Технології розподілених обчислень і децентралізованого зберігання інформації були представлені ще в 90-х роках. Однак, слово «блокчейн» стало відомим лише нещодавно — коли якийсь Сатоші Накамото показав, як ці технології можна використовувати для влаштування нової фінансової системи. Так, 2008 року з’явився біткоїн, а разом із цим почалася історія розвитку блокчейну.
У 2021 році популярність цих технологій виявилася настільки високою, що вартість того самого біткоїна вже перевищує 40 000 доларів за штуку. І, якщо цим феноменом зацікавився такий великий гравець, як Tesla, то чому б не долучитися до технології простим користувачам. Розбираємося пальцях, що таке блокчейн, децентралізована мережа і криптовалюта.
Народна енциклопедія знає дуже багато, але це не завжди зрозуміло і доступно простій людині. Як і у випадку з визначенням технології блокчейн. Тому спробуємо розібрати тему на частини і дізнатися, що до чого відноситься в цих незрозумілих нетрях криптографії.
Простою мовою
Давним-давно, коли ще не вийшов десятий айфон, жили Роман і Антон. У Романа було кілька способів передати грошові кошти Антону:
- передати готівкові кошти самостійно (Роман приходить до Антона і особисто передає гроші);
- використовувати послуги третьої сторони (Роман передає гроші банку, поштовій службі або кур’єру, які передають гроші Антону).
Зазвичай, третя сторона — це ціла сукупність інстанцій і сервісів. Тож ми маємо ланцюжок посередників, схема роботи яких перебуває під грифом секретності. З одного боку, це корисно в цілях безпеки — навіть якщо ми зайдемо в банк і попросимо розповісти технічні деталі нашого переказу — ніхто цього робити не буде. З іншого боку, безпека легко перетворюється на незахищеність — не знаючи технічних подробиць, залишається лише сліпо довіряти банківській системі і сподіватися, що «треті особи» виявляться сумлінними хлопцями.
Річ у тім, що, перетворюючись із паперових на електронні, гроші не змінюють своєї форми — актуальні системи просто формують цифровий код із зашифрованою в ньому інформацією про тип валюти, її вартість і кількість, щоб передати її від одного сховища до іншого. Фізично паперове підтвердження цінності залишається на руках користувача або в сейфі банкомату.
Інакше кажучи, Роман може знайти термінал, запропонувати йому готівкові кошти та отримати їх у себе на картці або відправити Антону. Ми звикли так працювати і вважаємо це безпечним способом переміщати гроші. Але з появою блокчейна теорія безпеки набуває нового оберту.
Посередники
Як працює стандартна банківська система переказів: на спеціальних комп’ютерах зберігається вся інформація про клієнтів, операції, імена, прізвища, по батькові, адреси проживання, номери особових рахунків. Ні, це не база даних КДБ — просто ми самі даємо дозвіл на обробку цієї інформації, коли реєструємося на сайті. І це одна з прогалин безпеки, яку блокчейн легко усуває.
Коли Роман переказує гроші Антону через банкомат або онлайн-банк, він, так чи інакше, робить запит до цієї бази даних, до реєстру, де програмне забезпечення перевіряє деякі умови:
- Чи достатньо у Романа грошей, щоб переслати їх Антону?
- Звідки вони з’явилися в Романа?
- А чи не займався Роман нелегальним заробітком?
- Чи заплатив він зі своєї зарплати податок?
І ще багато подібних перевірок, які здійснює програмне забезпечення банків.
Після того, як системі безпеки все сподобалося, у Романа списують необхідну суму і зараховують на рахунок Антона. Це звична система і вона централізована: тут є свій регулятор, органи управління, але, найголовніше, — у системі є обслуговуючий персонал, без якого нічого не працюватиме.
