Блокчейн：перевизначення інфраструктури цифрових交易

Підсумок ключових моментів

• Блокчейн є розподіленим цифровим реєстром, який безпечно записує дані транзакцій у глобальній комп'ютерній мережі, що має революційне значення в порівнянні з традиційними банківськими системами.
• Завдяки криптографії та механізму консенсусу, блокчейн забезпечує незмінність даних, як тільки інформація була зафіксована, її неможливо змінити.
• Блокчейн не лише підтримує екосистему криптовалют, таку як біткоїн, ефір тощо, але й широко застосовується у багатьох сферах, таких як управління ланцюгами постачання, охорона здоров'я, системи голосування, надаючи прозорість, безпеку та довіру у всіх галузях.

Початок технічної революції

Технологія блокчейн вже глибоко змінила багато галузей, особливо фінансову. На відміну від централізованої моделі управління традиційними банками, блокчейн вводить абсолютно нову парадигму: децентралізовану, прозору та безпечну механізм управління даними та транзакціями. Хоча ця технологія спочатку була розроблена як інфраструктура для таких криптовалют, як біткоїн, її застосування вже значно перевищує обмеження фінансової сфери, охоплюючи багато інших галузей, таких як відстеження постачання, медичні записи, електронне голосування тощо.

Суть блокчейну

Що таке блокчейн?

Блокчейн по суті є особливим типом системи бази даних. Це децентралізований цифровий реєстр, який спільно підтримується глобальною розподіленою мережею комп'ютерів. Дані в блокчейні організовані в блоки, які розташовані в хронологічному порядку та захищені за допомогою криптографічних технологій. Така структура забезпечує прозорість, безпеку та незмінність даних.

Якщо блок підтверджено та додано до блокчейну, дані, що зберігаються в ньому, майже неможливо змінити. Це відрізняється від традиційної банківської системи — традиційні банки покладаються на центральний орган для управління та перевірки транзакцій, тоді як децентралізована архітектура блокчейну усуває залежність від єдиного авторитету. У блокчейні учасники можуть здійснювати транзакції безпосередньо один з одним без залучення третіх осіб.

Хоча існує багато типів блокчейнів з різними рівнями децентралізації, термін “блокчейн” зазвичай відноситься до децентралізованої цифрової книги, що використовується для запису транзакцій з криптовалютою.

Від технічної історії до прикладної реальності

Концепція блокчейну не є похідною від криптовалют. Ще на початку 90-х років минулого століття комп'ютерний вчений Стюарт Хабер (Stuart Haber) та фізик В. Скотт Сторнета (W. Scott Stornetta) використали криптографічні технології для створення блокчейну, щоб захистити цифрові документи від зміни даних. Ця фундаментальна робота надихнула багатьох дослідників криптографії та комп'ютерних експертів, що врешті-решт призвело до народження першої криптовалюти, яка використовує технології блокчейну — біткоїна.

Відтоді темп прийняття блокчейну зріс експоненційно, криптовалюта стала основним явищем в усьому світі. Хоча блокчейн-технології в основному використовуються для запису транзакцій з криптовалютою, вони також підходять для багатьох інших форм цифрових даних та можуть бути розширені для застосування в численних практичних ситуаціях.

Основні характеристики блокчейну

децентралізований

Інформація зберігається в мережі, що складається з великої кількості комп'ютерів (так званих “вузлів”), а не на єдиному центральному сервері. Великі децентралізовані мережі, такі як біткоїн, мають надзвичайну стійкість до атак. На відміну від цього, традиційні банківські системи покладаються на централізовані сервери, що робить їх потенційним джерелом єдиної точки відмови.

Прозорість

Більшість блокчейн-мереж є відкритими, що означає, що всі учасники мають доступ до однієї й тієї ж бази даних. Інформація про транзакції видима для кожного учасника мережі, ця прозорість ускладнює приховування шахрайських дій.

Непідробність даних

Якщо дані були додані до блокчейну, їх не можна змінити без отримання більшості консенсусу мережі. Це контрастує з традиційними банківськими системами, де адміністратори можуть мати право змінювати історію транзакцій.

Захист даних

Криптографія та механізми консенсусу забезпечують потужний захист даних, значно знижуючи ризик їхнього підроблення та фальсифікації.

Ефективність операцій

Завдяки усуненню проміжних етапів, блокчейн може забезпечити швидшу швидкість транзакцій та нижчі витрати. Обробка транзакцій в основному відбувається в режимі реального часу, тоді як традиційні банківські міжнародні перекази можуть займати кілька днів.

