Что такое блокчейн?

На первый взгляд технология блокчейна выглядит довольно сложной, однако знакомство с её ключевыми особенностями поможет довольно быстро разобраться в происходящем внутри Web3-индустрии. В целом может показаться, что все существующие блокчейны могут сравниться с сетью Биткоина по безопасности или с сетью Эфириума — по своим возможностям. Однако в реальности блокчейны отличаются друг от друга. У них есть функции, которые определяют общие принципы работы целой сети. Речь может идти о системе управления, темпах создания новых монет и даже пользователях, которым разрешено присоединяться к сети.

Одни блокчейны лучше подходят для выполнения тех или иных задач, хотя у каждого из них свои сильные и слабые стороны. В этой статье Ledger Academy поделится всей необходимой информацией о блокчейне и основах его работы, а также отличиях разных видов таких сетей вместе с их предназначением.

Однако прежде чем переходить к техническим моментам, разберёмся с основами основ.

Что такое блокчейн?

Если вкратце, то блокчейн представляет собой распределённый и неизменяемый цифровой реестр, в который вносятся все транзакции, а также фиксируются перемещения цифровых активов соответствующей сети. Изначально блокчейны использовались для отслеживания финансовых активов, однако сегодня число вариантов применения данной технологии растёт. Всё же такие сети — отличный инструмент для хранения ценности. Ещё у блокчейнов есть некоторые важные отличия, которые привели к образованию новой отдельной концепции, известной под названием «Web3». В чём же они заключаются?

Ключевые особенности блокчейн-сетей

Блокчейнам есть чем порадовать своих пользователей. Однако так или иначе этот продукт разработан на базе двух основополагающих составляющих — технологии распределённого реестра и неизменяемых записей.

Технология распределённого реестра

Блокчейн не хранит всю информацию на одном централизованном сервере: вместо этого данные из распределённого реестра отправляются на каждый компьютер в рамках выбранной системы. Такие устройства называют нодами. Они отвечают за хранение, распределение и фиксацию информации, а также перемещение цифровых активов. Это основа технологии распределённого реестра, и только с её помощью блокчейны могут хранить данные в безопасности.

Неизменяемые записи

Ещё блокчейны выделяются методом хранения информации, который в данном случае представлен блоками. Последние получают новые данные и добавляются в цепочку, вместе с чем распределяются по всей сети. Собственно, отсюда и взялось название «блокчейн», которое означает «цепочку блоков». Такая структура хранения данных выбрана неслучайно, ведь благодаря ей невозможно изменить информацию, добавленную в блокчейн ранее. В результате содержимое блокчейнов практически невозможно взломать.

Зачем нужны блокчейны?

Здесь может возникнуть вопрос о целесообразности существования блокчейна. И действительно, зачем он нужен, если люди и так постоянно проводят цифровые транзакции? Однако здесь не всё так просто, ведь отправить по интернету деньги и картинку — это совершенно разные вещи.

Чтобы у валюты была ценность, её предложение должно быть ограниченным. Для проведения успешной цифровой транзакции такая ценность должна появиться на кошельке получателя и вместе с этим исчезнуть со счёта отправителя. И если подобного не случается, возникает так называемая проблема двойного расходования.

Указанный термин встречается нечасто, однако именно предотвращение двойного расходования является основой новой финансовой системы и её независимости от банков. Технология блокчейна решает проблему двойной траты без задействования централизованного органа, который бы занимался подтверждением транзакций. С её помощью реальным становится абсолютно прозрачный, безопасный и анонимный пиринговый обмен в любых масштабах. Но что всё это значит на практике?

Решение проблемы двойного расходования означает предоставление блокчейном возможности обмениваться ценностью с друзьями. При этом участники операции могут быть уверены, что активы отправятся от одного человека к другому. А ещё подобное должно происходить без создания новых монет и токенов в системе, что позволило бы её пользователям тратить такие активы дважды.

Разновидности блокчейнов

Создать блокчейн-сеть можно несколькими способами, и их точно больше, чем может показаться. Все жё когда большинство людей думает о блокчейнах, они представляют децентрализованные цепочки по типу Биткойна. Однако это ещё не всё, ведь данная технология позволяет создавать и централизованные системы.