Програмісти, аудитори, операціоністи, бухгалтери, керівники, і ще два десятки посадовців, за допомогою яких уся ця система функціонує, побічно або прямо працюють із переказом грошей від Романа до Антона. Це наступний пролом у безпеці, який блокчейн теж закриває.
Що таке блокчейн і як це працює
Ще зовсім недавно всі розрахунки проводилися готівкою. З розвитком всесвітньої павутини змінився і спосіб передачі цінностей. Сьогодні, в епоху розподілених обчислень і автономних систем, у мережі стало зручніше і безпечніше працювати за допомогою нових технологій. Наприклад, блокчейн, де інформація рухається між різними людьми без участі обслуговуючого персоналу, а також оминаючи централізацію, де існує ймовірність, що шкідлива помилка в коді ПЗ допоможе хакеру забрати гроші або цінну інформацію.
Почнемо з того, що блокчейн (Block — блок, chain — ланцюг) — це децентралізована база даних, яка призначена для зберігання послідовних блоків з набором характеристик (версія, дата створення, інформація про попередні дії в мережі). Аналоговим прикладом його структури є нескінченно довгий металевий ланцюг, у якому не можна розірвати або поміняти місцями ланки.
А ще ланцюжок блокчейна можна уявити як книгу з можливістю додавати сторінки. Кожна нова сторінка пишеться в режимі «онлайн», а решту не можна відредагувати або видалити.
Основний рух у такій системі відбувається за допомогою транзакцій. Під час транзакції може виконуватися якийсь скрипт, або прописуватися якась замітка з даними. Тобто слово «транзакція» не дорівнює грошовому переказу і радше позначає спосіб обробки інформації всередині мережі.
Крім основних даних, кожен блок має унікальний набір параметрів: nonce, хеш попереднього блоку, хеш поточного блоку і список транзакцій.
Щоб краще зрозуміти, як влаштовані перекази всередині мережі, знову уявімо сторінку книги, де є така інформація:
- Олег перевів Микиті 100 доларів.
- Вася перевів Хуану 300 песо.
- Микита підтвердив поповнення рахунку на 100 доларів.
У межах одного блоку може зберігатися кілька тисяч таких записів. Коли пам’ять у блоці закінчується — він закривається, підписується і переходить на новий блок у вигляді хеша або «відбитка».
Хеш — це певний набір символів, що несе в собі унікальний відбиток. Він формується виходячи з того, які транзакції і в якій кількості зберігає в собі кожен блок.
У процесі обробки транзакцій постійно перевіряються хеші, після чого, немов пірамідою, система піднімається до останнього хешу, де підтверджується цілісність і вірність усіх попередніх кодів, щоб блок закрився.
Якщо раптом комусь захочеться додати собі в гаманець кілька сотень доларів без підтвердження з боку інших учасників мережі, то таку транзакцію вважатимуть невірною і перезапишуть тими хешами, які зберігаються у більшості вузлів. Тобто, якщо змінити хоч один байт, хоч одну крапку, кому або нуль, то підсумковий хеш зміниться, і блокчейну доведеться перевіряти всі ці суми заново для того, щоб зрозуміти, правда це чи брехня.
З усього цього можна зробити висновок: мережа складається з блоків, які можна змінювати тут і зараз, поки вони не закрилися. Усе записується у вигляді транзакцій з інформацією, яка шифрується як хеші і постійно зберігається в мережі в кожному наступному блоці. Якщо змінити щось і не знайти цьому підтвердження у більшості учасників, то такі зміни просто не застосуються, а блок вважатиметься невалідним.
Простими словами — у системі більше не вдасться підробити документи заднім числом, як би цього не хотіли навіть сотні людей, якщо загальна мережа контролюється мільйонами учасників.
Звідси і назва Blockchain — усе працює за ланцюжком, послідовно і безперервно.
