Что такое блокчейн: простыми словами о блокчейне в криптовалюте

Изучение блокчейна может показаться сложным. На самом деле, это технология, которая позволяет безопасно передавать данные и взаимодействовать через интернет. Не переживайте, мы объясним все простым языком.

Эта статья — ваш первый шаг в изучении блокчейна. Если вы хотите узнать, что такое Web3, начните именно с этого материала. Здесь мы разберем основы понятными примерами. Давайте начнем!

От финансов Медичи до Блокчейна: Как эволюция бухучета изменила мир финансов

Во времена Ренессанса могущественная семья Медичи из Флоренции, Италия, прославилась благодаря революционному подходу к финансам. Они ввели систему двойной записи и изменили мир торговли навсегда. Эта система обеспечивала прозрачность и подотчетность финансовых операций, снижая количество ошибок и мошенничества. Это было настоящим прорывом, который обеспечивал доверие к сделкам.

Инновации Медичи стали основой современных финансовых систем, подчеркивая важность надежного учета для записи транзакций.

Но что если бы у Медичи был не просто надежный, а невзломаемый журнал, который могли бы видеть все участники сделки (или вообще любой человек), при этом он был бы защищен от подделок? Что если бы этот журнал не существовал в одном месте, а распространялся по сети независимых хранителей данных?

Переносимся в 21-й век, и это уже не гипотетическая ситуация. Журнал Медичи стал тем, что мы теперь называем технологией блокчейн. Блокчейн выводит принципы двойной записи на новый уровень, используя современные методы криптографии и децентрализации.

Блокчейн — это система, в которой транзакции не просто записываются, но и проверяются огромной сетью компьютеров, создавая прозрачную и неизменную запись, практически невосприимчивую к мошенничеству. Это суть блокчейна — технологии, которая способна революционизировать то, как мы думаем о цифровых транзакциях и как с ними работаем, так же, как семья Медичи сделала для банковского дела в эпоху Ренессанса.

От системы двойной записи до технологии блокчейн

Со временем система учета Медичи была усовершенствована с использованием различных технологий и концептуальных нововведений, что в конечном итоге привело к созданию технологии блокчейн. Вот краткий обзор этой эволюции:

• Двойная запись (14-15 века): Семья Медичи, как и другие в эпоху Ренессанса в Италии, приняла систему двойной записи, в которой каждая транзакция записывалась в два счета: дебет на одном и кредит на другом. Эта система позволяла четко отслеживать движение денег и помогала снижать ошибки и мошенничество.
• Появление компьютеров (20 век): С изобретением компьютеров учетные системы были оцифрованы, что позволило ускорить обработку, хранение и извлечение финансовых данных. Это был первый шаг к переходу от физических книг учета к цифровым.
• Криптография (1970-е — 1980-е): Разработка асимметричной криптографии, или криптографии с открытым ключом, позволила безопасно передавать информацию через ненадежные каналы и обеспечила появление цифровых подписей. Это означало, что транзакции можно было безопасно проверять.

  

• Интернет (1990-е): Широкое распространение интернета изменило способы обмена данными и коммуникации, подготовив почву для создания глобальных, мгновенных и взаимосвязанных систем торговли и связи.
• Криптографические хеш-функции и деревья Меркла (конец 20 века): Эти технологии позволили эффективно и безопасно проверять большие объемы данных. Деревья Меркла, в частности, обеспечили быструю проверку данных в больших наборах, что стало ключевым компонентом технологии блокчейн.

  

• Peer-to-Peer, P2P сети (конец 20 века): Развитие P2P сетей для обмена файлами, таких как Napster и BitTorrent, показало, что распределенные системы могут работать без централизованного управления, где каждый узел сети выполняет роль и клиента, и сервера.
• Эксперименты с цифровыми валютами (1990-е — 2000-е): Разные попытки создания цифровых валют, такие как b-money и Bit Gold, предложили идеи создания, распределения и проверки цифровых денег без центрального эмитента. Однако эти системы не решали проблему двойного расходования.

Что такое проблема двойного расходования?

Проблема двойного расходования — это важный вызов для цифровых валют. В отличие от физических денег, которые нельзя просто скопировать, цифровые токены можно дублировать. Если в системе цифровой валюты нет защиты, один и тот же токен может быть использован в нескольких транзакциях, что подрывает доверие и целостность валюты.