Действительно, и хотя блокчейны способны проводить пиринговые переводы и децентрализованный обмен ценностью, они не работают исключительно в соответствии с данными правилами. Так что цепочки могут быть публичными, приватными, разрешительными и даже созданными консорциумом, причём некоторые из них сочетают в себе сразу несколько перечисленных разновидностей.

Так что самое время осознать разницу между видами блокчейн-сетей и важность происходящего.

Разрешительные, приватные и консорциумные блокчейны

Разрешительные блокчейны управляются одной стороной по типу правительства или компании. Здесь централизованный управляющий способен ограничивать доступ к системам и управлению нодами в рамках данной сети, вдобавок операторы нод получают большую власть, которой при этом реально злоупотреблять.

Следующими в списке идут приватные блокчейны, которые по умолчанию являются разрешительными. Однако на самом деле здесь всё немного по-другому, ведь приватные блокчейны в состоянии ограничивать число управляющих нодами и даже доступ к самой системе. Такие сети полностью централизованные и к тому же позволяют определённым организациям защищать личные данные пользователей. Они становятся предпочтительным выбором для правительств или трейдинговых групп, которые хотят контролировать происходящее в системе и её данные.

Яркий пример приватных блокчейнов — Hyperledger. Проект использует приватную систему для защиты пользовательских данных по типу адреса доставки от посторонних. И это логично, ведь прозрачный блокчейн в данном случае создавал бы очевидные риски для конфиденциальности юзеров.

Последними в данном блоке идут консорциумные блокчейны. Они также относятся к категории разрешительных цепочек, однако их управлением занимается не единая организация, а целая группа определённых компаний и объединений. Подобная схема — популярный выбор для финансовых систем, которые хотят взаимодействовать друг с другом. Также консорциумные блокчейны в состоянии быстро обрабатывать транзакции, поскольку они используют систему голосования для подтверждения изменений.

Впрочем, все перечисленные варианты относятся к централизованным. Соответственно, им свойственно наличие единой точки отказа — а это совсем не безопасно.

Безразрешительные и публичные блокчейны

Одновременно с этим существуют так называемые безразрешительные или инклюзивные блокчейны, которые позволяют всем желающим присоединиться к происходящему в сети и стать оператором ноды. Подобные системы обычно отличаются большим количеством участников из самых разных уголков планеты.

Эта особенность делает такие цепочки более медленными на фоне разрешительных аналогов, однако большие размеры системы также упрощают мониторинг за участниками с плохими намерениями. В итоге децентрализованная природа безразрешительных блокчейнов делает их куда более безопасными.

Существуют также и публичные блокчейны, которые по умолчанию безразрешительные. Они позволяют всем желающим присоединиться к сети, одинаково относятся к нодам внутри неё и также открывают равный доступ к данным в блокчейне. В целом публичные блокчейны идеально подходят для криптовалют, ведь они прозрачны, безопасны и проверяемы. Пример подобной сети — Биткойн.

Как работает блокчейн?

Блокчейн-сети хранят данные о происходящем в них внутри специальных компьютеров, также известных как ноды. Криптовалютные ноды — залог безопасности блокчейна, поскольку они участвуют в процессе валидации транзакций. Каждая нода хранит информацию в блоках, тогда как каждый из таких блоков присоединяется к цепочке. При обработке новой транзакции сеть становится всё больше.

Ноды не хранят информацию в читаемой форме, поскольку вместо этого они задействуют криптографические хеши для защиты важной конфиденциальной информации. Получается, что ноды преобразовывают данные в строку из букв и цифр, после чего хранят полученные комбинации в каждом блоке.

Упомянутый криптографический хеш содержит информацию не только об актуальном, но и о предыдущем блоке. А значит если кто-то попытается изменить один блок, он также изменит соответствующий хеш, что в свою очередь скажется на каждом последующем блоке в цепочке. Таким образом любые возможные редактирования данных в сети легко заметить, из-за чего сам блокчейн становится очень безопасным. И чем раньше транзакция была добавлена в историю блокчейна, тем сложнее поменять информацию о ней, что делает блокчейны уникальным местом для хранения важных данных. Если тема вызывает интерес, обязательно ознакомьтесь с полными материалами о блокчейн-транзакциях, нодах и управлении ими.

