Что такое блокчейн и как он работает? Краткое руководство для новичков

Блокчейн — Это распределенный цифровой реестр, который безопасно регистрирует данные транзакций на нескольких специализированных компьютерах. Его неизменность посредством криптографии и консенсуса обеспечивает целостность данных, способствуя прозрачности, безопасности и доверию в различных секторах, а не только в финансах.

Понимание блокчейна

Блокчейн представляет собой уникальный тип базы данных, известный как децентрализованный цифровой реестр, управляемый несколькими компьютерами по всему миру. Данные структурированы в блоки, расположены в хронологическом порядке и защищены криптографией. Концепция блокчейна возникла в начале 1990-х годов, когда учёный-компьютерщик Стюарт Хабер и физик В. Скотт Сторнетта разработали цепочку блоков, используя криптографические методы для защиты цифровых документов.

Их работа вдохновила на последующие достижения, которые привели к созданию первой криптовалюты Биткойн, основанной на технологии блокчейн. Со временем распространение блокчейна расширилось, а криптовалюты завоевали популярность во всем мире. Хотя технология блокчейн обычно ассоциируется с записью транзакций криптовалюты, она универсальна и применима к различным типам цифровых данных, предлагая множество потенциальных вариантов использования.

Как работает блокчейн?

По своей сути блокчейн функционирует как безопасный цифровой реестр, в котором неизменяемо фиксируются транзакции между сторонами. Эти транзакции аутентифицируются и записываются глобальной сетью специализированных компьютеров, известных как узлы.

Когда происходит транзакция, например передача криптовалюты от одного пользователя другому, она транслируется в сеть. Каждый узел подтверждает транзакцию, проверяя цифровые подписи и другие детали транзакции.

После проверки транзакция добавляется в блок вместе с другими проверенными транзакциями. Эти блоки связаны друг с другом с помощью криптографических методов для формирования блокчейна. Процесс проверки транзакций и добавления их в блокчейн регулируется механизмом консенсуса, который определяет, как узлы согласовывают состояние блокчейна и достоверность транзакций.

Криптография играет жизненно важную роль в обеспечении безопасности, прозрачности и целостности реестра блокчейна. Например, хеширование — это фундаментальный криптографический метод, используемый в блокчейнах, где входные данные преобразуются в строку символов фиксированного размера.

Хэш-функции, используемые в блокчейнах, обычно устойчивы к коллизиям, а это означает, что шансы найти два фрагмента данных, которые дают одинаковый результат, чрезвычайно низки. Кроме того, хэш-функции демонстрируют лавинный эффект, когда даже незначительные изменения во входных данных приводят к существенно отличающимся результатам.

Рассмотрим SHA256, хэш-функцию, используемую в Биткойне. Изменение заглавных букв дало совершенно разные результаты. Хэш-функции также являются односторонними функциями, что делает невозможным с вычислительной точки зрения получение входных данных из выходных хеш-функций.

Каждый блок внутри блокчейна надежно хранит хэш предыдущего блока, создавая прочную цепочку взаимосвязанных блоков. Изменение одного блока приведет к необходимости изменения всех последующих блоков, что является технически сложной и экономически неосуществимой задачей.

Криптография с открытым ключом, также известная как асимметричная криптография, является еще одним широко используемым криптографическим методом в блокчейне. Это облегчает безопасные и проверяемые транзакции между пользователями.

В этой системе каждый участник обладает уникальной парой ключей: секретным ключом, который хранится в тайне, и открытым ключом, которым делятся открыто. Инициируя транзакцию, пользователь подписывает ее своим закрытым ключом, генерируя цифровую подпись.

Другие пользователи сети могут затем подтвердить подлинность транзакции, применив открытый ключ отправителя к цифровой подписи. Этот механизм обеспечивает безопасность транзакции, поскольку авторизовать транзакцию может только законный владелец закрытого ключа, а проверить подписи с помощью открытого ключа может любой желающий.

