Что такое блокчейн?
Технология блокчейн предоставила новый способ организации и обработки платежных данных, благодаря которому организации смогли создавать автономные децентрализованные сети без необходимости привлечения посредников в лице банков и центров обработки данных.
Разбираемся, что это такое, как работает и какие типы блокчейнов бывают, в чем особенности и недостатки у данной разработки, а также какую практическую ценность представляет эта технология.
Что такое блокчейн
Блокчейн — это распределенная база данных, которой управляет сеть независимых и равноправных компьютерных узлов. Как следует из названия, записи в блокчейне составляют целостную цепочку связанных между собой блоков, внутри которых содержится информация о транзакциях — от начала и до конца.
Одним из главных атрибутов блокчейна является криптографическая безопасность. Это значит, что для доступа к данным нужны ключи шифрования: открытый (публичный) и закрытый (приватный). Публичный ключ представляет собой адрес в децентрализованной сети, а закрытый — ключ аутентификации для личного кошелька, где пользователь хранит свою криптовалюту.
В чем отличие блокчейна от криптовалюты?
Простыми словами, криптовалюта — это платежная единица, в которой производятся расчеты. А блокчейн — платежная система, определяющая механизмы работы транзакций, то есть выполняющая роль автономного банка.
Как работает блокчейн
Итак, блокчейн состоит из последовательных связанных между собой элементов — блоков. Чтобы легче понять само определение, представьте сухогруз, который последовательно заполняется пронумерованными контейнерами. В нашем случае каждый последующий контейнер будет хранить запись о состоянии предыдущего.
Каждый контейнер состоит из транзакций: пусть это будут коробки. Как только он будет полностью заполнен коробками, большая группа рабочих — майнеров — запечатывает его и кладет в сухогруз. Этот процесс называется добычей блока. Отметим, что перед складированием каждый из рабочих фиксирует количество и размер коробок в контейнере. Параметры будут утверждены, если с ними согласны большинство рабочих.
Рабочие договариваются между собой, чтобы утвердить содержимое контейнера и добавить его в сухогруз, основываясь на конкретном алгоритме консенсуса. В сети Биткоин — это «доказательство работы» или Proof-of-Work (PoW). Но бывают и другие:
- Proof-of-Stake (PoS);
- Delegated Proof-of-Stake (DPoS);
- Proof-of-Activity (PoA);
- Proof-of-Authority (PoA);
- Proof-of-Burn (PoB).
Как только контейнер попадает на сухогруз, его больше не получится вскрыть, чтобы изменить количество и состав груза. Транзакции в блокчейне действительно необратимы, при условии, что часть рабочих не создала отдельную, превышающую численностью группу.
Чтобы афера удалась, нужно подменить сухогруз идентичными, но с другим составом контейнерами, и сговориться с большинством рабочих, чтобы они подтвердили наличие «верного» содержимого. Эта операция получила название «Атака-51»: если один майнер получил более половины от совокупной мощности (хешрейта) вычислительной сети, он сможет создать параллельный блокчейн и подменить транзакции.
В иных случаях, если часть рабочих попытается подменить груз, то большинство просто не позволят этого сделать, ведь у них хранятся записи о количестве и составе коробок в контейнере.
Стоит также сказать, что любой человек может свободно ходить по сухогрузу и «просвечивать» содержимое контейнеров, получая информацию о коробке: ее отправителе и получателе, дате и времени.
История развития и виды блокчейнов
Основные принципы, заложенные в технологии блокчейн, были описаны еще в 1960—1970 годах. Немного позже была предложена первая концепция децентрализованного протокола криптографа Дэвида Чаума. В 1991 году ученые Стюарт Хабер и У. Скотт Сторнетт не только описали, но и запатентовали механизм последовательного создания и хеширования блоков. Под хешированием понимают преобразование любого размера данных в строку фиксированной длины (хеш).
Описанные ранее принципы и были заложены в основу первого успешно реализованного блокчейна под названием Bitcoin, который был создан человеком или группой лиц под псевдонимом Сатоши Накамото в 2008 году — спустя четыре года после истечения срока патента технологии Стюарта Хабера и У. Скотта Сторнетта.
