Блокчейн: как работает технология

Что это? Блокчейн – технология, лежащая в основе криптовалюты биткоин. Позволила создать децентрализованную базу данных. Представляет собой цепочку последовательно записываемых данных с публичным доступом. Каждый участник сети является контролером подлинности записи.

Где применяется? Благодаря высокой степени защищенности криптографическими методами блокчейн практически невозможно взломать. Это позволило применять технологию в таких сферах, как идентификация личности, банковские переводы, смарт-контракты, кибербезопасность и др.

История блокчейна

Появление биткоина стало реакцией группы энтузиастов на мировой экономический кризис. Создатели криптовалюты считали, что это оптимальный способ преодолеть правила игры, навязываемые сложившейся финансовой системой с ее высоким уровнем коррумпированности и многочисленными посредниками. По их мнению, в будущем биткоин наберет популярность и составит реальную конкуренцию традиционным валютам.

В лозунге «Верим в криптографию» отражено неприятие имеющейся системы расчетов между участниками финансового рынка, при которой многие делают деньги из воздуха, зарабатывая за счет уменьшения прибыли и усложнения транзакций.

Миссию биткоина его создатели видели в вытеснении посредников, предоставляющих услуги участникам расчетов, путем внедрения криптографии и специального кода. Любая транзакция сопровождается рядом фоновых операций, в результате которых деньги поступают от плательщика к получателю. Ни одна копейка не может уйти со счета просто так, банк несет ответственность за соблюдение расчетный действий и взимает за это комиссию.

Криптовалюты позволяют обходиться без посреднических услуг финансовых учреждений за счет использования блокчейна – специального программного обеспечения, представляющего собой защищенную и распределенную базу данных. За процессами смены пользователя биткоина следит большое количество компьютеров. Пользоваться криптовалютой может любой человек, при этом место его жительства, национальность и прочие условия не имеют значения.

Узнай, какие ИТ - профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb

doc 1,7mb

Уже скачали 32480

Сегодня, через несколько лет после создания блокчейна, начались попытки использовать технологию для осуществления процессов, не имеющих отношения к обмену денежными средствами.

Энтузиасты развития блокчейны ищут новые пути его применения. Например, система может связывать владельцев жилья, сдаваемого в аренду, и туристов, готовых заплатить за проживанием в нем. Или стать платформой для хранения и воспроизведения цифрового контента, одновременно служа средством расчета между пользователями и правообладателями. Или взять на себя функцию автоматической проверки авиарейсов и перечисления компенсации пассажирам, самолет которых вылетели позже назначенного времени.

Если предположения создателей блокчейна подтвердятся, технология составит конкуренцию различным посредническим сервисам типа Netflix, Uber, а также страховым компаниям.

Положительные результаты по перечисленным направлениям применения блокчейн-платформы Ethereum уже получены. Она дистанционно размещает программное обеспечение на распределенной компьютерной системе Ethereum Virtual Machine. Ethereum, служащий базой для криптовалюты эфир, сегодня является наиболее подходящим для проведения экспериментов по расширению функционала блокчейна.

Перспективность технологии оценили и крупнейшие технические корпорации, поэтому новые схемы блокчейна появляются практически ежедневно. Microsoft разработал инструменты, позволяющие пользователям экспериментировать с криптовалютой в своем облаке Azure.

IBM, Intel и другие корпорации начали сотрудничать с хабом Hyperledger, который занимается разработкой блокчейнов для бизнеса. И даже крупные банки, оружием против которых изначально был биткоин, создают собственные версии технологии, чтобы быть в тренде.

Дошло до того, что биткоин, работающий на самом успешном блокчейне, модернизируется для приложений, не входящих в самые смелые ожидания его создателей.

Чтобы понять, какие платформы будут развиваться, а у каких нет перспектив, надо разобраться, как работает блокчейн, как он связан с биткоином и что ожидает технологию в ближайшем будущем.

Суть и принципы работы блокчейна

Всего 30 лет назад для расчетов между людьми и компаниями использовались исключительно наличные деньги. Повсеместное внедрение Интернета сделало возможным переход на новую форму расчетов. Развитие технологий распределенных вычислений и автономных систем повышается комфорт и безопасность перечисления средств во всемирной паутине.