Хто такі майнери і навіщо вони потрібні
Ми вже говорили, що основний фактор безпеки полягає в сумлінності третіх осіб, тих, хто займається обробкою інформації. Як і в банківської системи — у блокчейна є свій обслуговуючий персонал. Але це не люди, а програмний код, встановлений на системах з нодою (мережею) блокчейна, тобто, на комп’ютерах, які підтримують мережу блокчейн. Іншими словами — за допомогою майнерів.
Для того щоб провести операцію в блокчейні, необхідно її створити і помістити в mempool — якусь область, де зберігаються всі транзакції, які наразі хочуть здійснити люди в блокчейні.
Що роблять майнери: вони підключаються до mempool і починають обробляти всю чергу. У глобальному сенсі це працює так: система дізнається про всі транзакції в мемпулі, обробляє їх, записує в блок, вираховує хеші і переходить до обробки нових заявок. Щоб підтвердити валідність (правильність) блоку, майнеру необхідно надати рішення в мережу, яке перевіряють інші майнери, і, якщо все добре, і більшість учасників приймають результат обчислення хешів, блок вважається правильним. Або nonce.
Розберемося на життєвому прикладі:
За круглим столом сидять десять осіб. У них є п’ять слів, з яких треба скласти речення, що може бути єдино правильним з усіх варіантів, які можна придумати. Так, один з учасників склав речення першим і записав його на папір. Після того, як усі закінчили завдання, отримані речення порівнюються. Так вийшло, що першому учаснику вдалося скласти правильне речення, і решта семеро підтвердили, що в них вийшло те ж саме. І тільки один учасник представив інше рішення — але, оскільки він є меншістю, а його речення відрізняється від інших, цей варіант із п’яти слів вважають недійсним і викидають із системи.
Виходить, для підтвердження справжньої інформації в мережі потрібно домовитися, чиє рішення підходить усім учасникам у мережі. Цим і займаються криптовалютні майнери.
Саме тому, в момент появи блокчейну, почалися перегони за продуктивністю розподілених обчислень. Адже що більше у майнера обчислювальної потужності, то швидше і більше інформації він обробить у мережі. Відповідно, як і банківський персонал, майнери отримують винагороду за свою роботу. Це і є основна причина, через яку всі прагнуть взяти участь у видобутку криптовалюти.
Децентралізація та розподіленість
Ми вже з’ясували, що для підтримки мережі потрібна постійна і безперервна робота кількох потужних комп’ютерів. На сьогодні блокчейн має найбільшу залученість обчислювальних систем на планеті. Навіть такі гіганти як Google, Amazon і Apple не можуть змагатися з цією мережею за потужністю.
Чим більше людей використовують блокчейн, тим потужнішим і безпечнішим він стає.
Учасником мережі може стати кожен: достатньо встановити офіційний гаманець і завантажити повну ноду до себе на диск. З цього моменту комп’ютер стане повноправним вузлом у мережі.
Наприклад, в однієї людини на комп’ютері стоїть копія блокчейна. Є ще один комп’ютер, на якому є ще одна копія блокчейна, і таких десятки тисяч по всьому світу. Якщо якийсь зловмисник захоче зламати систему і «намалювати» собі мільйон, мало того, що йому доведеться перераховувати всі ці блоки самостійно, йому ще доведеться зробити це в кожному комп’ютері, на кожному вузлі. А це, звісно ж, неможливо — система повністю децентралізована і не має керуючих вузлів. І з кожним днем таких вузлів стає дедалі більше, а шансів на злом дедалі менше.
У централізованій системі вся інформація зберігається на сервері, і, якщо з ним щось станеться — можна попрощатися з цінними даними. У випадку з централізованою системою зловмисникам також простіше знайти вразливість, щоб атакувати головні комп’ютери. Це може бути простий пролом у програмній безпеці або безвідповідальна робота співробітника безпеки банку.
Таке велике питання безпеки можна вирішити тільки за допомогою такої ж великої мережі. А під ці критерії якраз підходить система блокчейн, де кожен блок з інформацією копіюється одночасно на тисячі пристроїв без чільних у структурі систем.
