Из чего состоит блок блокчейн. Что такое блокчейн? сложными математическими алгоритмами

Прошедший в июне 2017 года Петербургский международный экономический форум был посвящен развитию технологии блокчейн. Он собрал рекордное количество участников и привлек пристальное внимание руководства России. Понимая всю важность цифровой экономики и развития “высоких” технологий, Президент России Владимир Путин заинтересовался технологией blockchain и принял участие в дискуссии по этому вопросу. Разумеется, если руководители страны интересуются и уделяют внимание какому-то вопросу или технологии, то и многим рядовым пользователям хочется узнать, что это такое? Поэтому данная статья призвана объяснить простым и понятным языком, что это за технология, зачем она нужна, какие перспективы открывает ее использование?

Слово blockchain в переводе с английского означает «цепочка блоков». Впервые это понятие появилось как название распределенной базы данных, которая была реализована в . Блокчейн представляет собой способ хранения различных данных или цифровой реестр контрактов, сделок и транзакций. Иными словами, всего того, чему необходима отдельная независимая запись и, при необходимости, проверка. В нем можно сохранять данные о выданных кредитах, правах на собственность, нарушениях правил дорожного движения, бракосочетаниях и разводах. Одним словом, практически обо всем. Его главное отличие и неоспоримое преимущество заключается в том, что этот реестр не хранится в каком-то определенном месте. Он распределен по всему миру посредством нескольких сотен и даже тысяч компьютеров. В этой сети любой пользователь имеет возможность свободного доступа к актуальной версии реестра. Таким образом, он совершенно прозрачен абсолютно для всех участников.

Все сделанные цифровые записи соединяются в «блоки», которые потом с помощью сложных математических алгоритмов хронологически и криптографически связываются в «цепочку». Каждый такой блок соединен с предшествующим и содержит в себе определенный набор записей. Добавление новых блоков производится строго в конец цепочки.

Более упрощенно блокчейн можно представить в виде большой учетной книги, в которой фиксируется перемещение информации или средств с одного счета на другой. Все пользователи этой технологии обладают равноправным доступом к системе. Все сформированные в блоки данных операции сохраняются у всех участников сети, а каждый блок содержит ссылку в виде зашифрованных данных предшествующего блока.

Инфографик “Как работает блокчейн?”

Надежность и безопасность системы

Процесс шифрования или хеширование выполняет большое количество компьютеров, которые работают в одной сети. Если при их расчетах во всех получается одинаковый результат, то блок получает уникальную цифровую подпись – сигнатуру. Образование нового блока ведет к обновлению реестра и его уже никаким образом нельзя изменить. Это значит, что подделать его нельзя, а можно только добавлять новые записи. Важно запомнить, что обновление реестра на всех компьютерах в сети происходит одновременно.

Распределение баз данных blockchain среди множества компьютеров делает ее взлом хакерами невозможным. Ведь для этого они должны получить одновременный доступ к копиям базы данных на всех компьютерах сети. Технология также дает возможность обезопасить личные данные, ибо процесс хеширования необратим. Даже если получится изменить оригинальный документ или транзакцию, то они сразу же получат другую цифровую подпись, что просигнализирует о несоответствии в системе.

Зачем нужен майнинг и майнеры?

Идея технологии блокчейн достаточно проста. Это колоссальная база данных общего пользования, не имеющая централизованного руководства. Если взять всем известные сейчас , то проверкой их транзакций занимаются майнеры. Так называют участников системы, подтверждающих подлинность совершенных действий и формирующих из записей транзакций блоки.

Так как процесс майнинга сопровождается решением сложных математических задач, то в своем арсенале майнерам нужно иметь очень мощные компьютеры. В их руках и находится распределенная база данных, которая состоит из «цепочки блоков». Такой характер базы данных позволяет контролировать транзакции без участия каких-то финансовых регуляторов.

В последнее время многие из нас все чаще сталкиваются с таким понятием, как блокчейн. Это что за система? К сожалению, знают об этом далеко не все, хотя она имеет весьма перспективные шансы на развитие и внедрение в повседневную жизнь. Попробуем описать, что такое блокчейн, простыми словами. В довершение ко всему будет приведено несколько примеров использования новой технологии, а также рассмотрены преимущества и недостатки глобальной информационной структуры.

Блокчейн: это что такое?

Сама система появилась относительно недавно. Если пока не вникать в основные технические аспекты функционирования, технология блокчейн представляет собой четко структурированную базу данных с определенными правилами построения цепочек транзакций и доступа к информации, которая исключает кражу данных, мошенничество, нарушение имущественных прав и т. д.

