Что такое блокчейн?

Блокчейн как способ организации баз данных стал использоваться относительно недавно и в основном — в области криптовалют и цифровых активов. Передача информации в виде цепочки блоково обладает преимуществами в сравнении традиционными способами. Рассмотрим подробно, как устроена технология

Что такое блокчейн и когда он появился

Впервые эту технологию представили американские криптографы Стюарт Хабер и Скотт Сторнетта в 1991 году, однако мир узнал о ней лишь в 2008-м, когда некто под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал whitepaper (документ, который описывает технические, экономические и концептуальные детали нового блокчейн-проекта) биткоина — децентрализованной криптовалюты, работающей на блокчейне и не подчиняющейся центральным банкам и традиционным финансовым институтам.

Как создаются новые блоки?

В блокчейне каждый новый блок создается на основе предыдущего. Дело в том, что при формировании блока в нем записывается определенное число, которое называется хэш, а следующий блок создается при помощи хэша предыдущего. Другими словами, невозможно создать новый блок без хэша предыдущего. Это значит, что вновь создаваемый блок записывается на основе своего предшественника, тот, в свою очередь, был создан при помощи своего «родителя», и так далее до самого начала цепочки. Что дает такой принцип записи? Он обеспечивает главную особенность блокчейна — неизменяемость и устойчивость ко взломам. Ведь для того, чтобы изменить текущий блок, нужно переписать предыдущий, а для этого — заменить еще более ранний блок, и так далее. Сделать это нереально, учитывая громадные объемы баз данных и тысяч копий блокчейна на компьютерах по всему миру — нодах. К примеру, в блокчейне биткоина сейчас насчитывается около 25 тыс. нод.

В криптовалютах существует два механизма работы блокчейна: Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS). Подробнее о них поговорим ниже, но пока отметим, что в первом блоки создаются майнерами, а вторые — валидаторами (стейкерами). И те и другие получают награды за свою работу в виде новых токенов сети.

Преимущества блокчейна

Технология цепочки блоков обладает рядом преимуществ перед традиционными базами данных. Эти преимущества особенно проявляют себя в криптовалютах, где важно обеспечить сохранность ценности и безотказную работу сети.

Децентрализация. Хотя сама по себе технология вполне допускает централизованный характер и может работать локально на каком-то одном компьютере или кластере машин, чаще всего ноды блокчейн-сетей разбросаны по миру и принадлежат отдельным энтузиастам во многих странах и юрисдикциях. Это позволяет защищать сеть от физических атак извне и от цензуры. Искать и отключать ноды бесполезно — сеть биткоина, например, будет работать даже в том случае, если останется одна-единственная копия его блокчейна.

Устойчивость ко взломам. Невозможно взломать и переписать весь блокчейн — десятки тысяч его копий не позволят это сделать. Однако в контексте блокчейна понятие «взлом» имеет и другое понимание — это такое вмешательство в работу сети, когда атакующий может записывать нелегитимные блоки, чаще всего — для заработка монет. Такой вид атаки называется «Атака 51%» и теоретически возможен, но только теоретически. Об этом далее.

Неизменность. Поскольку блокчейн нельзя взломать, все его данные остаются навсегда в том виде, в котором они были записаны. Это значит, что можно в любой момент посмотреть любую транзакцию — хоть годовой давности, хоть ту, что произошла 15 лет назад.

Защита от двойного расходования монет. В криптовалютных сетях есть проблема двойного расходования или двойной траты активов. Это такая ситуация, когда одна и та же сумма монет отправляется в две или более транзакций одновременно, создавая угрозу создания новых нелегитимных токенов. В блокчейнах эта проблема решается согласованной работой всех узлов сети и подтверждением блоков.

Прозрачность. В каждой из криптовалютных сетей есть сервисы, позволяющие просматривать транзакции и отдельные адреса. Такие сервисы называются обозревателями блоков; в биткоине это, например, https://www.blockchain.com/ru/explorer, а в сети Ethereum — etherscan.io. С помощью обозревателя любой человек может просмотреть любую транзакцию по ее ID и состояние отдельных адресов и количество активов на них. Таким образом, криптовалютные сети квазианонимны, а не полностью анонимны.

PoW и PoS — два основных типа блокчейнов

В мире криптовалют получили распространение два основных консенсуса блокчейнов: Proof-of-Work и Proof-of-Stake (хотя в реальности их больше). Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, однако две самые крупные и известные криптовалюты, биткоин и эфир, работают как раз на них.

Proof-of-Work. Это самый первый вид консенсуса в криптовалютах, на котором продолжает работать биткоин. Это такой принцип записи новых блоков, при котором для добавления блока нужно вычислить хэш, для чего провести сложные вычисления на специальном оборудовании. Люди и организации, занимающиеся такой работой, получают за добавление блоков награды в виде новых монет и называются майнерами (miner — «добытчик»), а процесс получения блоков носит название майнинга. Раньше майнингом можно было заниматься на простом компьютере, подключенном к Интернету, но сейчас эта работа требует дорогого и сложного оборудования и огромных затрат электроэнергии. За гигантское энергопотребление биткоин часто подвергается критике как чрезмерное расточительство, однако именно необходимость таких трат и выступает главным защитником сети и активов в ней.

Proof-of-Stake. Это консенсус, на котором сейчас работает сеть Эфириум. Вообще, Эфириум начинался как PoW-сеть, но в 2022 году сообщество решило перейти на способ валидации PoS, который не требует больших энергозатрат и дорогой техники, но требует наличия нативных монет ETH. В этом способе подтверждения блоков награды начисляются валидаторам — владельцам нод, которые с помощью специального ПО заблокировали свои ETH, подтверждают и добавляют блоки в общую цепочку. Майнить новые ETH можно на обычном компьютере со специальным ПО, но для этого нужно какое-то количество ETH на кошельке.

Подробно о том, как легально добывать криптовалюту в России, в тексте ⟶ «Майнинг в законе»

Полностью ли защищен блокчейн?

Теоретически возможна ситуация, когда правила формирования новых блоков нарушаются и в цепочку включаются нелегитимные блоки (те, которые в нормальной ситуации не должны были быть включены). Как это можно сделать? Сначала поговорим про консенсус PoW. Допустим, какая-то группа людей получила вычислительные мощности, превышающие 50% от общей мощности сети. В этом случае участники этой группы будут иметь перевес в голосах и они, сговорившись, могут начать создавать и подтверждать блоки произвольно, не по правилам сети. Можно, например, отправлять с одного адреса одни и те же токены на разные адреса в разных транзакциях и все такие транзакции подтверждать. Тогда появится возможность расходовать токены дважды, трижды и так далее — то есть фактически приобретать новые токены из ниоткуда. В результате такого злонамеренного воздействия легитимные блоки будут отвергаться сетью, а нелегитимные — подтверждаться, что приведет к падению доверия к сети.

Описанная ситуация называется «Атака 51%» и теоретически возможна, однако потребует колоссальных финансовых затрат: нужно приобретать дорогое оборудование и тратить огромные объемы энергии на его работу. Для сравнения: сейчас сеть биткоина расходует 116 ТВт-ч электроэнергии в год, что сравнимо с годовым энергопотреблением 2600 таких городов, как Москва.

Приведенный выше вид атаки теоретически осуществим и в PoS-сетях, однако в них «козырной картой» будет являться 50% и более токенов ETH, сконцентрированных у одной группы людей, что потребует десятков миллиардов долларов.