Транзакції в блокчейн
На відміну від банків та електронних рахунків, де для роботи потрібно занадто багато конфіденційної інформації, блокчейн не вимагає від користувачів нічого: для роботи знадобляться лише два ключі, які система видасть під час реєстрації.
У кожної людини, яка бажає взяти участь у блокчейні, є свій публічний ключ, яким вона підписує транзакцію (ніби замикає на ключ і пише «відправити Васі»), а також приватний ключ, яким вона може відкрити посилку, яку їй надіслав Вася назад.
Публічний ключ — це певна фраза з цифр і символів, доступна для перегляду всім охочим. Якщо провести аналогію з біткоїном, то публічний ключ — це номер гаманця, який можна відправити кому завгодно для переказу коштів.
Приватний ключ — це найцінніше. За допомогою нього підписуються всі транзакції в межах особистого гаманця, а тому його потрібно зберігати в конфіденційному місці. Наприклад, як паролі від онлайн-банків.
Як це працює.
Наприклад, у Романа й Антона є гаманці та приватні ключі.
- Роман пише Антону повідомлення: Привіт, Антоне!
- Шифрує його публічним ключем Антона. І відправляє в мережу.
- Тепер Антону, щоб прочитати повідомлення Романа, потрібно під’єднатися до мережі, знайти адресовану йому транзакцію, дешифрувати все це своїм приватним ключем і прочитати послання: Привіт, Антоне! (Краще б 100 доларів відправив).
Усе, що зашифровано приватним ключем користувача, будь-яка людина може розшифрувати за допомогою свого публічного ключа. Але не відкрити! Так можна дізнатися інформацію за кожним переказом, за кожною транзакцією рахунку — система повністю прозора. І водночас анонімна — адже жодної особистої інформації про людину ключі, гаманці та блоки не зберігають.
Біткоїн — це не гроші
We used to think that bitcoin is some kind of currency, money. In fact, there is no concept of balance in blockchain. That’s because the blockchain is just a ledger. Let’s turn to the example in the picture:
It is clear that the blockchain collects all the information about the movements of Roman, Anton and Marina, and then transmits it in the form of transactions to the blockchain mempool. And there everything is as per the instructions — miners pick up the information, count hashes and sign blocks to support the network and get rewarded in the form of commission that the guys paid during their transfers.
Blockchain and its applications
Bitcoin is neither gold nor money, but a generalized and successful example of the work of decentralized networks, where everyone can become a participant and monitor the honest execution of all events.
The cost of such technologies cannot be considered justified or, on the contrary, insufficient — everything here is like in the real stock market. If the product is good and really represents something, then the digital asset will increase in capitalization and value. If the opposite is true, the project is considered a failure.
Звісно, все, що пов’язано з блокчейн і монетами, поки що є сильно волатильними інструментами, які часом непідвладні навіть дуже крутим гравцям на ринку. І все тому, що основний обсяг інвестицій у цій сфері роблять звичайні люди, а не професійні гравці з Волл-стріт.
І все ж, незважаючи на складність і незрозумілість деяких питань у цій індустрії, багато хто вже розуміє цінність, зручність і безпеку децентралізованих технологій. Щодня з’являються новини про те, як держави впроваджують інновації у звичні для людей сфери. Наприклад, вчаться відстежувати справжність паспортів здоров’я за допомогою блокчейна, а також дозволяють проводити реєстрацію цінних паперів за допомогою децентралізованих мереж.
З біткоїном чи будь-яким іншим проєктом, децентралізовані технології стануть невід’ємною частиною життя сучасних структур. Адже люди хочуть убезпечити себе від шахраїв, корупціонерів, хочуть навчитися контролювати своє життя більше, ніж будь-коли. А блокчейн — це перший і найбільший крок до нової системи.
Матеріал оновлено користувачем Urik26