Кроме того, блокчейн может похвастаться прозрачностью, позволяя любому проверять его данные, включая детали транзакций и блоков, на общедоступных платформах блокчейна. Например, на веб-сайтах обозревателя блокчейнов пользователи могут просматривать все записанные транзакции биткойнов, включая идентификаторы отправителя и получателя, суммы переводов и историю владения биткойнами. Кроме того, пользователи могут отслеживать блоки от текущей даты до исходного блока, первого блока блокчейна.

Что означает децентрализация в контексте блокчейна?

Децентрализация в блокчейне предполагает распределение контроля и принятия решений между пользователями сети, а не монополизацию одной организацией, такой как правительство или корпорация. Эта модель улучшает координацию между незнакомыми людьми и обеспечивает целостность данных. В децентрализованной системе блокчейна нет центрального органа, диктующего данные или поток транзакций. Вместо этого сеть компьютеров совместно проверяет и записывает транзакции, обеспечивая целостность сети. Технология блокчейна выходит за рамки баз данных, расширяя возможности таких приложений, как криптовалюты и невзаимозаменяемые токены (NFT), способствуя децентрализованному сотрудничеству и транзакциям без централизованного контроля.

Что подразумевает механизм консенсуса?

Алгоритм консенсуса — Это механизм, который позволяет пользователям или машинам координировать свои действия в децентрализованной среде. Это гарантирует, что все участники смогут единогласно прийти к единой истине даже в случае неудач. Эти механизмы гарантируют, что каждый узел в сети имеет идентичный реестр, содержащий записи всех транзакций. В системах блокчейна механизмы консенсуса имеют решающее значение из-за отсутствия центрального органа для проверки транзакций и поддержания целостности сети.

При наличии десятков тысяч узлов, хранящих данные блокчейна, могут возникнуть такие проблемы, как согласованность данных и вредоносные узлы. Различные механизмы консенсуса управляют тем, как сетевые узлы достигают согласия по поддержанию целостности блокчейна.

Преимущества технологии блокчейн

Децентрализация

Отсутствие единой точки управления в блокчейне повышает безопасность и устойчивость к кибератакам или утечкам данных.

Прозрачность

Все участники могут просматривать транзакции в блокчейне, что упрощает отслеживание, проверку и обеспечение точности транзакций.

Неизменяемость

После записи транзакции блокчейна являются постоянными и не могут быть изменены, что обеспечивает неизменяемую запись, доступную всем участникам сети.

Эффективность

Блокчейн обеспечивает более быстрые и оптимизированные транзакции, устраняя необходимость в посредниках, таких как банки.

Сниженные комиссии

Благодаря удалению посредников и автоматизации процессов блокчейн может снизить транзакционные издержки и повысить операционную эффективность.

Доверительные транзакции

Блокчейн обеспечивает прозрачные транзакции, проверяемые участниками сети, устраняя необходимость полагаться на доверенные третьи стороны.

Какие типы сетей блокчейн существуют?

Частный блокчейн

Напротив, частный блокчейн — Это закрытая сеть, недоступная для общественности. Частные блокчейны, которые обычно контролируются одной организацией, например компанией, служат внутренним целям и конкретным случаям использования.

В отличие от публичных блокчейнов, частные — Это разрешенные среды с определенными правилами, регулирующими доступ и участие. Хотя они не полностью децентрализованы, они могут распространяться с помощью нескольких узлов, поддерживающих копии цепочки.

Публичный блокчейн

Публичный блокчейн — Это открыто доступная децентрализованная сеть, участие в которой не ограничено. Эти сети прозрачны, имеют открытый исходный код и не требуют разрешений, что позволяет любому присоединиться и использовать их. Примеры включают Биткойн и Эфириум.

Консорциум Блокчейн

Блокчейн консорциума сочетает в себе аспекты как публичных, так и частных блокчейнов. В нем участвуют несколько организаций, сотрудничающих для создания общей сети блокчейнов, совместно управляемой и регулируемой.

В цепочках консорциумов валидаторами выступает избранная группа одинаково влиятельных сторон, а не одна организация или открытая валидация. Видимость сети может варьироваться: она может быть ограничена валидаторами, авторизованными лицами или открыта для всех. Если валидаторы достигают консенсуса, изменения легко внедряются, обеспечивая функциональность системы.