Блокчейн является оптимальным инструментом взаимодействия между пользователями, поскольку нет необходимости в привлечении обслуживающего персонала, а также в централизации финансовых процессов. Хакеры не смогут похитить деньги или ценные сведения с помощью вредных ошибок в коде программного обеспечения.

Для начала стоит понять, что такое блокчейн. Это, простыми словами, последовательность блоков с информацией, нанизанных друг за другом, как звенья цепи. С английского термин так и переводится – «цепь блоков». Это децентрализованная база данных, предназначенная для хранения сведений в виде отдельных элементов с набором характеристик, таких как дата создания, версия, информация о предыдущих действиях. Представьте себе корабельную цепь: каждое звено крепко держится за соседние, его невозможно вырвать и переставить на другое место.

Другой аналог блокчейна из реального мира – книга, в которую каждый новый читатель может добавить страницу, но внести изменения в предыдущие или удалить их он не вправе.

Читайте также!

Что такое база данных – особенности, принцип работы и выбора системы управления

Подробнее

Добавление нового блока – это транзакция, причем в данном случае речь идет не о денежном переводе, а о способе обработке информации внутри сети. Транзакция может быть связана с выполнением какого-либо скрипта или прописыванием заметки с данными.

У каждого блока есть уникальный набор параметров: nonce, хеш предыдущего блока, хеш текущего блока и список транзакций.

Для большей наглядности разберем механизм переводов внутри сети на примере книги. Предположим, что на одной странице записано несколько фраз:

• Перевод от Владимира Сергею на 100 евро.
• Пополнение счета Ивана со счета Петра на 300 фунтов стерлингов.
• Алексей подтвердил перечисление 150 долларов Виктору.

Один блок может содержать несколько тысяч таких записей. После того как память блока исчерпана, он закрывается, подписывается и переходит в виде хеша на очередной блок.

Процесс обработки транзакций включает постоянную проверку хешей, затем система, двигаясь к вершине пирамиды, поднимается к последнему хешу, подтверждает целостность и правильность всех предыдущих кодов и закрывает блок.

При попытке пополнить кошелек одним из пользователей на пару сотен евро без подтверждения остальными участниками сети транзакция будет признана неверной и перезапишется хешами, хранящимися в большинстве узлов. Иными словами, любое несанкционированное изменение хотя бы на байт приведет к изменению итогового хеша, и блокчейн начнет перепроверку всей информации, чтобы подтвердить или опровергнуть новые данные.

Если продолжить аналогию с книгой, записи на странице можно редактировать, пока она открыта. Сжатое содержание передается на следующую страницу, и так каждый раз при их заполнении. Пытаться изменить хоть одну точку на предыдущих листах не имеет смысла: данные, сохраненные на более новых страницах, будут отличаться, а значит, исправления не дойдут до читателя. В блокчейне каждый шаг записывается в виде транзакций, шифруется в виде хешей и переходит в следующий блок. Даже если сотня человек решит что-то подкорректировать в сети в своих интересах, миллионы других компьютеров не дадут этого сделать.

Виды блокчейна

Доступ к блокчейну может быть открыт всем пользователям или только ограниченному кругу лиц. В первом случае речь идет о публичной (открытой) сети, во втором – о корпоративной или другой, где используются конфиденциальные данные участников. Примером популярного публичного блокчейна может служить биткоин и другие криптовалюты.

Частные сети используются корпорациями для внутренних нужд, например, для финансовых операций, но могут предназначаться и для других сфер. Так, в здравоохранении технология блокчейна помогает защищать сведения о пациентах, а в индустрии развлечений применяется для выпуска и распространения билетов на мероприятия. В блокчейне могут предусматриваться разные уровни доступа и сложность шифрования.

Существуют сети-гибриды, сочетающие в себе свойства публичных и частных блокчейнов.