Кроме того, при работе с ней задействованы всего две стороны, без привлечения посредников для проведения сделок любого типа. Если говорить о том, что такое блокчейн, простыми словами, технологию можно сравнить с неким прозрачным сейфом, скажем, из непробиваемого стекла, в который каждый зарегистрированный клиент (пользователь) может что-то положить. При этом все остальные видят, что именно туда кладется. А вот забрать что-то из сейфа можно только при наличии определенных прав доступа, грубо говоря, ключа, известного только тому, для кого он предназначен. Как уже понятно, взломать или разбить сейф нельзя. Но, на самом деле, это довольно примитивное сравнение.

В некотором смысле система блокчейн может быть представлена в виде некой глобальной книги, в которой математическими средствами описаны основные правила хранения и распределения информации, исключая к ней доступ извне даже на уровне зарегистрированных клиентов или администраторов. Нетрудно догадаться, что у этой системы нет какого-то одного управляющего как такового.

Как работает блокчейн?

Основным принципом функционирования новой технологии является прозрачность совершаемых операций с невозможностью их изменения лицами, не имеющими к ней санкционированного доступа. Родоначальницей считается система "Биткойн", в свое время созданная в виде саморегулирующейся криптовалюты, не требующей обслуживания финансовыми организациями или банками. Она использовала платформу блокчейн для учета транзакций любого типа. Похожим образом работает любой блокчейн-кошелек, например, та же система Qiwi.

Понять основные принципы функционирования глобальной базы данных можно на примере структуры ДНК. В ней имеется собственная цепочка блоков транзакций (сделок, платежей и т. д.). При этом после совершения и подтверждения любой транзакции (согласно установленным математическим правилам) в цепочку добавляется новый блок. И каждый такой блок, как и клетка ДНК, содержит информацию обо всей сети в целом. Таким образом, технология блокчейн изначально предопределяет невозможность добавления фальшивого блока или изъятия существующего, поскольку это сразу же будет видно во всей системе. Грубо говоря, нельзя в структуру добавить то, чего там быть не должно. При удалении блока система точно так же реагирует на изменение глобальной структуры. Вот и получается, что мошенничество, попытки несанкционированного вмешательства или то же пиратство исключены практически на все сто.

Основные сферы применения

На стадии своего появления технология блокчейн (от английского block chain) применялась исключительно для криптовалюты, а несколько позже была принята на вооружение некоторыми банковскими структурами.

Однако сегодня в своем развитии новая система проникает в нашу повседневную жизнь достаточно глубоко. Платформы для разработки бизнес-приложений на основе технологии блокчейн могут контролировать даже соблюдение авторских прав, отслеживание процессов производства того или иного товара на его соответствие заявленным стандартам, не говоря уже абсолютно обо всех финансовых операциях.

Основные платформы для построения бизнес-приложений

Среди наиболее продвинутых и часто используемых платформ, на основе которых могут создаваться программные продукты для бизнеса, можно отметить следующие:

EmcSSH.
EmcSSL.
Emc InfoCard.
EmcTTS.
Emc DPO.
Emc Atom.
Emc DNS.

Рассмотрим каждую из них отдельно.

EmcSSH

С точки зрения платформы EmcSSH, являющейся дополнительным расширением технологии SSH для администрирования сетей, блокчейн - это некое специализированное хранилище публичных ключей (паролей) и списков пользователей, имеющих право на санкционированный доступ.

Например, пользователь сети имеет доступ к нескольким машинам. Для этого используется защищенный паролем секретный файл ключа, хранимый в блокчейне, что исключает проявление хакерских атак, называемых MIM («человек посередине»). Если же случилось невозможное - файл украден, то пользователь моментально может поменять его на новый или заблокировать доступ.

Такая методика наиболее эффективна в тех случаях, когда требуется управление большим количеством серверов, сетью банкоматов, удаленными компьютерными терминалами и т. д. Что самое интересное, такой глобальный контроль можно осуществлять независимо от географического местоположения, причем с той же простотой, что и при работе в обычной локальной сети.

EmcSSL

Является расширением пользовательского протокола SSL. Для него блокчейн - это место хранения так называемых цифровых отпечатков сертификатов единичных юзеров или организаций.

При входе, например на сайт банка, и обмене информацией между пользователем и банковской интернет-системой авторизация юзера происходит именно на основе таких сертификатов, что делает невозможной кражу паролей, кодов или ключей третьими лицами. В случае утери клиентом сертификата процедура его восстановления упрощается достаточно сильно, хотя и имеет некоторые неудобства в плане накладываемых ограничений (услуга восстановления платная, а для самого процесса требуется достаточно много времени).

Emc InfoCard

Эта платформа в основе своей использует систему электронных визитных карточек, неразрывно связанных с пользовательскими сертификатами SSL. В отличие от последних, такие визитки удобны тем, что информацию, в них содержащуюся, можно изменять.