Значення децентралізації в блокчейні

У контексті блокчейну децентралізація означає, що контроль та прийняття рішень у мережі розподілені між численними учасниками, а не зосереджені в руках однієї сутності (такої як уряд, банк або компанія).

У децентралізованій блокчейн-мережі немає жодного центрального органу влади або посередників, які б управляли потоком даних або процесами транзакцій. Натомість транзакції перевіряються та записуються розподіленою мережею комп'ютерів, які співпрацюють для підтримки цілісності мережі. Ця структура є принциповим контрастом до традиційної банківської системи.

Механізм роботи блокчейну

Основні принципи

Блокчейн по суті є цифровим реєстром, який без можливості зміни безпечно записує транзакції між двома сторонами. Ці транзакційні дані записуються та перевіряються глобальною мережею комп'ютерів (вузлів).

Коли Аліса надсилає біткоїни Бобу, ця транзакція транслюється в усю мережу. Кожен вузол аутентифікує цю транзакцію, перевіряючи цифрові підписи та інші дані транзакції. Після завершення перевірки транзакція разом з іншими транзакціями буде додана до блоку. Кожен блок можна розглядати як сторінку цифрового реєстру.

Ці блоки зв'язані між собою за допомогою криптографічних методів, утворюючи блокчейн (ланцюг блоків). Процес верифікації транзакцій і додавання блоків здійснюється через механізм консенсусу, який є набором правил, що визначають, як вузли мережі досягають згоди щодо стану блокчейну та дійсності транзакцій.

Повний процес торгівлі

Перший крок: ініціалізація та поширення угоди

Коли транзакція ініціюється (наприклад, переказ криптовалюти), вона транслюється в мережу вузлів. Кожен вузол використовує заздалегідь визначені правила для перевірки цієї транзакції.

Другий етап: Склад блоків

Верифіковані транзакції збираються в один блок. Кожен блок містить:

• Дані угод (наприклад, деталі переказу)
• Мітка часу
• Криптографічне хеш-значення (унікальний ідентифікатор, створений за допомогою хеш-алгоритму)
• Хеш-значення попереднього блоку (це ключ до з'єднання блоків у ланцюг)

Третій крок: верифікація консенсусу

Щоб додати новий блок до блокчейну, учасники мережі повинні досягти згоди щодо його дійсності. Цей процес верифікації реалізується за допомогою специфічного алгоритму консенсусу, основними з яких є доказ роботи (PoW) та доказ частки (PoS).

Четвертий крок: ланцюгова структура блокчейну

Після завершення верифікації блок додається до блокчейну. Кожен наступний блок буде посилатися на попередній блок, формуючи таким чином непорушну структуру. Будь-хто, хто хоче змінити блок, повинен одночасно змінити всі наступні блоки, що технічно майже неможливо і надзвичайно дорого.

П'ятий крок: відкритість і прозорість

Іншою ключовою особливістю блокчейну є його відкритість. Зазвичай будь-хто може перевірити дані на блокчейні через публічні платформи, такі як блокчейн-оглядачі, включаючи всі дані транзакцій і деталі блоків. Наприклад, ви можете переглянути всі транзакції, зафіксовані в мережі біткоїн, включаючи адреси гаманців відправника і отримувача, суму переказу та іншу інформацію. Ви навіть можете відстежити всі блоки біткоїн до генезис-блоку (першого блоку).

Криптографія: безпечний фундамент блокчейну

Криптографія є важливою для підтримки безпеки, прозорості та незмінності записів транзакцій у блокчейні. Хеш-функція є одним із найважливіших криптографічних методів у блокчейні. Це криптографічний процес, який перетворює вхідні дані довільної довжини в рядок фіксованої довжини.

Хеш-функції, що використовуються в блокчейні, зазвичай мають властивість стійкості до колізій, що означає, що ймовірність знайти два різних набори даних, які дають один і той же вихід, майже дорівнює нулю.

ефект лавини

Іншою важливою криптографічною особливістю блокчейну є ефект лавини, який вказує на те, що незначні зміни вхідних даних можуть призвести до абсолютно різних вихідних результатів. Наприклад, у випадку з функцією SHA256, що використовується в біткоїні, навіть зміна регістра букв може призвести до принципових змін у вихідному результаті.

Хеш-функція є односторонньою функцією, тобто обчислити вихідне хеш-значення з оригінальних вхідних даних є непрактичним.

Кожен блок у блокчейні безпечно містить хеш-значення попереднього блоку, створюючи міцний блокчейн. Будь-хто, хто хоче змінити блок, повинен змінити всі наступні блоки, що є надзвичайно складним з технічної точки зору і дуже витратним.

відкритий ключ криптографії

Іншим широко використовуваним криптографічним методом у блокчейні є криптографія з відкритим ключем (також відома як асиметрична криптографія), яка допомагає встановити безпечні та перевіряємі транзакції між користувачами. Принцип дії такий: кожен учасник має пару унікальних ключів, включаючи секретний приватний ключ і відкритий ключ, що ділиться публічно.

Коли користувач ініціює транзакцію, він підписує транзакцію за допомогою приватного ключа, створюючи цифровий підпис. Інші користувачі в мережі можуть використовувати публічний ключ відправника для перевірки автентичності транзакції. Цей спосіб забезпечує безпеку транзакцій, оскільки тільки законний власник приватного ключа може авторизувати транзакцію, а будь-хто може перевірити підпис за допомогою публічного ключа.

Механізм консенсусу: основа координації мережі

Алгоритм узгодження - це механізм, який дозволяє користувачам або машинам координуватися в розподіленому середовищі. Він має забезпечити, щоб усі учасники системи змогли досягти згоди щодо єдиного істинного джерела, навіть якщо деякі учасники виходять з ладу.

Механізм консенсусу забезпечує наявність однакових копій бухгалтерської книги у всіх вузлах мережі, в якій записані всі транзакції. Коли десятки тисяч вузлів володіють копіями даних блокчейну, швидко виникають різні виклики, такі як проблеми з узгодженістю даних та загрози з боку зловмисних вузлів.

Щоб забезпечити цілісність блокчейну, існує кілька механізмів консенсусу, які визначають, як мережеві вузли можуть досягти згоди щодо стану блокчейну.

Доказ роботи (PoW)

Доказ роботи є механізмом консенсусу, який використовується в багатьох мережах блокчейн для перевірки транзакцій та підтримки цілісності мережі. Це оригінальний механізм консенсусу, який використовує біткоїн.

У рамках PoW майнери змагаються один з одним, щоб вирішити складну математичну задачу, щоб здобути право додати наступний блок до блокчейну. У процесі, що називається майнінгом, перший, хто вирішить задачу, отримає винагороду у вигляді криптовалюти. Майнери повинні використовувати потужні комп'ютери для вирішення математичних задач, видобутку нової криптовалюти та забезпечення безпеки мережі. Саме тому процес майнінгу вимагає значних обчислювальних ресурсів та енергії.

Докази прав власності (PoS)

Доказування частки (PoS) – це механізм консенсусу, який має на меті вирішення деяких недоліків доказу роботи. У системі PoS валідатори блоків не повинні змагатися за розв'язання складних математичних задач, а вибираються на основі кількості криптовалюти, яку вони “заблокували” (стейкнули) в мережі.

Права представляють собою кількість криптовалюти, яку валідатор утримує як заставу. Валідатори PoS зазвичай вибираються випадковим чином на основі розміру своїх прав для створення нових блоків і перевірки транзакцій. Вони отримують винагороду, стягують комісії за транзакції, що спонукає їх діяти відповідно до інтересів мережі. Якщо вони діють неналежним чином, то ризикують втратити свою заставлену криптовалюту.

Інші механізми консенсусу

Доказ роботи та доказ частки є найпоширенішими алгоритмами консенсусу, але існує багато інших типів. Деякі з них є гібридними системами, які поєднують елементи обох методів, тоді як інші використовують зовсім інші підходи.

Наприклад, делеговане доказательство частки (DPoS) схоже на PoS, але відрізняється тим, що не всі валідатори мають право створювати нові блоки, а замість цього власники токенів обирають меншу групу делегатів, які представляють їх у виконанні цього повноваження.

У порівнянні, валідатори в авторитетному підтвердженні (PoA) обираються на основі їхньої репутації або ідентифікації, а не кількості криптовалюти, якою вони володіють. Валідатори обираються на основі їхньої надійності, і якщо вони діють неналежним чином, їх можуть виключити з мережі.

Типи розподілу блокчейн-мереж

публічний блокчейн

Публічний блокчейн — це відкритий децентралізований мережевий простір, до якого може приєднатися будь-хто, хто бажає взяти участь. Ці мережі зазвичай є відкритими, прозорими та не вимагають дозволу, що означає, що будь-хто може отримати доступ і використовувати їх. Біткоїн та Ефір є типовими представниками публічних блокчейнів.

приватний блокчейн

Як випливає з назви, приватний блокчейн – це блокчейн-мережа, що не є відкритою для публіки. Приватний блокчейн зазвичай управляється єдиним суб'єктом (наприклад, підприємством) і використовується для внутрішніх цілей і специфічних завдань. Приватний блокчейн є середовищем, що потребує дозволів, з чіткими правилами, що визначають, хто може переглядати та записувати дані в ланцюг. Це не децентралізовані системи, оскільки існує чітка ієрархія контролю. Однак, оскільки багато вузлів мають копії ланцюга, ці системи можуть бути розподіленими.

Альянс блокчейн

Ланцюг блокчейнів альянсу є змішаним типом публічних і приватних блокчейнів. У ланцюзі блокчейнів альянсу кілька організацій об'єднуються для створення спільної мережі блокчейнів, яка спільно управляється та контролюється кількома сторонами. Ці мережі можуть бути відкритими або закритими, залежно від потреб членів альянсу.

У альянсному блокчейні між абсолютно відкритою системою (будь-хто може перевірити блоки) і абсолютно закритою системою (один суб'єкт визначає виробників блоків) обирається середній шлях: кілька рівноправних учасників виконують роль валідаторів. Правила системи є гнучкими: видимість блокчейну може бути обмежена лише валідаторами, уповноваженими особами або всіма. Якщо валідатори досягнуть консенсусу, зміни можна легко впровадити. Якщо певний відсоток валідаторів в альянсі дотримується чесної поведінки, система не зіткнеться з проблемами.

Реальні сценарії застосування блокчейну

Хоча технологія блокчейн все ще перебуває на відносно початковій стадії, вона вже знайшла реальні застосування в численних сферах. Найпоширенішими застосуваннями є:

торгівля криптовалютою

Технологія блокчейн спочатку була розроблена для підтримки створення криптовалют і виступає як безпечний і децентралізований реєстр для запису транзакцій. Традиційні міжнародні грошові перекази залучають безліч посередників і високі витрати, тоді як блокчейн забезпечує більш швидкі, дешевші та прозорі міжнародні перекази. Окрім як засобу зберігання вартості, багато людей використовують біткойн та інші криптовалюти для глобальних грошових переказів.

смарт-контракт

Розумні контракти – це самовиконавчі контракти, які можна програмувати для автоматичного виконання при виконанні певних умов. Технологія блокчейн дозволяє створювати та виконувати розумні контракти безпечно та децентралізовано. Одне з найпопулярніших застосувань розумних контрактів – це децентралізовані додатки (DApps) та автономні організації (DAOs), які складають важливу частину платформ децентралізованих фінансів (DeFi). Платформи DeFi використовують технологію блокчейн для надання фінансових послуг, таких як кредитування, фінансування та торгівля, без необхідності покладатися на традиційні фінансові установи, що демократизує використання фінансових інструментів.

Токенізація активів

Фізичні активи (такі як нерухомість, акції або мистецькі твори) можуть бути токенізовані (перетворені на цифрові токени на блокчейні). Це може підвищити ліквідність активів і розширити можливості інвестування.

цифрова ідентифікація

Блокчейн може бути використаний для створення безпечних і незмінних цифрових ідентичностей, що можуть бути використані для перевірки особистої інформації та інших чутливих даних. Зі зростанням цифровізації нашої особистої інформації та активів важливість таких застосувань буде постійно зростати.

електронна система голосування

Завдяки наданню децентралізованого та незмінного запису всіх голосувань, технологія блокчейн може бути використана для створення безпечної та прозорої системи голосування, усунувши можливість виборчих шахрайств і забезпечивши цілісність голосування.

Управління ланцюгом постачання

Блокчейн може бути використаний для створення повного запису всіх транзакцій у постачальницькому ланцюзі. Кожна транзакція (або група транзакцій) може бути зафіксована як блок у блокчейні, створюючи незмінний і прозорий запис усього процесу постачальницького ланцюга.

Перспективи блокчейн-технологій

Технологія блокчейн забезпечує безпечний і прозорий спосіб запису транзакцій та зберігання даних. Це технологія, яка змінює кілька галузей, приносячи новий рівень довіри та безпеки у цифровий світ.

Незалежно від того, чи мова йде про реалізацію однорангових транзакцій, створення нових форм цифрових активів чи сприяння розвитку децентралізованих застосунків, технологія блокчейн відкриває безмежні можливості. З постійним розвитком цієї технології та її ширшим впровадженням ми можемо очікувати появи більшої кількості інноваційних сценаріїв застосування в найближчі кілька років.