек смарт-контрактов и приложений. Смарт—контракты — это фрагменты кода, которые позволяют перемещать средства или активы при выполнении определенных условий.
Например, если ваш ребенок получит пятерку в школе, вы можете перевести 100 долларов со своего счета на его счет. Если он получит «четверку», то будут переведены $75 и так далее. Это может относиться к целому ряду переменных, включая погодные и температурные условия. Например, датчик «интернета вещей» (IoT) может контролировать температуру продуктов питания или товаров в пути.
Предприятия могут создать смарт-контракт, в котором будет указано, что если температура товара в пути опустится ниже определенного уровня, то заказ станет недействительным. Кроме того, это может автоматически создать другой заказ, что позволит сэкономить бесчисленное количество часов и трудовых ресурсов на администрирование.
Умные контракты составляют основу всех децентрализованных приложений (dApps). На Ethereum размещено наибольшее количество децентрализованных финансовых приложений (DeFi). Смарт-контракты являются основой для невзаимозаменяемых токенов (NFT). Таким образом, разработчики могут развернуть специально созданные блокчейны для dApps и NFTs, включая децентрализованное финансирование фильмов (DeFiFi), как, например, фирма Mogul Productions.
Или же dApps могут обеспечивать неизменяемое право собственности на товары с помощью НФТ, как, например, Mt. Socks или Satoshi Studios. Блокчейн может применяться в самых разных отраслях, например, в борьбе с изменением климата, которую поддерживает Klima DAO!
Масштабируемость
Еще одна концепция, которую необходимо учитывать при ответе на вопрос «как работает блокчейн?», — это масштабируемость. Распространенная проблема среди разработчиков известна как «трилемма блокчейна». Сочетание децентрализации, безопасности и масштабируемости — хрупкий баланс при развертывании блокчейн.
Поэтому многие проекты сосредоточены на децентрализации и безопасности, что часто приводит к минимальной масштабируемости. С другой стороны, некоторые проекты уделяют больше внимания безопасности и масштабируемости. Однако такой компромисс иногда может привести к централизации. В зависимости от цели и целевого рынка проекта, это иногда может противоречить технологии.
Трилемма блокчейна
С момента первоначального развертывания блокчейн, дружественных к смарт-контрактам, появилось множество существенных инновационных решений. В обновлении Ethereum 2.0 основное внимание уделяется улучшению масштабируемости, использованию решений шардинга и технологий «доказательств с нулевым знанием».
Сюда входят zk-SNARKS и zk-Rollups, выносящие основные вычислительные требования за пределы цепочки. Кроме того, некоторые проекты используют сайдчейн-решения, которые работают как меньшая цепочка параллельно с Ethereum, перенаправляя расчеты по транзакциям для ускорения времени подтверждения.
Кроме того, несколько приложений второго уровня работают поверх цепочки Ethereum. Таким образом, многие проекты используют решения для масштабирования, чтобы обеспечить более высокую скорость транзакций в секунду (TPS), чем у приложений, работающих на основной цепи.
Разработчики также решают проблему масштабируемости с помощью альтернативных моделей консенсуса и архитектуры блокчейна. В настоящее время доступно множество различных блокчейнов, предлагающих расчеты по транзакциям со скоростью до секунды и масштабируемые возможности для разработки.
Такие блокчейны, как Solana и Velas, являются одними из самых быстрых в мире, обрабатывая 45 000+ TPS. Однако, хотя Bitcoin и Ethereum могут отставать по времени расчетов, по безопасности они занимают лидирующие позиции в отрасли с наибольшим количеством активных узлов сети.
Публичные, частные и эксклюзивные блокчейны
Сталкивались ли Вы с противоречивым или слишком техничным объяснением блокчейна? Технология блокчейн обеспечивает самую надёжную расчетную сеть в мире, но при этом она полностью прозрачна и приватна.
Поначалу это может сбить с толку. Поэтому, чтобы дать весторонний ответ на вопрос «как работает блокчейн?», мы обсудим различия между публичным, частным и эксклюзивным блокчейнами.
Такие гиганты как Bitcoin и Ethereum, являются публичными блокчейнами. Любой человек, где бы он ни находился, может просматривать транзакции в цепи с помощью соответствующего приложения. Для этого даже не нужно владеть криптовалютой или использовать цепочку ранее. Весь код является открытым и доступен разработчикам для использования в качестве примера для дальнейшего развития.
Данные блокчейн-проводника отображают адреса кошельков и детали, связанные с расчетом транзакции. При этом в процессе подтверждения данные проходят через процесс криптографического хеширования, в результате чего они становятся нечитаемыми.
Только обладатели соответствующего закрытого ключа (пароля или seed-фразы) могут получить доступ к персональным данным (например, фамилии). Поэтому, если кто-то узнает ваш длинный цифровой адрес кошелька, он теоретически может отследить все транзакции, которые вы совершаете.
Однако взаимодействие с частной блокчейн может это изменить. Несколько частных блокчейнов внедряют инновации в этом направлении. Все они работают по одним и тем же принципам, маскируя данные о транзакциях с помощью различных механизмов.
Эксклюзивный блокчейн имеет ограничения для публичных пользователей, требуя от пользователей наличия соответствующих закрытых ключей для взаимодействия с системой. Это может быть просмотр транзакций, создание или взаимодействие с приложениями на блокчейне.
Таким образом, эксклюзивный блокчейн — идеальное решение для крупномасштабного внедрения сети на предприятиях и в учреждениях. Благодаря полной неизменяемости он может улучшить бухгалтерскую и складскую логистику предприятий.
Итоги
Мы надеемся, что вы нашли ответ на вопрос о том, как работает блокчейн. За 13 лет технология достигла значительного прогресса. Т.к. она характеризуется открытым исходным кодом и отсутствием права доступа, разработчики по всему миру постоянно её развивают. В результате каждый день появляются новые цепочки, приложения и решения для борьбы с «трилеммой блокчейна».
Блокчейн поощряет инновации от сообщества, с целью роста технологии, сложным образом балансируя между децентрализацией, безопасностью и масштабируемостью.