При входе на определенный интернет-ресурс, поддерживающий данную технологию (например, блокчейн-кошелек), авторизация происходит именно на основе виртуальной визитки, а информация из нее загружается автоматически. Удобство такой системы состоит в том, что при изменении данных в визитной карточке она меняется на всех ресурсах, где она зарегистрирована, одновременно и полностью в автоматическом режиме. Так что у пользователя отпадает всякая необходимость повторного заполнения регистрационных полей на огромном количестве сайтов вручную.

EmcTTS

Система TTS представляет собой средство фиксации размещаемых документов любого типа по времени с созданием отпечатка момента их публикации.

Такая технология незаменима в юридических вопросах, когда требуется доказать подлинность документа, контракта, патента или даже публикации авторских прав. По отпечатку времени можно совершенно просто проверить не только дату выдачи или опубликования, но и время с точностью до секунды. А в юриспруденции это иногда может сыграть ключевую роль.

Например, есть две компании, заключившие договор на предоставление каких-то услуг. Первая после подписания контракта сделала его публикацию с использованием технологии TTS. Вторая фирма об этом не знала, а спустя некоторое время начала самовольно вносить изменения в договор, сославшись на якобы утерянный собственный экземпляр, да еще и заявив, что некоторые пункты были прописаны в предлагаемой ею нынешней редакции. Нет ничего проще, чем доказать правоту первой компании по временному отпечатку публикации.

Emc DPO

Система DPO является еще одним ответвлением основной технологии, применяемым для доказательства прав на любое имущество в физическом или интеллектуальном выражении.

Проще говоря, на основе уникальных номеров или характеристик использование такой технологии и может подтвердить, например, право на владение автомобилем, домом или квартирой, земельным участком, программной разработкой и т. д. В равной степени можно использовать кадастровые номера, регистрационные свидетельства, серийные номера лицензий ПО, а в некоторых случаях, скажем, для недвижимости - место расположения и т. д. С такой системой и переоформление прав собственности производится очень просто. Достаточно в блокчейне произвести простейшую операцию по изменению данных. Как уже понятно, доступ к таким процессам могут получить только лица, имеющие на это право, а вмешательство извне исключается.

Emc Atom

Atom - система, предназначенная для заключения сделок между двумя сторонами без участия третьей или посредников.

Чтобы было понятно, в некоторых случаях при передаче прав собственности или заключении контрактов две стороны вынуждены обращаться к нотариусу, в юридическую контору, в банк и другие организации. В данной ситуации их участие не требуется. Регистрация в случае совершения сделки с имуществом, когда продавец получил деньги, а право собственности переоформлено на покупателя, и является подтверждением законности операции с предварительной проверкой права владения имуществом продавцом, а в дальнейшем - еще и с подтверждением права собственности нового владельца. Правда, использоваться такой подход может только в том случае, когда обе стороны доверяют друг другу безоговорочно.

Emc DNS

Наконец, еще одна платформа, представляющая собой альтернативную систему распределения доменных имен в сетях, препятствующая злоумышленникам, производящим атаки на DNS.

Считается, что с применением такой технологии любая распределенная сеть, завязанная на Интернете, становится практически неуязвимой.

Скоростные транзакции

Этот тип технологий предназначен для проведения микроплатежей с минимальными затратами и издержками. Такие расчеты могут иметь сверхмалые суммы (даже на доли копеек).

Поскольку все проводимые транзакции являются виртуальными, система позволяет снять всякие ограничения по быстродействию в так называемой метрике TPS, несмотря на то, что любой расчет имеет свою стоимость, выраженную либо в денежном эквиваленте, либо в потребляемых на его совершение ресурсах.

Преимущества и недостатки системы

Напоследок остается сказать, что у системы блокчейн преимущества выражены достаточно ярко. Самое главное в технологии - это безупречная надежность и, как утверждается, абсолютная безопасность. Несмотря на это, сегодня ведутся активные дебаты о целесообразности повсеместного внедрения такой технологии. Банкиры, к слову, не спешат ее использовать из-за низкой скорости работы, изначально зависящей от трафика, хотя и признают, что быстродействие имеет более низкий приоритет по сравнению с надежностью и защищенностью проводимых операций.

Зато любой потребитель с помощью технологии блокчейн может даже самостоятельно проверить качество покупаемого товара путем отслеживания всей цепочки производства и поставок, чтобы убедиться в том, что покупка действительно соответствует указанным стандартам.