Основаниями для классификации служат разные признаки.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 29 декабря

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

Объекты транзакций:

• информация;
• виртуальная ценность (не имеющая аналогов в реальном мире, например, биткоин);

Доступа к сети:

• неограниченный (блокчейны, участникам которых разрешается производить любые действия);
• ограниченный (сети, где перечислены доступные виды деятельности участников);

Требования к прохождению идентификации:

• анонимная;
• псевдоанонимная;
• полная идентификация;

Используемый протокол достижения консенсуса сети:

• PoW (Proof-of-work) – участнику предоставляется право удостоверения блока после выполнения работы достаточной сложности, результат которой отвечает заранее установленным критериям.
• PoS (Proof-of-stake) – удостоверять блок может участник сети, у которого количество средств и срок владения счетом удовлетворяют заданным критериям. Формулы, применяемые для их расчета, могут немного отличаться.
• PoS + PoW – гибридный протокол, при котором удостоверение блоков происходит как через вычисляемые критерии PoS, так и PoW-перебором. Этот вариант используется для усложнения пересчета цепочки с первого блока, возможного при задействовании PoS в чистом виде.
• PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance), Paxos, RAFT – алгоритмы, устанавливающие консенсуса сети в несколько этапов. Благодаря им блокчейн функционирует с небольшими затратами и значительной пропускной способностью, однако мало приспособлен к росту числа пользователей.
• Non-BFT(Non Byzantine Fault Tolerance) – алгоритмы, плохо сопротивляющиеся поведению, при котором часть пользователей работают против блокчейна. Этот протокол может использоваться в закрытых сетях с полной идентификацией.

Наличие центрального администратора (ЦА):

• ЦА существует;
• ЦА отсутствует.

Основные сферы применения технологии блокчейн

Криптовалюта

Преимущества внедрения блокчейна заключаются в увеличении скорости обмена данными, уменьшении временных затрат, улучшении качества, повышении доступности и надежности услуг, снижении рисков.

Только до 26.12

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

Проекты на блокчейне запускаются в различных сферах: платежные сервисы, предоставление финансовых и государственных услуг, банковский сектор, здравохранение, интернет вещей, логистика и транспортное обеспечение, энергетика, управление интеллектуальной собственностью.

Основной сферой применения блокчейна является криптоиндустрия. Технология служит основой для выпуска криптовалют, представляющих собой, по сути, актуальную версию хайековских «частных денег». Биткоин и эфир при этом стали глобальными средствами платежа, выйдя за рамки первоначального узкого круга обращения.

Банковское дело

Применение технологии блокчейн для повышения безопасности и прозрачности денежных переводов, расчетов при сделках с ценными бумагами, аккредитивов, для организации рутинных процессов банковских бэк-офисов уже стало обыденным.

Финансовые учреждения активно внедряют блокчейн и добиваются сокращения затрат на 50 %. Возможность такой оптимизации была предсказана аналитиками Morgan Stanley еще в 2017 году. По их мнению, блокчейн-технология положительно отразится на оптимизации инфраструктуры, радикальном снижении расходов и повышении RoE (доходности собственного капитала). Хотя многим банкам свойственен консервативный подход к организации деятельности, игнорировать потенциал блокчейна опасно: отказ от внедрения технологии может стать причиной вытеснения с рынка более продвинутыми конкурентами.

Кибербезопасность

Поскольку каждый узел блокчейна служит хранилищем копии всей базы и регулярно проводится их сверка между собой, жизнеспособность такой системы очень высока, она способна успешно противостоять хакерским атакам. Хотя для приложений на блокчейне характерна анонимность, технология может применяться для прикрепления реальных идентификационных сведений к криптографическим в базе данных.

Один из стартапов создал на базе блокчейн-платформы приложение для упрощения работы риелтеров. Оно помогает вносить данные, безопасно хранить их и передавать имущественные права. Время поиска подходящих вариантов сокращается, конфиденциальность и прозрачность увеличиваются. Есть и другие примеры удачного применения блокчейна для кибербезопасности, например, система репутации пользователей, которая начисляет вознаграждение в криптовалюте эфир, основываясь на персональных показателях.

Удостоверения личности

В этом случае технология применяется для создания цифрового профиля человека: его персональные данные переводятся на блокчейн. Основной сферой использования таких ID является предоставление многих государственных услуг. Некоторые страны уже сегодня активно внедряют идентификацию граждан на основе блокчейн-системы, и есть все основания полагать, что в ближайшем будущем это станет повсеместной практикой.

