SharesWiki: все, что нужно знать о блокчейне

В рубрике SharesWiki мы разбираем простые (а иногда и сложные) определения на части и отвечаем на самые популярные вопросы о них

Блокчейн — это непрерывная последовательная цепочка блоков (связный список), содержащих информацию, хранящаяся как распределенная на множестве компьютеров база данных. Как правило, информация, хранящаяся в такой базе данных, не может быть изменена или перезаписана.

Блокчейны используют не только в криптовалютах. Они находят применение в кибербезопасности, обычных финансах, базах данных, и даже менеджменте.

В чем разница между «криптой» и «блокчейном»? И почему крипта создается именно на блокчейне?

Если максимально просто, блокчейн — это просто способ записывать данные таким образом, чтобы: 

а) хранить данные децентрализованно;

б) минимизировать возможность перезаписи блоков.

Такая структура хранения данных решает множество проблем: отсутствие единого центра управления, транспарентность данных, наличие множества копий данных.

Как работает блокчейн?

Представьте себе, что у вас есть классический сервер, и вы предоставляете другим желающим простейшее облачное хранилище. Большинство пользователей обычно не задумывается, кому и как они отдают данные и что с ними происходит.

Именно вы, как владелец облачного сервиса, решаете, что хранить, а что удалить, кому оказывать услуги, а кому — нет. Чтобы ограничить вас в тех или иных действиях, требуются внешние или внутренние стимулы: от морально-этических до контрактных и законодательных. Вы можете удалить чужую информацию по личной прихоти; ваш сервер может просто упасть; вы можете потерять интерес к продукту; у вас могут закончится деньги на обслуживание инфраструктуры, и вы просто выключите сервер; вы можете написать такую политику конфиденциальности и условия использования вашего сервиса, которые дают вам полную власть над данными (всё равно их никто не читает) — а можете такую, где основную власть сохраняет пользователь. Вы можете работать в юрисдикции, где персональные данные охраняются законом надежно (например, ЕС или США), а можете выбрать ту, что попроще и где законы разрешают все что угодно. Наконец, какие-то ваши клиенты могут попасть под санкции, или оказаться под угрозой попадания — и вы избавитесь от них заранее. Но, в конечном счете, вы принимаете решения о том, что и как делать. Отдав данные вам, пользователь делится контролем над ними.

Но так происходит не только с облачным хранилищем, но и с деньгами. Современные безналичные деньги — это просто базы данных банков, а современное банковское приложение, в первую очередь — интерфейс доступа к ее части, позволяющий вам распоряжаться вашими деньгами. Чтобы эта база данных работала корректно, чтобы ей доверяли пользователи, она должна работать в условиях строгих ограничений — не только нормативных и законодательных, но и морально-этических. Банковская система должна работать на доверие клиентов. Но так происходит, увы, не всегда и не везде. Именно это ярко продемонстрировал, в том числе, кризис 2008 года, заставивший шифропанков и криптоэнтузиастов задуматься об альтернативных институтах и механизмах доверия.

Результатом этой интеллектуальной работы стало создание технологии, получившей название «блокчейн», и криптовалюты «биткоин».

Блокчейн — это децентрализованный способ хранения данных в распределенной сети, который будет обеспечивать хранение, передачу и доступ к информации (а в случае криптовалют — и активов) таким образом, чтобы правила хранения, обработки и доступа к информации определялись алгоритмом и по максимуму исключали «человеческий фактор». То, каким именно образом хранятся и распределяются данные, решает, в первую очередь, алгоритмы. А изменение алгоритмов, если и происходит, то происходит через т.н. «механизмы консенсуса» — т.е., пользователей блокчейна.

Теперь представьте, что у вас есть доступ к распределенной базе данных, где вся информация хранится параллельно на сотнях и тысячах компьютеров («нодах»). Эти компьютеры по одному и тому же алгоритму записывает все новую и новую информацию, не стирая старую. При этом новая информация в такую сеть может поступить только от доверенного узла (а еще лучше — сразу от нескольких), записывается в дополнение к старой только в случае, если она соответствует определенным критериям, которые соблюдают все. За генерацию и верификацию новой информации узел связи получает вознаграждение. А удалить из такой базы данных ничего нельзя.

