Как работает технология блокчейн?
Блокчейн — это децентрализованный цифровой реестр, который защищает данные с помощью криптографических методов. Транзакции подтверждаются майнерами, которые используют хеш-алгоритмы для добычи блоков, добавляемых в цепочку. Считается, что самая длинная блокчейн-цепочка наиболее надёжна и безопасна. Технология блокчейн имеет различные практические применения, выходящие за рамки криптовалют, и изучается в разных отраслях.
Основы
Децентрализованная технология цифрового реестра, называемая блокчейном, по сути представляет собой список записей данных. Криптография защищает данные, которые организованы в блоки в хронологическом порядке.
Ещё в начале 1990-х Стюарт Хабер и У. Скотт Сторнетта создали раннюю модель блокчейна, чтобы защитить цифровые документы от подделки данных с помощью криптографических методов. Это вдохновило других компьютерных специалистов и энтузиастов криптографии. В конечном итоге был создан Биткойн, первая криптовалюта.
Хотя технология блокчейн старше криптовалют, её по-настоящему оценили лишь после появления Биткойна в 2008 году. Постепенно интерес к блокчейну рос, а криптовалюты начали получать широкое признание.
Хотя блокчейн обычно применяется для фиксации транзакций с криптовалютами, он подходит и для других видов цифровых данных и имеет множество применений. Крупнейшая и наиболее защищённая сеть блокчейн — это Bitcoin, разработанный с учётом баланса теории игр и криптографии.
Как работает блокчейн?
Блокчейн по сути представляет собой непрерывную цепочку блоков, причем каждый блок содержит список подтверждённых транзакций. Сеть блокчейна поддерживается множеством компьютеров, распределённых по всему миру, что создаёт децентрализованную базу данных или реестр. Каждый узел хранит копию данных блокчейна и взаимодействует с другими узлами для обеспечения согласованности.
Транзакции блокчейна и майнинг
Эта глобальная пиринговая сеть облегчает проведение транзакций в блокчейне и делает Bitcoin децентрализованной цифровой валютой, нечувствительной к цензуре и не имеющей географических ограничений. Кроме того, системы блокчейн часто называют trustless, потому что они не требуют доверия к центральному органу. Bitcoin не контролируется единственной организацией.
Майнинг — центральный аспект Bitcoin и многих других блокчейнов, но не все блокчейны сильно зависят от хеш-алгоритмов в своём процессе добычи. Bitcoin конкретно использует алгоритм SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256 bits). Этот алгоритм принимает входные данные любой длины и выдаёт выход фиксированной длины. Выход называется "хеш" и состоит из 64 символов (256 бит).
Выполнение транзакции в блокчейне
Чтобы лучше понять, как работает блокчейн, рассмотрим простой пример транзакции между двумя людьми по имени Эмили и Джек и их балансом криптовалюты. Предположим, что Эмили должна Джеку 3 биткойна.
Для выполнения транзакции Эмили создаёт сообщение, которое транслируется всем майнерам в сети. Сообщение содержит адрес Джека и сумму биткойнов, которую Эмили собирается перевести. Также Эмили прикрепляет цифровую подпись и свой публичный ключ, которые майнеры проверяют, чтобы подтвердить её право распоряжаться монетами.
Добыча блока
Процесс майнинга начинается после того, как майнеры проверяют валидность транзакции. Когда транзакция подтверждена, она добавляется в блок вместе со множеством других транзакций. После этого майнеры пытаются добыть блок, запуская алгоритм SHA-256 на его содержимом. Чтобы выход считался допустимым, он должен начинаться с определённого числа нулей. Количество необходимых нулей определяется «сложностью», которая корректируется в зависимости от вычислительной мощности сети.
Майнеры криптовалют стремятся сгенерировать выходной хеш с указанным числом нулей в начале в процессе майнинга. Для этого они добавляют в блок так называемый "nonce", который случайным образом изменяют до тех пор, пока не найдут допустимый выходной хеш. Это связано с тем, что даже небольшое изменение во входных данных приводит к совершенно другому результату.
Валидация блока
После успешной добычи блока майнер распространяет новый блок среди других майнеров. Остальные майнеры затем проверяют валидность блока перед добавлением его в свою копию блокчейна, тем самым завершая транзакцию. Этот шаг критичен, поскольку выходной хеш из предыдущего блока должен также быть включён в текущий блок, чтобы связать все блоки вместе, отсюда и термин "блокчейн".
Каждый майнер поддерживает свою копию блокчейна, и доверие в системе основывается на блокчейне, в который вложено больше всего вычислительной работы, также известном как самая длинная цепочка. Если майнер попытается изменить транзакцию в предыдущем блоке, выходной хеш для этого блока изменится, вызвав каскад изменений для всех последующих хешей. Чтобы обмануть систему, майнеру потребовалось бы более 50% вычислительной мощности сети, что маловероятно. Такие сетевые атаки называют атаками 51%.
Proof of Work и Proof of Stake
Proof of Work — это модель вычислений, применяемая для создания блоков в майнинге криптовалют. Существует и другая модель — Proof of Stake, которая требует меньше вычислительной мощности и может обслуживать больше пользователей при меньшем потреблении электроэнергии.
Заключение
Технология блокчейн изменила наше представление о цифровых данных и транзакциях, обеспечив безопасную и децентрализованную сеть для хранения и передачи информации. Хотя концепция блокчейна была предложена ещё в начале 1990-х, массовое признание пришло после создания Биткойна в 2008 году. Сегодня блокчейн применяется в различных отраслях за пределами криптовалют, и его потенциальные сферы использования только начинают изучаться.