В целом административная деятельность предполагает выполнение большого количества рутинных операций, которые могут быть оптимизированы за счет внедрения технологии блокчейн. Ее возможности отлично подходят для сохранения конфиденциальности информации и защиты от хакерских вторжений.

Где еще используется блокчейн

• Авторские права

На платформе Ascribe создатели музыкальных, живописных и литературных произведений хранят в дополняемом реестре свои авторские права при помощи зашифрованных идентификаторов.

• Голосования

Проблема фальсификации выборов актуальна для многих обществ. Системы для выборов, основанные на блокчейн, позволяют полностью исключить возможность изменения результатов голосования.

• Управление и юриспруденция

Это перспективное направление использования технологии блокчейн, например, для создания системы отчетности муниципальных органов власти или хранения данных о расходовании бюджетных средств. Примером уже существующего проекта, сочетающего в себе экономические и юридические услуги, является Borderless – платформа, где можно зарегистрировать юрлицо, заключить брак, нотариально заверить документы и совершать финансовые операции.

• Музыка

Созданный на базе блокчейна проект Bittunes используется исполнителями для хранения авторских прав и распространения своих музыкальных произведений.

• Благотворительность

Преимущество технологии, состоящее в возможности записывать и хранить информацию, используется для прозрачного отображения процессов благотворительной деятельности. Например, на платформе GiveTrack есть доступ к открытым сведениям о пожертвованиях и направлениях их использования.

• Недвижимость

Процесс поиска подходящих квартир и домов для покупки и аренды, а также безопасного хранения данных о правах на объекты недвижимости может быть переведен на новый уровень. Технология блокчейн позволит участникам рынка взаимодействовать быстрее и эффективнее, а сделки с жильем станут максимально прозрачными.

Алгоритмы блокчейна

Blockchain – прозрачная сеть, где доступ к данным имеет каждый. Любой желающий может увидеть историю транзакции и ее путь, а также получить информацию о размере сделки. Закрытыми остаются только сведения об адресате и адресанте.

У каждого пользователя есть специальный ключ, использование которого гарантирует надежность сети, ее защиту от подмены данных и посягательств хакеров. Он представляет собой набор криптографических записей и обладает абсолютной уникальностью. Без такого ключа войти в систему можно разве что имея доступ сразу ко всем компьютерам сети, поэтому вероятность взлома исключена.

Дееспособность и надежность блокчейна обеспечивается особыми механизмами: алгоритмами проделанной работы Proof of Work, или PoW, и подтверждения доли Proof of Stake, или PoS. С их помощью достигается консенсус.

Механизм алгоритма Proof of Work, применяемого в блокчейне Bitcoin, можно сравнить с представлением отчетности офисными работниками. Для подтверждения выполненных заданий они регулярно представляют руководителю отчеты, на основании которых им начисляется заработная плата.

PoW в блокчейн нужен для проверки вычислений, производимых при создании очередного блока. Модель, по которой действует алгоритм, проста: блок считается верным и закрытым, если значение его хеша меньше, чем запись, которую ищут майнеры. Другими словами, верность блока показывает определенный криптографический шифр. Функцию «ревизоров», контролирующих подлинность блока, исполняют ноды.

Целью создания нового алгоритма Proof of Stake было стремление снизить ресурсоемкость и, соответственно, стоимость. Одним из инициаторов появления PoS был Виталик Бутерин, основатель криптовалюты Ethereum, блокчен которой осуществляет переход с PoW на PoS.

Для Proof of Work приоритетным параметром является вычислительная мощность, тогда как в Proof of Stake большее значение приобретает баланс кошелька. В таком блокчейне транзакции осуществляются и подтверждаются не при помощи активного участия вычислительной техники, а благодаря активным монетам. По сути, каждый владелец криптовалюты на блокчейне с PoS является инвестором, а важность майнинига снижается. К недостаткам этого алгоритма можно отнести вероятность проведения дублирующих транзакций.

В идеале блокчейн должен работать на обоих алгоритмах. В некоторых альткоинах этот механизм уже используется, однако его широкому внедрению должна предшествовать доработка.

Блокчейн и распределенный реестр

Пока Бутерин разрабатывал идею создания компьютера, способного охватить весь мир, группа финансовых институтов, в которую в том числе входили Barclays, Goldman Sachs и JP Morgan, организовала консорциум R3 для решения противоположной задачи. Они хотели получить закрытую и контролируемую версию блокчейна, в частности, изучали роль блокировок в повышении эффективности расчетом между банками.