Это и есть самое простое и грубое описание того, как работает блокчейн. Его задача — сделать так, чтобы с ним могли взаимодействовать люди, обладающие нулевым доверием друг к другу, но чтобы никто никого не смог обмануть, включая создателя блокчейна. Даже если бы очень захотел

Что такое блоки и как они устроены?

Данные в блокчейне хранятся при помощи особенной структуры, которая называется «блоком». Блок состоит из:

  • сгруппированных данных — в случае с криптовалютами, это группы транзакций;
  • заголовка, в который входит: свой хеш, хеш предыдущего блока, хеши транзакций и дополнительная служебная информация.

Если опустить все технические подробности, транзакция — это данные, которые необходимо сохранить. Заголовок — это информация, которая должна удостоверить, что блок информации можно включить в блокчейн. Созданный новый блок будет принят остальными пользователями в блокчейн, только и если он будет удовлетворять алгоритмически заданным критериям.

Механизм консенсуса, майнинг и стейкинг

Как новые блоки включаются в уже существующую цепочку блоков через валидацию: блок должен быть признан соответствующим критериям всеми участниками сети. Но как это сделать?

Для решения этой задачи используется т.н. «алгоритм консенсуса». Это механизм, с помощью которого пользователи и программы могут координировать свои действия в распределенной сети. Если совсем просто, алгоритм консенсуса — это то, как принимает решение алгоритм. Механизм консенсуса позволяет достичь согласия между всеми участниками сети о текущем состоянии данных, даже если некоторые ноды выходят из строя.

В биткоине, как в самом первом блокчейне, использовался процесс майнинга, основанный на принципе «доказательства работы» (Proof-of-Work). Майнинг — это решение математических задач, удовлетворяющих требованию протокола: если ваша майнинговая станция или ферма решила задачу первой, блок уходит в общую цепочку, а вы получаете вознаграждение в виде вновь «добытых» биткоинов — новых монет, которые можно покупать и продавать, используя блокчейн-сеть.

Proof-оf-Work — это не только способ записывать данные, но и хороший способ защитить сеть от взлома. Теоретические способы взломать его или злоупотребить им, конечно же, существуют («атака 51%», «двойное расходование» и другие). Но на практике с 2008 года никто не смог воспользоваться уязвимостями непосредственно в блокчейне биткоина, несмотря на дурную славу криптовалют. Несмотря на взломы кошельков, целых бирж, множества криптовалютных проектов, сам блокчейн биткоина на начало 2023 года взломать не удалось никому.

Однако у этого подхода есть две проблемы. Во-первых, сложность майнинга с временем только возрастает, что приводит к кратному увеличению количества решаемых алгоритмом математических задач, и как следствие — к экспоненциальному росту энергопотребления. Во-вторых, количество конкретно биткоинов ограничено 21 миллионом монет: соответственно, рост сложности майнинга сопровождается уменьшением количества монет, доступных в качестве «вознаграждения». Как результат, в-третьих, это привело к тому, что ценность биткоина определяется только и исключительно через другие, более традиционные финансовые инструменты. И в-четвертых: решение сложнейших алгоритмических задач с возрастающей сложностью и тратам электроэнергии непригодно ни к чему, кроме обеспечения безопасности блокчейн-сети.

Поэтому первые попытки придумать альтернативу майнингу были предприняты ещё в начале 2010-х гг. Разработчики Санни Кинг и Скотт Надаль в 2012 г. выпустили статью о пиринговой платежной системе Peercoin. В этой статье был впервые описан механизм Proof-of-Stake, или стейкинг.

Для пользователя стейкинг — крайне простой механизм. Вы просто блокируете часть ваших криптомонет в т.н. «пуле ликвидности» и получаете вознаграждение. Больше всего это похоже на вклад в банке: отдал депозит — получил процент. Но как это помогает блокчейну?

Очень просто: валидацией новых блоков занимается не большая майнинговая ферма, решающая алгоритмические задачи, а сама криптоваюта. Поэтому для стейкинга хватит простейшего ПК. Вероятность выбора валидатора пропорциональна количеству монет, заблокированных в кошельке: чем больше монет заблокировано в системе, тем выше шансы получить такую возможность. При этом эти монеты нельзя использовать для транзакций.