Впрочем, говорить о глобальном внедрении этой технологии, появление которой, по мнению многих специалистов, сравнимо разве что с возникновением глобальной сети Интернет, пока еще рано. Да и приложений, созданных на ее основе, не говоря уже об организациях, которые их используют, еще не так много, как многим хотелось бы. Однако большинство экспертов склоняются к мысли, что блокчейн имеет большое будущее. Так это или нет, время покажет. Остается надеяться, что эту систему не постигнет участь криптовалюты биткойн, от которой недавно было решено отказаться.

Наверняка вы уже слышали термин «блокчейн», но, может быть, не обратили на него особого внимания, посчитав несерьёзным модным словечком или техническим жаргонизмом. Но мы считаем, что технология блокчейн - это прорыв с очень масштабными последствиями, которые затронут не только сферу финансов, но и многие другие отрасли. В этой статье мы расскажем, что такое блокчейн, простыми словами.

Блокчейн (цепочка блоков) - это распределённая база данных, у которой устройства хранения данных не подключены к общему серверу. Эта база данных хранит постоянно растущий список упорядоченных записей, называемых блоками. Каждый блок содержит метку времени и ссылку на предыдущий блок.

Применение шифрования гарантирует, что пользователи могут изменять только те части цепочки блоков, которыми они «владеют» в том смысле, что у них есть закрытые ключи, без которых запись в файл невозможна. Кроме того, шифрование обеспечивает синхронизацию копий распределённой цепочки блоков у всех пользователей.

Представьте себе цифровую историю болезни: каждая запись и есть такой блок. У этой записи есть метка: дата и время внесения. Изначально считается обязательным запрет на изменение записей задним числом, потому что нужно, чтобы записи о диагностике, лечении и т.д. не допускали разных толкований и оставались в исходном виде. К записям могут получить доступ только врач, у которого есть один закрытый ключ, и пациент, у которого есть другой. Затем к этой информации получат доступ только те, кому один из этих пользователей предоставит свой закрытый ключ (например, больница в целом или отдельный специалист). Так, например, может использоваться технология блокчейн в медицинской базе данных.

В технологию блокчейн изначально заложена безопасность на уровне базы данных. Концепцию цепочек блоков предложил в 2008 году . Впервые реализована она была в 2009 году как компонент цифровой валюты - биткоина, где блокчейн играет роль главного общего реестра для всех операций. Благодаря технологии блокчейн биткоин стал первой цифровой валютой, которая решает проблему двойных расходов (в отличие от физических монет или жетонов, электронные файлы могут дублироваться и тратиться дважды) без использования какого-либо авторитетного органа или центрального сервера.

Безопасность в технологии блокчейн обеспечивается через децентрализованный сервер, проставляющий метки времени, и одноранговые сетевые соединения. В результате формируется база данных, которая управляется автономно, без единого центра. Это делает цепочки блоков очень удобными для регистрации событий (например, внесения медицинских записей) и операций с данными, управления идентификацией и подтверждения подлинности источника.

Визуальное отображения децентрализованного биткоин-сервера

Как же работает технология блокчейн?

Иногда технологию блокчейн называют «интернетом ценностей», и мы считаем, что это хорошая метафора.

Каждый человек может разместить в интернете информацию, а затем другие люди могут получить к ней доступ из любой точки мира. Цепочки блоков позволяют отправлять в любую точку мира, где будет доступен файл блокчейна, какие-либо ценности. Но у вас должен быть закрытый ключ, созданный по криптографическому алгоритму, чтобы разрешить вам доступ только к тем блокам, которыми вы «владеете».

Предоставляя кому-либо свой закрытый ключ, вы по сути передаёте этому лицу денежную сумму, которая хранится в соответствующем разделе цепочки блоков.

В случае биткоинов такие ключи используются для доступа к адресам, по которым хранятся некоторые суммы в валюте, представляющие прямую финансовую ценность. Этим реализуется функция регистрации перевода средств - обычно такую роль выполняют банки.

Кроме того, реализуется ещё одна важная функция: установка отношений доверия и подтверждение подлинности личности, потому что никто не может изменять цепочку блоков без соответствующих ключей. Изменения, не подтверждённые этими ключами, отклоняются. Конечно, ключи (как и физическая валюта) теоретически могут быть украдены, но защита нескольких строк компьютерного кода обычно не требует больших затрат. (Сравните, например, с расходами на хранение золотого запаса в пресловутом Форт-Ноксе).

Это означает, что основные функции, выполняемые банками (проверка подлинности личности для предотвращения мошенничества и последующая регистрация сделок, после чего они становятся законными), могут выполняться цепочкой блоков быстрее и точнее.

В чём важность технологии блокчейн?

Сегодня мы уже привыкли делиться информацией через децентрализованную интерактивную платформу интернета. Но когда речь заходит о пересылке ценностей (денег), мы обычно вынуждены снова пользоваться услугами старых централизованных финансовых учреждений (банков). Да, методы платежей через интернет появились практически в момент рождения этой сети (наиболее очевидный пример - PayPal), но они, как правило, требуют интеграции с банковским счётом или кредитной картой, иначе их нельзя полноценно использовать.

Технология блокчейн предлагает заманчивую возможность избавиться от этого «лишнего звена». Она может взять на себя все три важные роли, которые традиционно играет сектор финансовых услуг: регистрация сделок, подтверждение подлинности личности и заключение контрактов.

Это будет иметь огромное значение, поскольку во всём мире рынок финансовых услуг - самый большой по рыночной капитализации. Перевод хотя бы части этой системы на технологию блокчейн приведёт к разрыву большого числа связей в сфере финансовых услуг, но одновременно позволит значительно повысить эффективность таких услуг.

Третья возможная роль этой технологии (заключение контрактов) может оказаться очень полезной и вне сектора финансов. Помимо ввода в обращение ещё одной валюты (биткоина), технология блокчейн может использоваться для хранения любого вида цифровой информации, включая компьютерный код.

Этот фрагмент кода можно запрограммировать так, чтобы он выполнялся, только когда обе договаривающиеся стороны вводят свои ключи, тем самым соглашаясь на заключение контракта. Этот же код может получать информацию из внешних потоков данных (цены на акции, метеорологические сводки, заголовки новостей и всё остальное, что может быть проанализировано компьютером) и составлять контракты, которые будут автоматически регистрироваться при выполнении определённых условий.

Этот механизм называется «умные контракты» (смарт-контракты), и возможности его применения практически бесконечны.

Например, интеллектуальная система терморегуляции может передавать данные об энергопотреблении в интеллектуальную электрическую сеть. При потреблении определённого количества электроэнергии другая цепочка блоков автоматически переводит нужную сумму с вашего счёта на счёт энергетической компании. В результате автоматизируются работа счётчика и процесс выставления счетов.

В нашем примере с медицинскими записями врач или пациент могут передать свой закрытый ключ медицинскому устройству, например монитору уровня сахара в крови. Тогда это устройство может автоматически, с соблюдением требований безопасности регистрировать значения уровня сахара в крови пациента, а затем, например, обмениваться данными с устройством для инъекций инсулина, которое будет на основании этих данных автоматически поддерживать нормальный уровень сахара.

Хотите больше новостей?

Транзакция считается завершённой и достоверной («подтверждённой»), когда проверены её формат и подписи, и когда сама транзакция объединена в группу с несколькими другими и записана в специальную структуру - блок . Содержимое блоков может быть проверено, так как каждый блок содержит информацию о предыдущем блоке. Все блоки выстроены в одну цепочку, которая содержит информацию обо всех совершённых когда-либо операциях в базе. Самый первый блок в цепочке - первичный блок (англ. genesis block ) - рассматривается как отдельный случай, так как у него отсутствует родительский блок .

Блок состоит из заголовка и списка транзакций. Заголовок блока включает в себя свой хеш , хеш предыдущего блока, хеши транзакций и дополнительную служебную информацию. В системе Биткойн первой транзакцией в блоке всегда указывается получение комиссии, которая станет наградой майнеру за созданный блок . Далее идёт список транзакций, сформированный из очереди транзакций, ещё не записанных в предыдущие блоки. Критерий отбора из очереди задаёт майнер самостоятельно. Это не обязательно должна быть хронология по времени. Например, могут включаться только операции с высокой комиссией или с участием заданного списка адресов. Для транзакций в блоке используется древовидное хеширование , аналогичное формированию хеш-суммы для файла в протоколе BitTorrent . Транзакции, кроме начисления комиссии за создание блока, содержат внутри параметра input ссылку на транзакцию с предыдущим состоянием данных (в системе Биткойн, например, даётся ссылка на ту транзакцию, по которой были получены расходуемые биткойны). Операции по передаче майнеру комиссии за создание блока не имеют «входных» транзакций, поэтому в данном параметре может указываться любая информация (для них это поле носит название англ. Coinbase parameter ).

Созданный блок будет принят остальными пользователями, если числовое значение хеша заголовка равно или меньше определённого целевого числа, величина которого периодически корректируется. Так как результат хеширования функции SHA-256 считается необратимым , на данный момент нет алгоритма получения желаемого результата, кроме случайного перебора. Если хеш не удовлетворяет условию, то в заголовке изменяется параметр nonce и хеш пересчитывается. Обычно (статистически) требуется большое количество пересчётов. Когда вариант найден, узел рассылает полученный блок другим подключенным узлам, которые проверяют блок. Если ошибок нет, то блок считается добавленным в цепочку и следующий блок должен включить в себя его хеш .

Величина целевого числа, с которым сравнивается хеш, в системе Биткойн корректируется через каждые 2016 блоков. Запланировано, что вся сеть системы Биткойн должна тратить на генерацию одного блока примерно 10 минут, на 2016 блоков - около двух недель. Если 2016 блоков сформированы быстрее, то цель немного уменьшается и достичь её становится труднее, в противном случае цель увеличивается. Изменение сложности вычислений не влияет на надёжность сети Биткойн и требуется лишь для того, чтобы система генерировала блоки почти с постоянной скоростью, не зависящей от вычислительной мощности участников сети .

Цепочка блоков

Блоки одновременно формируются множеством «майнеров ». Удовлетворяющие критериям блоки отправляются в сеть, включаясь во все репликации распределённой базы блоков. Регулярно возникают ситуации, когда несколько новых блоков в разных частях распределённой сети называют предыдущим один и тот же блок, то есть цепочка блоков может ветвиться. Специально или случайно можно ограничить ретрансляцию информации о новых блоках (например, одна из цепочек может развиваться в рамках локальной сети). В этом случае возможно параллельное наращивание различных ветвей. В каждом из новых блоков могут встречаться как одинаковые транзакции, так и разные, вошедшие только в один из них. Когда ретрансляция блоков возобновляется, майнеры начинают считать главной цепочку с учётом уровня сложности хеша и длины цепочки. При равенстве сложности и длины предпочтение отдаётся той цепочке, конечный блок которой появился раньше. Транзакции, вошедшие только в отвергнутую ветку (в том числе по выплате вознаграждения), теряют статус подтверждённых. Если это транзакция по передаче биткойнов, то она будет поставлена в очередь и затем включена в очередной блок. Транзакции получения вознаграждения за создание отсечённых блоков не дублируются в другой ветке, то есть «лишние» биткойны, выплаченные за формирование отсечённых блоков, не получают дальнейших подтверждений и «утрачиваются» .

Блокчейн формируется как непрерывно растущая цепочка блоков с записями обо всех транзакциях. Копии базы или её части одновременно хранятся на множестве компьютеров и синхронизируются согласно формальным правилам построения цепочки блоков. Информация в блоках не шифрована и доступна в открытом виде, но отсутствие изменений удостоверяется криптографически через хеш-цепочки (элемент цифровой подписи).

База публично хранит в незашифрованном виде информацию о всех транзакциях , подписываемых с помощью асимметричного шифрования . Для предотвращения многократной траты одной и той же суммы используются метки времени , реализованные путём разбиения БД на цепочку специальных блоков, каждый из которых, в числе прочего, содержит в себе хеш предыдущего блока и свой порядковый номер. Каждый новый блок осуществляет подтверждение транзакций, информацию о которых содержит и дополнительное подтверждение транзакций во всех предыдущих блоках цепочки. Изменять информацию в блоке, который уже находится в цепи, не практично, так как в таком случае пришлось бы редактировать информацию во всех последующих блоках. Благодаря этому успешная double-spending атака (повторная трата ранее израсходованных средств) на практике крайне маловероятна .

Чаще всего умышленное изменение информации в любой из копий базы или даже в достаточно большом количестве копий не будет признано истинным, так как не будет соответствовать правилам. Некоторые изменения могут быть приняты, если будут внесены во все копии базы (например, удаление нескольких последних блоков из-за ошибки в их формировании).

Для более наглядного объяснения механизма работы платёжной системы Сатоси Накамото ввёл понятие «цифровая монета » , определив его как цепочку цифровых подписей. В отличие от стандартизированных номиналов обычных монет, каждая «цифровая монета» имеет свой собственный номинал. Каждому биткойн-адресу может сопоставляться любое количество «цифровых монет». При помощи транзакций их можно делить и объединять, при этом сохраняется общая сумма их номиналов за вычетом комиссии.

До версии 0.8.0 для хранения цепочки блоков основной клиент использовал Berkeley DB , начиная с версии 0.8.0 разработчики перешли на LevelDB .

Подтверждение транзакций

Пока транзакция не включена в блок, система считает, что количество биткойнов на некоем адресе остаётся неизменным. В это время есть техническая возможность оформить несколько разных транзакций по передаче с одного адреса одних и тех же биткойнов разным получателям . Но как только одна из подобных транзакций будет включена в блок, остальные транзакции с этими же биткойнами система будет уже игнорировать. Например, если в блок будет включена более поздняя транзакция, то более ранняя будет считаться ошибочной. Есть небольшая вероятность, что при ветвлении две подобные транзакции попадут в блоки разных ветвей. Каждая из них будет считаться правильной, лишь при отмирании ветви одна из транзакций станет считаться ошибочной. При этом не будет иметь значения время совершения операции.

Таким образом, попадание транзакции в блок является подтверждением её достоверности вне зависимости от наличия других транзакций с теми же биткойнами. Каждый новый блок считается дополнительным «подтверждением» транзакций из предыдущих блоков. Если в цепочке 3 блока, то транзакции из последнего блока будут подтверждены 1 раз, а помещённые в первый блок будут иметь 3 подтверждения. Достаточно дождаться нескольких подтверждений, чтобы вероятность отмены транзакции стала очень низкой.

Для уменьшения влияния подобных ситуаций на сеть существуют ограничения на распоряжение только что полученными биткойнами. Согласно сервису blockchain.info , до мая 2015 года максимальная длина отвергнутых цепочек была 5 блоков . Необходимое число подтверждений для разблокирования полученного зависит от программы-клиента либо от указаний принимающей стороны. Клиент «Bitcoin-qt» для отправки не требует наличия подтверждений, но у большинства получателей по умолчанию выставлено требование 6 подтверждений, то есть реально воспользоваться полученным обычно можно через час. Различные онлайн-сервисы часто устанавливают свой порог подтверждений.

Биткойны, полученные за создание блока, протокол разрешает использовать после 100 подтверждений , но стандартная программа-клиент показывает комиссию через 120 подтверждений, то есть обычно воспользоваться комиссией можно примерно через 20 часов после её начисления.

«Двойное расходование»

Если контролировать более 50 % суммарной вычислительной мощности сети, то существует теоретическая возможность при любом пороге подтверждений одни и те же биткойны передать два раза разным получателям - одна из транзакций будет публичной и подтверждаться в общем порядке, а вторая не будет афишироваться, её подтверждения будут происходить блоками скрытой параллельной ветви. Лишь через некоторое время сеть получит сведения о второй транзакции, она станет подтверждённой, а первая утратит подтверждения и будет игнорироваться. В результате не произойдёт удвоения биткойнов , но изменится их текущий владелец, при этом первый получатель утратит биткойны без каких-либо компенсаций.

Открытость цепочки блоков позволяет внести в произвольный блок изменения. Но тогда потребуется пересчёт хеша не только изменённого блока, но и всех последующих. Фактически, для такой операции потребуется мощность не меньше той, которая была использована для создания изменённого и последующих блоков (то есть всей текущей мощности), что делает такую возможность крайне маловероятной.

На 1 декабря 2013 года суммарная мощность сети превысила 6000 THash/s . С начала 2014 года объединение майнеров (пул) Ghash.io длительное время контролирует свыше 40 % суммарной мощности сети «Биткойн», а в начале июня 2014 года в нём кратковременно концентрировалось более 50 % мощности сети .

Двойное расходование биткойнов на практике не было зафиксировано ни разу. На май 2015 года параллельные цепочки никогда не превышали 5 блоков .

Сложность

За требование к хешам блоков отвечает специальный параметр, называемый «сложность». Так как вычислительные мощности сети непостоянны, этот параметр пересчитывается клиентами сети через каждые 2016 блоков таким образом, чтобы поддерживать среднюю скорость формирования блокчейна на уровне 2016 блоков в две недели. Таким образом, 1 блок должен создаваться примерно раз в десять минут. На практике, когда вычислительная мощность сети растёт - соответствующие временные промежутки короче, а когда снижается - длиннее . Перерасчёт сложности с привязкой ко времени возможен благодаря наличию в заголовках блоков времени их создания. Оно записывается в Unix-формате по системным часам автора блока (если блок создается в пуле, то по системным часам сервера этого пула) .

Применение вне сферы криптовалют

В настоящее время к технологии блокчейн проявляют интерес представители самых различных сфер. При этом степень заинтересованности компаний в разных секторах экономики значительно варьируется. Финансовый сектор активно готовится к повсеместному внедрению блокчейна, тогда как производственные предприятия оставляют эту технологию без внимания .

Банковский сектор, инвестиции и биржи

В российском банковском секторе к технологии проявляют интерес такие компании как ВТБ и Сбербанк .

О разработках и планах использования технологии блокчейн заявили платёжные системы VISA , Mastercard , Unionpay и SWIFT .

Земельный реестр

В первом полугодии 2018 года будет проводиться эксперимент по использованию технологии блокчейн в целях мониторинга достоверности сведений Единого государственного реестра недвижимости (ЕГРН) на территории Москвы .

Удостоверение личности

В 2014 году основана компания Bitnation , предоставляющая услуги традиционного государства , такие как удостоверение личности , нотариат и ряд других .

Финляндия идентифицирует беженцев при помощи блокчейн-технологий .

В Эстонии работает блокчейн-система электронного гражданства .