Финансовым организациям не подходят блокчейны с открытой структурой, такие как биткоин и Ethereum. Анонимность пользователей и представление их данных в виде буквенно-цифровых общедоступных адресов, без возможности их идентификации, противоречит законодательству отдельных стран, в том числе США. ПО словам Тима Свансона, директор по исследованиям рынка в R3, банки должны владеть реальной информацией об участниках платформы.

В обязанности финансовых учреждений также входит юридическая защита информации о клиентах и контроль ее экспорта. В публичных блокчейнах, где сведения о транзакциях хранятся на миллионах компьютеров, невозможно контролировать эти процессы.

Выходом из ситуации стало появление подхода распределенного реестра, где людей, добавляющих блоки, можно идентифицировать, а доступ к данным имеют только избранные стороны. Право на создание новых блоков определяется человеком, а не лотереей, следовательно, отпадает необходимость проверять работу майнеров.

Проект R3, в который более 40 учреждений инвестировали в общей сложности, $107 млн, в 2021 году выпустил свой первый распределенный реестр Corda и дал ему название Quorum.

Популярные статьи

Высокооплачиваемые профессии сегодня и в ближайшем будущем

Дополнительный заработок в Интернете: варианты для новичков и специалистов

Востребованные удаленные профессии: зарабатывайте, не выходя из дома

Разработчик игр: чем занимается, сколько зарабатывает и где учится

Как выбрать профессию по душе: детальное руководство + ценные советы

Этот тип блокчейна может быть востребован не только в сфере финансов, но и в других отраслях, где осуществляется хранения конфиденциальных данных клиентов. Для построения таких проектов используются инструменты, предоставляемые Hyperledger. Это распределенная сеть, создающая продукты для тех компаний, которые не готовы иметь дело с открытыми блокчейнами, но при этом хотят работать со смарт-контрактами.

Блокчейн и смарт-контракты

Какой бы вид блокчейна не одержал победу, его возможности неизбежно будут расширяться, в том числе для того, чтобы поддерживать смарт-контракты.

Ари Джуэлс, содиректор IC3 Корнеллского университета, сказал: «Как только у нас появятся смарт-контракты, возникнет целый ряд проблем». Разберемся, о каких проблемах идет речь.

Например, блокчейны имеют ограниченный объем для хранения данных. Это значит, что для проектов, где предполагается хранение и передача потокового видео, технология мало пригодна.

Блокчейн предназначен для записи входа и выхода каждой монеты в сеть и для фиксации содержимого дополнительного поля, которое не превышает 40 байтов метаданных для каждой транзакции. На этом его возможности по хранению информации заканчиваются.

Читайте также!

Что такое фича и чем она отличается от бага

Подробнее

Другая сложность связана с тем, что сама технология не имеет представления о происходящем в реальном мире. Чтобы заключать смарт-контракты в сфере страхования авиабилетов, систему необходимо снабдить информацией о времени взлета и посадки самолетов, которая находится на веб-сайтах авиакомпаний.

Разработчикам при создании блокчейнов для хранения данных и доступа к ним придется учитывать слабые стороны, а именно уязвимость для цензуры и возможность отмены блокировок. Это потребует предварительного анализа и выявления сторон, которым можно доверять.

Расширить возможности блокчейна по хранению больших объемов данных можно с помощью распределенных служб обмена файлами, например, децентрализованная система облачных хранилищ, протоколов Labs Interplanetary Database или Storj Labs. Это обеспечит хранение данных на нескольких компьютерах по всему миру и постоянный доступ к ним.

Для технологии блокчейна характерны такие особенности, как распределенность и децентрализация. Местом хранения информации одновременно являются все устройства, входящие в сеть, одного центра управления просто не предусмотрено.

Платформа устойчива, если в ней принимают участие большое количество пользователей. Технология блокчейна нельзя назвать абсолютно неуязвимой, небольшая вероятность потери данных в результате мошеннических действий существует. Кроме того, инвестируя в цифровые активы, не забывайте о том, что они обладают высокой волатильностью.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование