Исследование технологии блокчейн: Подробное руководство по ее функционированию

Введение

Блокчейн - это технология хранения данных, впервые использованная в октябре 2008 года, совпадающая с появлением первой криптовалюты, Биткойна. Хотя его основное применение остается в криптовалютах, оно постепенно расширяется на другие секторы, такие как финансовые операции, идентификация клиентов и кибербезопасность, благодаря его способности обеспечивать максимальную защиту данных.

По сути, блокчейн - это база данных, в которой хранятся ключевые информационные поля. Например, в контексте криптовалют он записывает детали транзакции: кто перевел активы, кому, когда и в каком количестве.

Это описание несколько упрощено и служит в качестве знакомого, легкопонимаемого примера. На самом деле структура и функционирование блокчейна значительно отличаются от стандартной базы данных. Более того, защита данных становится все более важной. Эти аспекты являются одними из наиболее увлекательных особенностей технологии блокчейн.

Как работает блокчейн?

Технология блокчейн основана на двух ключевых особенностях:

• Неизменяемость записей: В отличие от обычной базы данных, где поля могут быть изменены (например, изменение имени владельца недвижимости в реестре), записи в блокчейне не могут быть изменены, как только они становятся частью цепи.

• Децентрализованное хранение и обработка данных: В отличие от централизованной системы, такой как банк, который может иметь сервер с базой данных, управляемой группой сотрудников, в блокчейне нет ни центрального сервера, ни единого “менеджера” - ни одно лицо или компания не может односторонне вносить изменения.

Фактическая работа блокчейна организована следующим образом:

• Создание транзакции: Пользователь инициирует транзакцию, например, оплачивая криптовалютой покупку в интернет-магазине. В транзакции указываются предыдущий владелец актива, его объем и новый владелец.

• Формирование блока: Детали транзакции собираются в блок.

• Проверка информации блока: Например, проверяется, имеет ли счет пользователя достаточные средства на момент покупки.

• Добавление в блокчейн: После успешной проверки блок, содержащий транзакции, прикрепляется к концу блокчейна, и транзакция считается завершенной.

После попадания в блок данные больше не могут быть изменены. Цепь записывает всю историю транзакций, что позволяет отслеживать владение активом от одного пользователя к другому. Невозможность изменения блоков после их включения в цепь означает, что данные не могут быть удалены, и, следовательно, транзакции не могут быть отменены после завершения.

Как защищены данные?

Безопасность данных в технологии блокчейн достигается за счет включения дополнительных данных в каждый блок, в частности, собственного хэша и хэша предыдущего блока. Хэш - это код, сгенерированный алгоритмически из данных в блоке, который служит средством проверки целостности данных. Простыми словами, если сравнение хэша между одним блоком и хэшем, указанным в следующем блоке, показывает расхождение, данные считаются поврежденными.

Безопасность основана не только на хэшировании, но и на шифровании, которое скрывает конкретику данных в каждом блоке. Используются два типа шифрования ключей - публичный ключ, связанный с активами и открыто хранящийся в блокчейне, и приватный ключ, используемый для подписи транзакций. Подробнее о ключах будет рассказано в будущих обсуждениях.

Уже на этом упрощенном примере технологии блокчейн становится понятно, что обработка всех данных требует огромных мощностей. Их обеспечивают группа пользователей, называемых майнерами. Майнеры используют свои собственные компьютеры, подключенные к интернету, для майнинга.

Во время майнинга сотни тысяч отдельных ПК, использующие одну программу, превращаются в полноценный суперкомпьютер или, скорее, в распределенную вычислительную сеть, на которой построена вся технология. Проверка транзакций, создание и добавление блоков и другие операции выполняются с использованием распределенных вычислений.

Еще одна важная функция распределенной вычислительной сети - это хранение блокчейна. Это необходимо для предотвращения изменений в базе данных и проверки хэшей, хранящихся в блоках. Как упоминалось выше, если хэши не совпадают, данные будут считаться недействительными. Кроме того, создание и хранение нескольких копий цепочки блоков полезно в других ситуациях.

Давайте рассмотрим несколько примеров:

• В доме одного из майнеров отключается интернет, соответственно, копия блокчейна на его компьютере мгновенно утрачивает актуальность, поскольку во время его отсутствия в сети могут появиться тысячи новых транзакций и сотни блоков. В то же время, по возвращении в онлайн, система автоматически сравнит актуальность копии, хранящейся на этом компьютере, и скопирует текущую версию базы данных, чтобы он мог продолжать участвовать в майнинге. Благодаря тому, что в сеть включено тысячи отдельных компьютеров, отключение одной машины и даже десятков или сотен майнеров не повлияет на всю систему. Фактически, благодаря этому подходу блокчейн, используемый для биткойна, не перестал функционировать с момента своего запуска.

• Хакер взламывает копию блокчейна на своем компьютере и изменяет сумму, которая поступает на его кошелек, увеличивая ее в несколько раз. При подключении к сети эти данные будут проверены и сравнены с несколькими другими копиями. Для того чтобы они были признаны верными, в большинстве всех копий блокчейна, хранящихся в сети, должна быть указана аналогичная сумма. Следовательно, изменения только в одной из них будут рассматриваться как повреждение копии, ошибка, и будут автоматически устранены; сумма не будет переведена на счет злоумышленника.

И последний интересный момент, или, точнее, вопрос, связанный с работой блокчейна: почему майнеры постоянно держат свои компьютеры включенными, если это приводит к увеличению счетов за энергопотребление и износу самих устройств? Почему они продолжают участвовать в системе? За предоставление вычислительных мощностей и обработку информации они получают вознаграждение - криптовалюту, использующую блокчейн, который они поддерживают. Фактически, благодаря этому слово “майнинг” обычно означает получение криптовалюты с помощью компьютера.

Эта криптовалюта генерируется самой системой, но для того чтобы зарабатывать таким образом, необходимо иметь крайне мощное оборудование, в частности, видеокарту одной из последних моделей. Именно поэтому майнинг на обычном офисном компьютере или ноутбуке практически бессмысленен - стоимость электроэнергии будет превышать конечное вознаграждение, создаваемое системой. В большинстве случаев, если вы хотите получить криптовалюту, намного проще, быстрее и выгоднее просто ее купить, не тратя время, ресурсы и средства на построение подходящего компьютера и майнинг.