В традиционных банковских системах эту проблему решают центральные органы (например, банк). Они ведут учет балансов и транзакций и проверяют каждую операцию, чтобы деньги не были потрачены дважды.

В случае с децентрализованной валютой, как Биткойн, где нет центрального органа для проверки транзакций, решение проблемы двойного расходования становится сложнее. Система должна иметь способ согласовать подлинность и порядок транзакций, чтобы гарантировать, что каждая единица валюты тратится только один раз.

Proof-of-Work алгоритмы (доказательства работы)/консенсуса (2000-е)

Концепция доказательства работы, изначально предложенная для борьбы с спамом, была адаптирована для создания механизма консенсуса, который может обеспечить безопасность децентрализованной сети и решить проблему двойного расходования, гарантируя, что каждая транзакция учитывается только один раз.

Что такое блокчейн?

Блокчейн — это децентрализованный, распределенный реестр, который записывает транзакции на нескольких компьютерах (узлах) таким образом, чтобы гарантировать безопасность, прозрачность и неизменность данных.

Он использует криптографическое хеширование и механизмы консенсуса, такие как Proof of Work (доказательство работы) или Proof of Stake (доказательство доли), для обеспечения целостности данных и предотвращения несанкционированных изменений.

Каждая запись, или «блок», связана с предыдущими, образуя цепочку, что делает историю всех транзакций постоянно видимой и проверяемой всеми участниками.

Давайте разберем каждый из этих ключевых терминов:

1. Блокчейн: Блокчейн — это система записи информации таким образом, чтобы ее было трудно или невозможно изменить, взломать или обмануть систему. Это цифровой реестр транзакций, который дублируется и распределяется по всей сети компьютеров в блокчейне.
2. Децентрализация: В контексте блокчейна децентрализация означает передачу контроля и принятия решений от централизованного органа (индивидуума, организации или группы) к распределенной сети. Это гарантирует, что ни один участник не будет иметь полного контроля над всей сетью.
3. Технология распределенных реестров (DLT): Это цифровая система для записи транзакций активов, в которой транзакции и их детали записываются одновременно в нескольких местах. В отличие от традиционных баз данных, распределенные реестры не имеют централизованного хранилища данных или административной функции.
4. Транзакции: В блокчейне транзакции — это действия, выполняемые в сети блокчейн, такие как передача стоимости, информации или прав. Эти транзакции группируются и записываются в блоки.
5. Узлы (Nodes): Узел — это компьютер, подключенный к сети блокчейн. Каждый узел имеет копию всего реестра блокчейн и участвует в распространении данных в сети. Узлы отвечают за валидацию и передачу транзакций, участвуют в процессе консенсуса и поддерживают целостность и безопасность блокчейна, обеспечивая децентрализацию сети, поскольку каждый узел действует независимо и имеет равные права для проверки и записи транзакций.
6. Безопасность: В контексте блокчейна безопасность относится к различным криптографическим методам и архитектуре блокчейна, которые обеспечивают безопасную запись транзакций и устойчивость сети к взломам и мошенничеству.
7. Прозрачность: Прозрачность в технологии блокчейн означает, что каждая транзакция публично записана в реестре и доступна для всех участников сети, что делает все данные в блокчейне доступными для отслеживания и аудита.
8. Неизменность: Неизменность в блокчейне означает, что после того, как транзакция записана в распределенный реестр, она не может быть изменена или удалена. Это фундаментальная особенность, которая обеспечивает целостность блокчейна и постоянство записанных данных.
9. Криптографическое хеширование: Это процесс, при котором с помощью алгоритма входные данные любого размера преобразуются в строку фиксированного размера, которая обычно представляет собой последовательность чисел. Этот хеш уникален для конкретных данных, что делает его надежным способом представления транзакций в блокчейне.
10. Механизмы консенсуса: Эти протоколы обеспечивают синхронизацию всех узлов между собой и согласие о правдивом состоянии распределенного реестра. Примеры: Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).
11. Proof of Work (PoW): Механизм консенсуса, требующий от участника сети решения сложной вычислительной задачи для добавления нового блока в блокчейн. Этот механизм используется для подтверждения транзакций и создания новых цифровых валют.
12. Proof of Stake (PoS): Альтернатива Proof of Work, этот механизм консенсуса позволяет участнику сети подтверждать транзакции блоков на основе количества монет, которыми он владеет. Это означает, что чем больше монет у майнера, тем больше у него мощности для майнинга.
13. Целостность данных: В блокчейне это означает точность и согласованность данных на протяжении всего их жизненного цикла. Это гарантирует, что данные не будут изменены или подделаны.
14. Блок: Блок в блокчейне — это набор записанных транзакций, объединенных в единый криптографически защищенный блок.
15. Цепочка (Chain): Цепочка в блокчейне — это серия блоков в определенном порядке. Каждый блок содержит ссылку на предыдущий, связывая их в хронологическую и нерушимую цепочку.
16. Проверяемость: Это означает, что данные, записанные в блокчейне, могут быть независимо проверены любым участником сети, что обеспечивает доверие и точность записанной информации.