Теперь мы понимаем, как блокчейн хранит информацию. Однако это ещё не всё.

Например, что мешает той или иной ноде врать о состоянии сети ради собственной выгоды?

Здесь в игру вступает разновидность блокчейна и его механизм консенсуса.

Как защищён блокчейн?

В разрешительных и приватных блокчейнах управляющая сторона обычно проводит голосования по поводу происходящего в сети. Однако публичные блокчейны по типу Биткойна и Эфириума задействуют более децентрализованный способ обеспечения безопасности. Речь идёт о механизме консенсуса.

Что такое механизм консенсуса?

Этот вопрос раскрывает главное преимущество публичного блокчейна. Дело в том, что в сетях различных криптовалют есть тысячи нод. Они разбросаны по всему миру, причём большинство из них должно подтвердить каждую новую транзакцию перед тем как она будет добавлена в блокчейн. После добавления блока каждая нода в рамках блокчейна должна прийти к одному и тому же состоянию, что как раз называют достижением консенсуса.

Управление реестром на базе блокчейна распределено очень широко. В связи с этим одному участнику сети практически невозможно получить контроль над всей сетью — равно как и подтвердить ложную информацию в своих интересах. Таким образом блокчейн оказывается безопасным. Впрочем, способы обработки транзакций нодами слегка отличаются друг от друга в зависимости от механизма консенсуса, который использует блокчейн. Вдобавок у каждого такого механизма есть свои преимущества и недостатки.

Для детального ознакомления с указанными различиями изучите материал Ledger Academy о сути механизмов консенсуса.

Разные виды механизма консенсуса

Публичные блокчейны преимущественно используют два механизма консенсуса — Доказательство выполненной работы (PoW) и Доказательство доли владения (PoS). Однако есть и другие механизмы, которые отличаются большей централизацией и не так широко распространены.

Доказательство выполненной работы (PoW) — медленный и безопасный механизм с майнерами в своей основе, которые обрабатывают транзакции за счёт решения сложных задач с помощью вычислительных мощностей и таким образом получают новые монеты. Благодаря этому сеть защищается от возможных угроз, поскольку майнерам невыгодно пробовать обмануть систему. Всё же стоимость электроэнергии и прочих ресурсов для подобных попыток слишком высока, в результате чего они попросту бессмысленны. Примером PoW-блокчейна является сеть Биткойна.

Доказательство доли владения (PoS) — быстрый и энергоэффективный механизм консенсуса, транзакции в котором обрабатывают валидаторы. Вместо использования вычислительного оборудования для доказательства своей надёжности, как это делают майнеры, валидаторы PoS-блокчейнов задействуют крупные объёмы криптовалюты в качестве залога. Детальнее о данном механизме написано в статье о стейкинге криптовалют, однако по сути валидаторы заинтересованы в прилежном поведении. Всё же они получают вознаграждение за выполнение обязанностей, а также выплачивают штрафы за вредные действия. Примером PoS-сети после соответствующего перехода в сентябре 2022 года является Эфириум.

Откуда весь хайп вокруг блокчейнов?

И хотя технология блокчейна в первую очередь ассоциируется с криптовалютами, она может использоваться и для других задач. Действительно, такие сети нашли себя в новых вариантах применения.

Например, некоторые сети способны запускать смарт-контракты, которые являются аналогом компьютерных программ в мире блокчейна. Они уже привели к культурной революции внутри данной технологии.

Такие программы позволяют создавать блокчейн-приложения с различными вариантами применения.

В частности, приложения из сферы децентрализованных финансов открывают дорогу к кредитованию и займам в криптовалютах, тогда как игры и искусство на блокчейне реализуются в формате невзаимозаменяемых токенов (NFT). Ещё такие программы привели к созданию децентрализованных платформ-метавселенных по примеру The Sandbox и Decentraland.

Нельзя забыть и о системе управления, которую меняет мир блокчейна. В данном случае токены и монеты помогли разработать сложные системы для децентрализованного голосования в виде децентрализованных автономных организаций или DAO.

По мере развития инноваций в Web3-индустрии увеличивается и число возможных вариантов применения блокчейна. А значит данная технология уже точно никуда не денется. Ну а каким окажется её потенциал в будущем — узнаем на практике.