Биткоин основан на блокчейне первого поколения, созданного с целью изменить устоявшуюся финансовую систему, подконтрольную банкам и регуляторам. Философия Биткоина заключается в проведении транзакций без идентификации, не полагаясь на любые иные централизованные организации вроде банков.
Блокчейны второго поколения
Блокчейн Биткоина стал первой успешной реализацией технологии, однако и он имел свои недостатки и ограничения. Пользователи смогли беспрепятственно отправлять друг другу криптовалюту, но заключать двусторонние сделки без участия посредника все еще было нельзя.
В 2015 году Виталик Бутерин совместно с другими разработчиками представили блокчейн второго поколения на основе смарт-контрактов — автономных программ, которые проверяют условия сделки, заключенной между двумя сторонами, и при соблюдении исполняют ее. Ethereum заложил основу для развития Web3 индустрии — третьего поколения интернета, работающего на блокчейне c экономикой токенов.
На базе Ethereum стало возможно создавать децентрализованные приложения (DApps) — отдельные проекты, которые используют базовый блокчейн для работы. Примеры:
- Децентрализованная биржа Uniswap и агрегатор 1inch;
- Кредитные протоколы Aave и Compound;
- Блокчейн-игра CryptoKitties;
- NFT-маркетплейсы OpenSea и Rarible;
- Лаунчпады для проведения первичных продаж токенов (IDO).
Для каждого DApp-приложения разработчики могут выпустить свой собственный токен, для которого в сети Ethereum предусмотрен специальный стандарт — ERC-20. Функционал актива можно сделать любым, но для оплаты газа (комиссий), необходимого для совершения любых транзакций, используются только монеты базовой сети — ETH.
Помимо ERC-20, в Ethereum представили еще один стандарт для создания уникальных невзаимозаменяемых токенов (NFT) — ERC-721. В виде NFT стало возможным представить практически любой объект с уникальными свойствами: сертификаты, право интеллектуальной собственности, предметы искусства, недвижимое и движимое имущество.
Спустя некоторое время оказалось, что у Ethereum были те же проблемы, что и у блокчейна Bitcoin: низкая пропускная способность и отсутствие масштабируемости, приводящие к медленным и дорогим транзакциям при высокой загруженности. Блокчейн Bitcoin обрабатывает только 7 транзакций в секунду, а Ethereum — 15.
Примечание: в 2022 году разработчики Ethereum активировали обновление The Merge, в результате которого блокчейн перешел на алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (PoS). Теперь вместо майнеров блоки формируют валидаторы, которые резервируют монеты ETH, не прибегая к использованию дорогостоящего и энергозатратного майнингового оборудования. Кстати, новая сеть Ethereum теперь относится к блокчейнам третьего поколения.
Блокчейны третьего поколения
На сегодняшний день это последнее поколение блокчейнов, которых объединяет желание добиться высокой степени масштабируемости, производительности и безопасности без ущерба децентрализации.
Еще одной проблемой блокчейнов предыдущих поколений стала их изолированность, то есть несовместимость друг с другом. Вы не можете перевести монеты BTC из сети Bitcoin в Ethereum, а ETH, скажем, в BNB Chain без специального приложения — кроссчейн-моста.
Главным принципом блокчейнов третьего поколения стала совместимость или интероперабельность. В криптосообществе такие сети называют «убийцами Ethereum». Блокчейны бывают четырех уровней: нулевого, первого, второго и третьего.
Сети нулевого уровня (Layer-0 или L0)
К L0-сетям относят блокчейны, которые предоставляют базовую инфраструктуру для создания независимых, но совместимых блокчейнов первого уровня, таких как Ethereum и BNB Chain. К таким блокчейнам относят Avalanche, Polkadot и Cosmos. Их еще называют гетерогенными сетями.
Например, разработчики Cosmos Network представили протокол Inter Blockchain Communication (IBC) для создания взаимно совместимых блокчейнов на основе алгоритма консенсуса Tendermint, который делает децентрализованную сеть устойчивой к отказам. Cosmos еще называют «Интернетом блокчейнов».
В Polkadot представили парачейны — пользовательские блокчейны, которые работают параллельно основной сети, а не поверх нее.
Avalanche же относят к асинхронным сетям, которые представляют собой набор протоколов, работающих по разным правилам.
Сети первого уровня (Layer-1 или L1)
L1-сети — это базовые одиночные протоколы. Если сети первого уровня построены с применением технологии блокчейнов нулевого уровня, то они будут совместимыми, а в иных случаях — несвязанными между собой.
Примерами сетей первого уровня могут быть Ethereum, BNB Chain, Ripple, Cardano, TON, Aptos и Sui. Все L1-сети похожи друг на друга, но отличаются принципами работы протоколов. Например, в Aptos и Sui реализовали параллельный механизм выполнения транзакций вместо последовательного.
Сети второго уровня (Layer-2 или L2)
L2-сети создают для масштабирования блокчейнов первого уровня. Главное назначение сетей Layer-2 — принять часть нагрузки на основную сеть. Для этого L2-сети используют технологию роллапов (Rollups), которая помещает большое количество транзакций в компактный блок, а затем отправляет для подтверждения в основную сеть. Polygon, Arbitrum и Optimism — решения 2-го уровня для масштабирования Ethereum, а Lightning Network (LN) — для Bitcoin.
Сети третьего уровня (Layer-3 или L3)
Layer-3 — это прикладной слой, на котором размещаются все децентрализованные приложения, как, например, Uniswap, Aave и OpenSea. Основная задача решений 3-го уровня — обеспечить совместимость децентрализованных приложений на всех остальных уровнях.
Типы блокчейнов
Публичные
Вся информация о транзакциях, включая сумму, адреса отправителей и получателей, время выполнения и другие параметры, общедоступна для всех пользователей. Вы можете зайти в любой блокчейн-обозреватель и отследить все перемещения активов, начиная с первой транзакции. Bitcoin, Ethereum, BNB Chain, Dogecoin, Cardano и Solana являются публичными блокчейнами.
Анонимные
Конфиденциальные сети оставляют часть информации (сумма транзакций, дата и время) публично доступной, но скрывают данные, идентифицирующие пользователей, например, адреса отправителей и получателей. Примеры анонимных блокчейнов — Zcash, Monero и Dash.
Частные
Блокчейны с общедоступными записями применимы не везде. Например, в сфере медицины конфиденциальность клиентов стоит на первом месте. В приватных блокчейнах существуют администраторы, которые управляют правами доступа к записям. Такие частные сети, как Ripple и Hyperledger, централизованы.
Гибридные
Эти блокчейны совмещают сразу централизованные и децентрализованные функции. Например, блокчейн IBM Food Trust, разработанный для повышения эффективности логистики в сфере продуктовых перевозок, контролируется одной компанией, но транзакции в нем остаются общедоступными.
Сайдчейны
Это отдельные блокчейны, которые связаны с основным или родительским блокчейном и созданы для облегчения передачи данных между разными сетями. Например, Liquid Network сокращает время добычи блоков с 10 до 1 минуты для Биткоина, а RootStock позволяет разворачивать смарт-контракты.
Особенности блокчейн-сетей
Подрезюмируем основные свойства, которыми обладает технология блокчейн:
- Конфиденциальность: личные данные пользователей остаются скрытыми;
- Прозрачность (за исключением некоторых приватных и анонимных сетей) — все транзакции видны сторонним наблюдателям;
- Децентрализация: сетью управляет сообщество майнеров, достигающие консенсуса при выполнении транзакции на основе конкретных алгоритмов;
- Безопасность: блокчейны не имеют единой точки отказа, поэтому модифицировать или удалить данные, попавшие в децентрализованную сеть, нельзя. Такие атаки возможны, но они слишком экономически невыгодны.
- Автономность: алгоритмы выполняют всю работу без участия человека, не считая обслуживание самих узлов сети;
- Эффективность: блокчейны за считанные секунды обрабатывают транзакции из разных точек мира, а для обслуживания сети не нужно строить множество офисов и создавать огромные дата-центры. Для сравнения, банки обрабатывают трансграничные платежи в течение 3 дней.
- Устойчивость к цензуре: ничто не препятствует пользователю отправке транзакции, если доступно подключение к интернету.
Примечание: мы описали типовой портрет современного публичного блокчейна (Ethereum, Cardano, Polkadot и Cosmos). Разработчики новых сетей могут менять эти свойства и добавлять новые.
Недостатки технологии блокчейн
Риски деанонимизации
Несмотря на то, что пользователи не идентифицируют свою личность, все транзакции в публичных блокчейнах отслеживаются. Таким образом при взаимодействии с биржей пользователи раскрывают адреса своих кошельков.
Проблемы принятия
Несмотря на то, что блокчейн обладает преимуществами перед традиционными информационными системами, сторонники технологии сталкиваются с рядом трудностей при попытке интегрировать ее в бизнес-процессы. Чаще всего это связано с правовой неопределенностью, недостаточным принятием криптовалют и несовместимостью с существующими решениями.
Растущая потребность в хранилищах и мощность
Хранение полной истории транзакций стало проблемой: размер блокчейна только увеличивается со временем и требует все больше места для хранения данных. Это приводит к непрерывному росту потребляемой энергии, что негативно сказывается на экологии.
Например, каждый полный узел и майнер в сети Биткоин хранит всю историю транзакций, вес которой на момент написания статьи составляет более 450 Гб. По всему миру таких узлов более 10 000, а значит общий вес блокчейна Bitcoin превышает 4,5 Пб (петабайтов).
Первому в мире блокчейну все еще далеко до дата-центров (ЦОД), которые потребляют 1,5% всей электроэнергии в мире. Но количество потребляемой энергии все равно впечатляет: за год блокчейн Bitcoin потребляет около 204,5 ТВ/ч — примерно столько же, сколько государство Таиланд.
Для этой проблемы пытаются найти решение прямо сейчас. К примеру, разработчики Mina Protocol представили новую модель блокчейна — «краткое доказательство состояния», основанное на технологии zk-SNARK, вместо «доказательства работы» (Proof-of-Work, PoW) у Биткоина. В Mina Protocol каждый узел хранит не всю историю транзакций, а только снимки подлинных блоков — своего рода сертификаты. Узлы их объединяют в один «суперсертификат», благодаря чему вес копии блокчейна не превышает 22 Кб.
«Развязывание рук»
Еще один недостаток технологии блокчейн — отсутствие механизмов противодействия преступлениям. Если хакеры похитят криптовалюту у инвестора или выведут токены из пула ликвидности, невозможно будет остановить дальнейшее движение средств при условии, что смарт-контракт отдельного протокола или токена не предусматривает функцию блокировки.
Крупные атаки могут не только нанести ущерб отдельному протоколу, но и привести к краху целой экосистемы. Яркий пример — обвал UST и LUNA в мае 2022 года. Инцидент затронул ведущую DEX-биржу Osmosis в экосистеме Cosmos, спровоцировав обвал нативного токена проекта OSMO.
Отсутствие права на ошибку
Наконец, пользователи криптовалют несут полную ответственность за сохранность своих средств. Утратил ключи, указал неправильный адрес в блокчейне, выбрал неправильную сеть во время перевода — потерял все. Навсегда.
Примеры использования блокчейна в реальной жизни
Интеллектуальные права
Благодаря неизменности данных в блокчейне подтвердить право на интеллектуальную собственность становится просто как никогда. Никому не придется оформлять патенты, изучать кучу документов, а также проходить прочие сложные, длительные и дорогостоящие бюрократические процедуры.
В 2017 году фонд «Сколково» создал ассоциацию IPChain, которая использует технологию блокчейн для хранения данных об интеллектуальной собственности у компаний Роскосмос, Литрес, Роспатент и Союзмультфильм.
Логистика
Блокчейн помогает не только повысить эффективность поставок и снизить издержки в сфере логистики, но и повлиять на доверие потребителей к ритейлерам.
Всемирно известный бренд H&M, выпускающий модную одежду, запустил собственный сервис на блокчейне. Уже сегодня покупатели могут отсканировать штрих код и проверить подлинность товара при помощи блокчейн-сервиса от H&M, отслеживая все этапы — от производства до поступления одежды в магазин.
Компания IBM разработала несколько блокчейнов для улучшения своей логистики: IBM Blockchain, INBLOCK и IBM Food Trust. Кстати, еще IBM использует технологию приватного блокчейна Hyperledger.
Монетизация контента
Централизованные стриминговые и игровые площадки монополизируют рынок и устанавливают свои правила для авторов контента и их потребителей. Например, начинающие стримеры и видеоблогеры не могут монетизировать свой контент, пока не достигнут определенного порога в количестве подписчиков и просмотров, установленного площадкой.
Еще одна важная проблема – площадки забирают немалую долю от доходов блогеров себе. Энтузиасты уже создали децентрализованные аналоги YouTube: LBRY, DLive и DTube.
Игровая индустрия
За небольшим исключением, многие видеоигры не предусматривают для игроков возможность получать экономическую выгоду от владения игровыми предметами. В онлайн-играх все данные хранятся на централизованных серверах компаний: нередко злоумышленники взламывают аккаунты игроков и продают их игровые предметы. Блокчейн помогает решить и эти проблемы.
Например, в метавселенных Decentraland и The Sandbox пользователи могут владеть и торговать виртуальными участками земли в виде NFT. Каждый владелец токена хранит приватный ключ, предоставляющий ему право использовать невзаимозаменяемый токен по своему усмотрению. Утратите ключ – потеряете и право владения.
Финансовые услуги
Смарт-контракты породили новую глобальную экосистему в сфере финансов – DeFi или децентрализованные финансы. Используя блокчейн-протоколы, любой пользователь может стать поставщиком ликвидности на децентрализованной бирже Uniswap, получая доход от торговых комиссий, предоставить кредит пользователю в любой точке мира под залог криптовалюты на Compound, выпустить и продать собственную NFT-коллекцию на маркетплейсе OpenSea. Для всех этих действий не нужно обращаться в какую-либо финансовую организацию.
IoT
Смарт-объекты «Интернета вещей» могут самостоятельно обмениваться данными и автоматически совершать транзакции для выполнения необходимых задач, например, ремонта техники или заказа продуктов. При использовании технологии блокчейн у потребителей существенно снизится риск взлома и утечки данных из-за отсутствия централизованных серверов. Блокчейн-решения для IoT представили такие проекты, как Atonomi, IOTA и IoTeX.
Будущее технологии блокчейн
По прогнозам Gartner, к 2026 году размер мирового рынка блочейн-технологий составит $360 млрд, а к 2030 — $3,1 трлн. Если заглянуть в будущее и немного пофантазировать, можно представить, что технологии искусственного интеллекта и блокчейна объединятся, чтобы обеспечить автономную работу умных городов.
Предположим, что вы хотите посетить аквапарк, а искусственный интеллект в ту же секунду бронирует место на парковке и приобретает билет, проводя транзакцию через блокчейн. У хакера не будет возможности подменить платежные реквизиты аквапарка, а вы не скомпрометируете криптокошелек.
Пока трудно представить, что правительства и банки будут готовы использовать публичные блокчейны из-за их децентрализации. Государству нужно найти способ контролировать такие решения перед их глобальным внедрением.
Заключение
Блокчейн предоставил пользователям возможность совершать финансовые операции и получать услуги без посредников. Однако, ряд проблем с регулированием, масштабируемостью сетей, скоростью и стоимостью транзакций все еще препятствует массовому использованию блокчейна и внедрению технологии в бизнес-процессы.
Эти задачи уже сейчас стремятся решить разработчики блокчейн-платформ, но вопрос о том, как скоро это произойдет, остается открытым.