Биткойн: Первая блокчейн-система (2008)

Сатоши Накамото объединил эти инновации, чтобы создать Биткойн — систему с безопасным, децентрализованным реестром транзакций. Этот реестр, или блокчейн, поддерживается на нескольких узлах сети без центрального органа. Это стало прорывом в учете, проверке и доверии к финансовым транзакциям.

Сеть Биткойн — это распределенный реестр, где все транзакции записываются хронологически и публично. Транзакции группируются в блоки, и каждый блок связан с предыдущим, образуя цепочку. Участники сети блокчейна (майнеры) решают сложные математические задачи, чтобы подтвердить транзакции и добавить новые блоки в цепочку. Как только блок добавляется, изменить его становится вычислительно невозможным, что защищает реестр от проблемы двойного расходования.

Как только транзакция подтверждена и добавлена в блокчейн, она становится необратимой. Эта неизменность гарантирует, что после того, как цифровой токен потрачен, его нельзя потратить снова, эффективно решая проблему двойного расходования в децентрализованной среде.

Цикл сети Bitcoin

Сеть Bitcoin использует механизм консенсуса Proof of Work (PoW) для подтверждения транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. Вот подробное описание этого процесса:

1. Инициация транзакции: Пользователи инициируют транзакцию, отправляя Bitcoin на адрес другого пользователя. Каждая транзакция содержит адреса кошельков отправителя и получателя, сумму перевода и цифровую подпись, созданную с помощью личного ключа отправителя.
2. Распространение транзакции: После создания транзакция транслируется в сеть Bitcoin. Узлы сети (любой компьютер с программным обеспечением Bitcoin и полной копией блокчейна) принимают и проверяют транзакцию. Они проверяют цифровую подпись и убеждаются, что у отправителя достаточно средств.
3. Сбор транзакций: Подтвержденные транзакции собираются в пул памяти (mempool). Mempool — это своего рода зона ожидания для транзакций, которые будут включены в следующий блок.
4. Формирование блока: Майнеры (особые узлы) выбирают транзакции из mempool для формирования нового блока. Майнеры обычно отдают предпочтение транзакциям с более высокими комиссиями. Каждый блок имеет ограниченную емкость, поэтому не все транзакции из mempool могут быть включены в следующий блок.
5. Доказательство работы (PoW): Чтобы добавить блок в блокчейн, майнеры должны решить сложную математическую задачу (PoW). Это включает в себя поиск хеша (решения математической задачи), который должен быть ниже определенного целевого значения. Этот процесс требует значительных вычислительных ресурсов и мощностей.
6. Проверка блока: После того как майнер успешно решает задачу PoW, новый блок транслируется в сеть. Другие узлы сети проверяют решение и подлинность транзакций в блоке (например, отсутствие двойных расходов).
7. Добавление блока в блокчейн: После проверки новый блок добавляется в существующий блокчейн. Каждый блок содержит ссылку на хеш предыдущего блока, создавая цепочку блоков. Это соединение обеспечивает безопасность и неизменность блокчейна.
8. Вознаграждение майнера: Майнер, который успешно добавил блок в блокчейн, получает вознаграждение в виде вновь созданных Bitcoin (блоковое вознаграждение) и комиссий за транзакции. Это мотивирует майнеров предоставлять свою вычислительную мощность для сети.
9. Обновление сети: После добавления блока обновленная версия блокчейна распространяется по сети. Каждый узел обновляет свою копию блокчейна, поддерживая согласованность и целостность сети.
10. Продолжение процесса: Процесс повторяется для создания каждого нового блока, примерно каждые 10 минут. Майнеры постоянно выбирают новые транзакции из mempool, и цикл решения PoW, проверки блоков и добавления их в блокчейн продолжается.