В большинстве случаев, валидатор соглашается с другими валидаторами в отношении того, какие транзакции попадут в следующий блок. Другими словами, валидаторы делают ставку («stake») на блок, которые они хотят добавить в блокчейн, но право выбора блока остается за протоколом.

В случае с майнингом вознаграждением майнера, валидирующего новые блоки, являются вновь «добытые» монеты. При стейкинге валидаторы, чей блок будет выбран, получают часть комиссий за транзакции, которая пропорциональна размеру их доли. Т.е., чем больше средств было заблокировано в кошельке валидатора, тем больше будет награда — именно поэтому стейкинг и сравнивают с депозитом.

При этом алгоритм стейкинга подразумевает, что за попытки обмануть систему и добавить недействительные транзакции в блокчейн злоумышленники рискуют лишиться или части своей доли, или вообще все — и перестанут быть валидаторами.

А еще механизмы консенсуса применяются для того, чтобы сообщество смогло проголосовать о будущем блокчейна. Но об этом мы расскажем подробнее в следующих статьях  о механизмах консенсуса.

Почему блокчейн — в первую очередь про криптовалюты?

Так сложилось исторически. Впервые такой способ хранения информации был описан легендарным (и оставшимся анонимным) Сатоши Накамото, решившим придумать протокол для создания децентрализованной валюты.

Для криптовалют блокчейн открыл возможность одновременно и хранить средства, и записывать информацию об их перемещении, т.е. одновременно служить и валютой, и большой бухгалтерской книгой. При этом одновременно такая сеть может быть одновременно транспарентной и анонимной.

Однако, несмотря на это различие, долгое время — до 2016 года — слова «блокчейн» и «биткоин» долго оставались синонимами. Лишь где-то к 2016 году «блокчейн» получило признание как отдельный термин, а не как два понятия.

Тем не менее, блокчейн используется и за пределами мира криптовалют, пусть и в ограниченном масштабе. Сегодня блокчейн активно внедряется в логистике, кибербезопасности, инструментах идентификации пользователей, менеджменте. На блокчейне разворачивают механизмы голосования, с его помощью создают децентрализованные организации (DAO), а ряд стран всерьез думает о переводе на блокчейн реестров собственности с целью невозможности сокрыть или подделать данные о собственниках и бенецифиаров недвижимости и юридических лиц.

Блокчейны и их уровни

Блокчейнов и криптовалют много — можно запутаться и не знать, блокчейн какого уровня вы используете.

Что нужно помнить всегда: «блокчейн» не равно криптовалюта и уж тем более не равно биткоину. На многих блокчейнах (в первую очередь, эфире) можно сделать множество криптовалют и токенов — это можете сделать даже вы.

Сети блокчейнов бывают разные. Современные блокчейны — многоуровневые. 

Первый уровень блокчейна — это основная структура сети блокчейн. 

Самые известные блокчейны первого уровня: Bitcoin, Ethereum, BNB Chain, Solana. Блокчейны первого уровня полностью обслуживают транзакции внутри собственной сети. Но зачем тогда нужны другие уровни?

Представьте себе магистраль между крупным городом и его быстрорастущим пригородом (например, Москвой и Красногорском). Чем больше трафик, проходящий через шоссе, тем больше заторов — особенно в часы пик. Среднее время, необходимое для того, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, может значительно увеличиться. И это неудивительно, ведь дорожная инфраструктура имеет свои ограниченные возможности, а спрос постоянно растет.

Что могут сделать власти, чтобы помочь большему количеству пассажиров путешествовать по этому маршруту быстрее? Можно расширить само шоссе, добавив дополнительные полосы с каждой стороны дороги. Но это не всегда практично, это дорого и доставит значительные проблемы красногорцам и тем, кто уже пользуется шоссе. Альтернативный вариант — проявить творческий подход и рассмотреть варианты, не связанные с внесением изменений в основную инфраструктуру. Например, построить дополнительные подъездные дороги, повороты, развязки, МЦД или трамвай параллельно дороге.

Вот это и будет блокчейн второго уровня. Пример такого блокчейна — Lighting Network, которая работает как бы «поверх» основного блокчейна Bitcoin и ускоряет транзакции в сети.

Polygon — один из примеров блокчейна второго уровня для эфира. Сеть Polygon регулярно фиксирует контрольные точки в основной сети Ethereum, чтобы обновлять ее статус.