Платёжное средство

Критика

Международная межбанковская система передачи информации и финансовых транзакций SWIFT заявила об опасности нереалистичных ожиданий в отношении ажиотажа вокруг технологий цепочки блоков и распределённых реестров в банковской среде .

Китайская академия информационных и коммуникационных технологий (CAICT) недавно завершила исследование блокчейн проектов и показала, что около 92% из них терпят неудачу, а средний срок реализации составляет 1,22 года.

Россия

В июле 2017 года в Новгородской области планировалась работа по запуску пилотного проекта по внедрению технологии блокчейн в работу Росреестра . В проекте должны были участвовать Внешэкономбанк и Агентство по ипотечному жилищному кредитованию .

19 октября 2017 года стало известно, что правительство Москвы готово предоставить Росреестру вычислительный сервер для внедрения технологии блокчейн при регистрации недвижимости.

См. также

Примечания

Merriam-Webster Dictionary , Oxford Dictionary .
, с. 2-3.
, с. 15.
Marco Iansiti and Karim R. Lakhani. The Truth About Blockchain (англ.) // Harvard Business Review : magazine. - 2017. - No. January-February 2017 issue . - P. 118-127 .
, с. 3.
Genesis Block, Block 0
, с. 4.
Finding 2016 Blocks (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Bitcoin Block Explorer - сайт, позволяющий просматривать цепочку блоков (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015. Архивировано 15 июля 2012 года.
, с. 5.
, с. 2.
The Mission to Decentralize the Internet , The New Yorker (12 декабря 2013). Дата обращения 30 декабря 2014. «The network’s „nodes“-users running the bitcoin software on their computers-collectively check the integrity of other nodes to ensure that no one spends the same coins twice. All transactions are published on a shared public ledger, called the „block chain“».
(неопр.) . Дата обращения 22 февраля 2013. 13 марта 2013 года.
Bitcoin is under attack (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Число брошенных блоков (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Bitcoin Developer Examples (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
(англ.) . Архивировано 21 мая 2013 года.
, с. 6-8.
Bitcoin Charts (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Bitcoin security guarantee shattered by anonymous miner with 51 % network power (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Графики изменения сложности сети Bitcoin (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
Bitcoin hash (англ.) . Дата обращения 21 декабря 2015.
«Наш ответ блокчейну»: российские банки намерены запустить свой аналог распределённого реестра (рус.) , CoinMarket.News (4 августа 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
(рус.) , CoinMarket.News (18 октября 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Visa планирует запатентовать собственную систему цифровых активов (рус.) , CoinMarket.News (21 августа 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Visa будет использовать блокчейн для международных платежей (рус.)
Mastercard разрабатывает собственную блокчейн-систему транзакций (рус.) , CoinMarket.News (22 сентября 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Mastercard запускает платежную сеть на блокчейне (рус.) . Хайтек. Дата обращения 3 ноября 2017.
Китайский гигант UnionPay работает над блокчейном для банкоматов (рус.) , CoinMarket.News (28 августа 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Межбанковская система Swift завершила тестирование смарт-контрактов на основе блокчейна (рус.) , CoinMarket.News (3 июля 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
«Единогласно»: SWIFT сообщает об успешном тестировании протоколов Proof-of-Concept (рус.) , CoinMarket.News (16 октября 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Nienhaus, Lisa . Kryptowährung: Der Blockchain-Code (de-DE), Die Zeit (28 февраля 2018). Дата обращения 28 февраля 2018.
(неопр.) (28 июля 2017).
Sweden tests blockchain technology for land registry , Reuters (16 июня 2016). Дата обращения 3 ноября 2017.
Государственный земельный кадастр Украины перешел на технологию Blockchain - ITC.ua (рус.) , ITC.ua (3 октября 2017). Дата обращения 13 декабря 2017.
Теперь официально: земельный реестр Дубая начал «переезд» в блокчейн (рус.) , CoinMarket.News (9 октября 2017). Дата обращения 3 ноября 2017.
Browne, Ryan . An Indian state wants to use blockchain to fight land ownership fraud , CNBC (10 октября 2017). Дата обращения 6 апреля 2018.

Созданный блок будет принят остальными пользователями, если числовое значение хеша заголовка равно или меньше определённого целевого числа, величина которого периодически корректируется. Так как результат хеширования функции SHA-256 считается необратимым , на данный момент нет алгоритма получения желаемого результата, кроме случайного перебора. Если хеш не удовлетворяет условию, то в заголовке изменяется параметр nonce и хеш пересчитывается. Обычно требуется большое количество пересчётов. Когда вариант найден, узел рассылает полученный блок другим подключенным узлам, которые проверяют блок. Если ошибок нет, то блок считается добавленным в цепочку и следующий блок должен включить в себя его хеш .