Этот процесс консенсуса обеспечивает надежную проверку и запись всех транзакций в сети Bitcoin, поддерживая децентрализованный, прозрачный и неизменный характер блокчейна.

От Bitcoin к Web3

Bitcoin — это в первую очередь одноранговая (P2P, peer-to-peer, от человека к человеку) сеть. Его основная цель — обеспечивать транзакции между участниками сети, при этом сохраняя децентрализованность и отсутствие необходимости в разрешениях.

Поскольку блокчейн Bitcoin предназначен для простых финансовых транзакций, он не поддерживает систему сложной программируемой логики или смарт-контрактов.

Смарт-контракты позволили бы пользователям создавать транзакции, которые выполняются только при соблюдении заранее определенных условий.

Поэтому Bitcoin не полностью соответствует концепции «Web3». Хотя он и представил идею децентрализованных транзакций и вдохновил на развитие технологии блокчейн, он не включает более широкие функциональные возможности, характерные для Web3.

Смарт-контракты и Web3

Web3, часто называемый третьим поколением интернета, представляет собой видение децентрализованной онлайн-экосистемы на основе блокчейна.

В отличие от нынешнего интернета (Web2), где данные и контент в основном контролируются централизованными организациями (такими как крупные технологические компании), Web3 предполагает интернет, ориентированный на пользователя, с децентрализацией, открытостью и большим контролем и удобством для пользователей.

Ethereum, созданный Виталиком Бутериным и другими, расширил концепцию блокчейна за пределы Bitcoin. Он предложил платформу, где разработчики могут создавать децентрализованные приложения (DApps) и смарт-контракты, что позволило создавать более сложные взаимодействия, чем просто криптовалютные транзакции.

Успех Ethereum показал, что технологии блокчейн имеют приложения, выходящие далеко за рамки финансовых транзакций. Они могут использоваться для децентрализованных финансов (DeFi), невзаимозаменяемых токенов (NFT), децентрализованных автономных организаций (DAO) и многого другого, воплощая принципы Web3.

Смарт-контракты сыграли ключевую роль в этой эволюции. Они позволяют создавать сложные соглашения и автоматизированные, доверительные взаимодействия в децентрализованной среде, что критически важно для широкого спектра функциональных возможностей, ожидаемых в Web3.

Смарт-контракты и Ethereum

Смарт-контракт — это самоисполняющееся соглашение, в котором условия договора между покупателем и продавцом прямо записаны в код. Этот код и содержащиеся в нем соглашения существуют в распределенной, децентрализованной сети блокчейна.

Ключевые характеристики и функции смарт-контрактов включают:

1. Автоматическое выполнение: Смарт-контракты автоматически выполняют, контролируют или документируют соответствующие события и действия в соответствии с условиями договора. Код активирует выполнение положений контракта, когда выполняются заранее определенные условия.
2. Децентрализация: Поскольку смарт-контракты развертываются в блокчейне, они наследуют свойства этой технологии, включая децентрализацию. Это означает, что ни одна сторона не контролирует выполнение контракта, что снижает риск манипуляций, мошенничества или вмешательства.
3. Прозрачность и неизменность: После создания смарт-контракт становится прозрачным для всех участников и не может быть изменен (неизменяем). Эта прозрачность гарантирует, что все стороны понимают условия контракта и не могут оспорить запрограммированные действия после их активации.
4. Безопасность: Смарт-контракты используют криптографическую безопасность, присущую блокчейн-технологии, что делает их защищенными от взлома и подделки. Это критически важно для доверия в транзакциях и соглашениях.
5. Эффективность и скорость: Смарт-контракты значительно сокращают время и усилия, затрачиваемые на традиционные процессы оформления контрактов, исключая необходимость в посредниках и уменьшая бумажную работу.
6. Экономичность: Смарт-контракты исключают необходимость в посредниках, таких как юристы и банки, что может привести к снижению транзакционных издержек.
7. Точность: Благодаря автоматизации процессов и снижению ручного вмешательства смарт-контракты минимизируют риск ошибок, которые часто встречаются при традиционной обработке контрактов.