Есть еще и решения третьего уровня. Их можно сравнить с кольцевыми или хордовыми трассами, потому что они нацелены на то, чтобы дополнить отдельные блокчейны кросс-цепочечной функциональностью. Проекты L3 стремятся выполнить это децентрализованным способом без каких-либо централизованных хранителей, посредников или других третьих сторон. Примерами такого блокчейна можно назвать Interledger Protocol или IBC: оба себя позиционируют как «TCP/IP в мире блокчейна».

Есть еще и, наоборот, «нулевой» уровень — продолжая нашу аналогию, он сравним с подземными коммуникациями и тоннелями. К таким блокчейнам относят, например, Cosmos и Polkadot. Уровень 0 — это сетевая структура, которая работает под блокчейном и включает в себя протоколы, соединения, аппаратное обеспечение, майнеры и другие компоненты, составляющие основу экосистемы блокчейна.

Уже выше всех этих уровней располагаются экосистемы, которые позволяют со всем этим взаимодействовать. Это централизованные биржи (CEX) — такие, как Binance, FTX, Kraken; децентрализованные биржи (DEX) — такие, как Uniswap, 1INCH, Sushiswap); децентрализованные приложения dAPP — такие, как OpenSea, X2Y2, MagicEden. И только после этого идут разнообразные токены — такие, как ERC-20, на базе которого, в т.ч., построены стейблкоины, NFT (BAYC, CryptoPunks, MoonBirds) и другие токены.

Зачем всё это нужно?

Разноуровневые блокчейны нужны из-за так называемой «трилеммы масштабируемости».

Дизайн распределенного реестра сформирован таким образом, что существующие блокчейны могут достичь только двух из трех следующих качеств:

- децентрализация;

- масштабируемость;

- безопасность.

По этой причине DLT-проекты должны пожертвовать одной вещью, чтобы преуспеть в двух других. На практике это приводит к тому, что:

  1. Традиционные блокчейны (биткоин, эфир) отличаются надежной безопасностью и настоящей децентрализацией. Однако это приводит к ограниченной масштабируемости и пропускной способности.
  2. Блокчейны с высокой масштабируемостью, такие как Binance Smart Chain и Solana, достигают консенсуса через ограниченное количество узлов. Это помогает достичь высокой масштабируемости и отличной безопасности, но приводит к повышенной централизации.
  3. Некоторые решения DLT используют экосистемы, в которых несколько взаимосвязанных цепочек (на первом уровне) работают параллельно. Хотя это связано с высокой масштабируемостью и децентрализацией, в этой настройке часто есть оговорки с точки зрения безопасности.

Однако хорошая новость заключается в том, что эту трилемму можно преодолеть — как раз при помощи многоуровневости. Это означает, например, что блокчейн может увеличить свою пропускную способность, внедрив решение второго уровня. Например, Bitcoin может внедрить решение Lightning Network, которое предлагает почти мгновенные и дешевые транзакции BTC для пользователей, удалив их из основной цепи. В результате многоуровневая структура блокчейнов обеспечивает эффективное решение трилеммы, и помогает не потерять ни одно из трех качеств.

Блокчейн — это новый интернет?

И да, и нет.

С одной стороны, с 2017 года количество пользователей криптовалюты растет на 116% быстрее, чем количество пользователей интернета во второй половине 1990-х.

С другой — блокчейн как технология все еще сосредоточен в криптовалютах. Другие сценарии его использования все еще остаются ограниченными, а отрасли в целом «присматриваются» к нему — и это не 16-й год существования технологии. 

Это мешает полноценно рассматривать блокчейн как «новый интернет», ведь интернет, задуманный изначально как просто децентрализованный способ передачи информации попакетно, очень быстро оброс сценариями использования еще в начале 1990-х: электронная почта, чаты, каналы, RSS-рассылки, www и http — все это появилось еще на заре 1990-х, когда интернет только-только передали в коммерческое использование. 

Тем не менее, воевать с блокчейном как технологией или предрекать ей крах, как это делают криптоскептики, по-видимому, уже поздно. Как минимум один — все более востребованный — сценарий использования эта технология себе «отвоевала», а современные регуляторы настроены, скорее, на институционализацию криптовалют, чем на их тотальный запрет.

Комментарии