Смарт-контракты имеют широкое применение, включая финансы (например, автоматизированные кредиты или страховые контракты), управление цепочками поставок, цифровую идентификацию, юридические процессы и другие области.

Компьютерный ученый Ник Сабо впервые предложил концепцию смарт-контрактов в 1990-х годах, но именно развитие и внедрение таких блокчейн-платформ, как Ethereum, привело к практическому применению смарт-контрактов.

Смарт-контракты считаются революционными, поскольку, впервые в истории человечества, люди могут заключать соглашения, которые не требуют доверия к противоположной стороне и не требуют третьих сторон-посредников для их выполнения.

Это делает выполнение контрактов гораздо более эффективным, дешевым и исключает необходимость доверять участникам, поскольку исполнение является автономным. Это снижает риск мошенничества и недобросовестных контрактных соглашений.

Ethereum

Ethereum — это децентрализованная, открытая блокчейн-система с функциональностью смарт-контрактов. Запущенная в 2015 году, Ethereum расширяет возможности Bitcoin, предоставляя платформу для создания децентрализованных приложений (DApps).

Криптовалюта Ethereum называется Эфир (ETH). Она революционизирует возможности блокчейна, предлагая гибкую среду для разработки различных приложений, используя безопасность и децентрализацию блокчейн-технологии.

Основные инновации Ethereum по сравнению с Bitcoin:

1. Смарт-контракты и EVM (Ethereum Virtual Machine)

Ethereum использует Ethereum Virtual Machine (EVM) — мощный, децентрализованный вычислительный движок, который интерпретирует и выполняет смарт-контракты.

EVM предоставляет разработчикам возможность создавать различные децентрализованные приложения (DApps) на платформе Ethereum, от финансовых сервисов и игр до сложных систем управления данными.

Смарт-контракты на Ethereum имеют высокую программируемость, автономность и могут взаимодействовать с другими контрактами и DApps.

2. Proof of Stake (PoS)

Ethereum перешел на механизм консенсуса Proof of Stake (PoS), известный как Ethereum 2.0. В отличие от Proof of Work (PoW), который используется в Bitcoin, PoS не требует энергоемкого майнинга.

Валидаторы выбираются для создания новых блоков и проверки транзакций на основе количества криптовалюты, которое они держат и готовы «ставить» в качестве залога.

PoS предлагает повышенную энергоэффективность, более быстрые транзакции и лучшую масштабируемость по сравнению с PoW.

3. Блокчейн нового поколения с программируемым слоем исполнения

Ethereum представляет собой значительную эволюцию по сравнению с Bitcoin и часто называют «Блокчейном 2.0».

В то время как блокчейн Bitcoin в основном записывает финансовые транзакции, блокчейн Ethereum функционирует как программируемый слой исполнения. На этом слое работают смарт-контракты, предлагая платформу, на которой разработчики могут писать и развертывать код, который выполняется автоматически при выполнении определенных условий.

Этот программируемый слой, находящийся поверх механизма консенсуса, открывает бесконечные возможности, превращая Ethereum в фундаментальную технологию для децентрализованных приложений и будущих инноваций в области блокчейна.

Для сравнения, хотя это несколько упрощенная аналогия, многие пользователи считают полезным рассматривать Bitcoin как «цифровое золото», а Ethereum — как «интернет». Bitcoin служит хранилищем ценности и платежной системой, в то время как Ethereum стремится поддержать следующее развитие интернета.

Резюме

Завершая эту статью по блокчейн-технологиям, важно отметить масштабный сдвиг, который эта инновация принесла в цифровой мир. От двойной записи Медичи до современных сложных блокчейн-сетей мы стали свидетелями удивительной эволюции в способах управления транзакциями и данными.

Блокчейн-технология, с её обещаниями децентрализации, прозрачности и безопасности, — это не просто технологический прогресс, а сдвиг парадигмы в том, как мы воспринимаем доверие и обмен ценностями в цифровую эпоху.

Для новичков, входящих в мир блокчейна, важно понимать, что это путешествие похоже на исследование новой территории. Концепции криптовалют, смарт-контрактов и децентрализованных приложений — это только начало.

По мере того как блокчейн-технологии будут развиваться, они, безусловно, откроют новые возможности и вызовы. Потенциал блокчейна для революции в различных отраслях огромен, но так же велика потребность в ответственном и информированном подходе к этой технологии.

Часто задаваемые вопросы