Блокчейн

Блокчейн (от англ. block — «блок, модуль» и chain — «цепочка») — это способ защищенного хранения и передачи данных в виде цепочки блоков, связанных друг с другом специальными ключами, в каждом из которых содержатся сведения о предыдущем. Чтобы изменить информацию, записанную в одном из блоков, необходимо скорректировать и все последующие, иначе цепочка разрушится. Сделать это скрытно невозможно, поэтому технология блокчейн считается надежным способом защиты информации от редактирования и фальсификации. Записанные таким образом данные можно только посмотреть.

История блокчейна

Первые концепции защищенного хранения и передачи данных, похожие на блокчейн-реестры, появились во второй половине XX века. В 1982 году американский криптограф Дэвид Чаум в своей диссертации предложил протокол и технологию распределенного реестра, в котором были обозначены почти все необходимые элементы. 

Спустя почти 10 лет, в 1991 году криптограф С. Хабер и физик У. Скотт Сторнетта в совместной работе описали криптографически защищенную последовательность блоков с нефальсифицируемыми временными метками. А в 1992 году дополнили ее, внедрив дерево хэшей, позволяющее хранить и отслеживать транзакции в блоках. В 1995 году они основали первый коммерческий сервис временных меток Surety.

Недостатком криптографических цепных систем того времени была проверка информации, содержащейся в блоках, доверенным агентом. Это делало систему централизованной, то есть контроль над ней принадлежал одному лицу. Все изменилось, когда в 2008 году анонимный разработчик или группа нескольких разработчиков под псевдонимом Сатоши Накамото (настоящие имена до сих пор неизвестны) опубликовали статью, в которой был предложен общий алгоритм системы bitcoin, построенной на blockchain. Ее ключевое отличие от предыдущих концепций заключалось в сочетании цепного хэша (записей о данных в предыдущих блоках) с механизмом консенсуса о корректности записанной информации. Это сделало систему децентрализованной, то есть не подверженной контролю со стороны какого-либо конкретного лица. 

В 2009 году был сгенерирован первый блок системы «биткоин», и blockchain-технология быстро стала набирать популярность. Ее стали применять не только в цифровых криптовалютах, но и в платежных системах, банковской сфере, идентификации личности, игровой индустрии и т.д. 

Как работает блокчейн

Понять, что такое блокчейн, можно на простом примере. Допустим, программист, работающий в иностранной компании за границей, решил переслать своей маме 8 марта в качестве подарка сумму денег. Классическая банковская транзакция будет выглядеть следующим образом:

• Программист входит в мобильное приложение банка.
• Отправляет нужную сумму на мамину карту.
• Банк списывает деньги со счета клиента и зачисляет их на счет его мамы.

Это достаточно простая и быстрая операция, в которой есть один изъян: вся она подконтрольна банку. Именно он подтверждает транзакцию, а информация о переводе сохраняется на банковском сервере. Это означает, что его потенциально можно переписать и присвоить мамины деньги, взломав сервер. Деньги также будут утеряны и перевод не состоится, если банк обанкротится. 

А вот как будет выглядеть денежный перевод с помощью системы блокчейн:

• Программист подключается к любой блокчейн-сети.
• Заводит своей маме блокчейн-кошелек и переводит на него деньги.
• Информация о переводе шифруется в виде связанных блоков и копируется на все компьютеры сети.

Теперь, если злоумышленник попытается изменить данные о переводе (например, поменяв имя мамы программиста на свое), то ему придется сделать это на всех компьютерах, входящих в сеть. А в крупных блокчейн-платформах это миллионы устройств. Поэтому такое мошенничество как минимум труднореализуемо. Аналогично, если один из компьютеров (даже тот, с которого был осуществлен перевод) в блокчейн-сети сломался, то информация о переводе сохранится на других устройствах и транзакция будет продолжена. Эта особенность технологии блокчейн называется децентрализацией и является одной из основ ее защиты.

Так как информация записывается в блоках, которые нельзя редактировать, любые новые данные сохраняются в новом блоке. В частности, в нашем примере с денежным переводом для мамы, если она решит переслать эти деньги другому человеку, сведения об этом будут сохранены в новом блоке. А чтобы можно было отследить весь путь транзакции, эти блоки информации соединяются друг с другом в связанную цепь с помощью хэширования. В каждом последующем блоке хранятся сведения о предыдущем в виде уникальной комбинации цифр и букв. Замена в одном из них приводит к тому, что хэши его самого и предыдущего модуля не совпадают. В таком случае сеть либо не примет изменения, либо нарушится сама цепь и сфальсифицированная транзакция не будет исполнена. 

Таким образом, блокчейн простыми словами — это и метод распределенного хранения данных, и технология их защищенной передачи одновременно.

Кто создает новые блоки?

По своей сути, блокчейн-транзакция (точнее, информация о ней) — это просто комбинация данных, обычно цифр и букв. Чтобы она превратилась в блок, необходимы определенные вычислительные мощности. И чем больше блокчейн-сеть, тем больше ресурсов для этого нужно. В небольшой блокчейн-системе создавать блоки может любой входящий в нее участник. Но в крупной распределенной сети с этой задачей железо стандартной конфигурации уже не справится — нужны большие вычислительные мощности. В такой ситуации созданием новых блоков занимаются специальные люди (майнеры), в распоряжении которых есть мощные компьютеры. 

Термин «майнинг» буквально переводится как «добыча» и первоначально обозначал добычу полезных ископаемых. В некотором смысле и криптовалютный майнинг представляет собой похожий процесс. Для создания нового блока майнеру нужно:

• получить blockchain-транзакцию из общей очереди;
• подобрать для нее уникальный хэш;
• соединить его с хэшем предшествующей транзакции;
• хэшировать саму операцию и создать новый блок.

Иными словами, основная часть майнинга — это перебор параметров для получения хэша с определенными свойствами. Именно на эту часть операции расходуются основные ресурсы. Если раньше для этого достаточно было мощности обычного ПК, то с ростом блокчейн-платформ данную задачу стали решать высокопроизводительные майнинг-фермы. 

В свою очередь, майнеры за создание новых блоков получают вознаграждение — обычно это единицы криптовалюты. Может показаться, что майнинг является очень легким способом обогащения, но чтобы создавать блоки в каких-либо значимых количествах, необходимо располагать мощным дорогостоящим железом, нести расходы на его обслуживание и затраты электричества. 

Сферы применения блокчейна

Исторически первой областью применения блокчейн стало создание криптовалют — разновидности электронных денег. По своей сути это полностью автоматизированная и децентрализованная платежная система, в которой отсутствует традиционный доверенный посредник, который ведет учет платежей. В блокчейн-криптовалютах снимается проблема двойного расходования, так как записи о тратах расчетных единиц автоматически записываются в блоках. Это обеспечивает прозрачность, простоту и надежность платежей. 

Первой криптовалютой стал Bitcoin — именно с ее появлением началась популяризация самой технологии блокчейн и ее внедрение в другие сферы. Помимо нее также существуют другие криптовалюты, такие как Ethereum, Litecoin и т.д. Некоторые из них имеют всемирное обращение, другие — локальное. С помощью технологии блокчейн также реализуются различные специализированные деньги — например, внутриигровые токены, созданные исключительно для обмена виртуальными товарами в рамках онлайн-игр. На основе технологии биткоина и лайткоина была создана изначально сатирическая криптовалюта Dogecoin, отсылающая к известному интернет-мему. Однако она быстро обрела мощное онлайн-сообщество и стала реальным платежным средством. 

Помимо криптовалют, блокчейн-технология используется и в других областях деятельности, например: 

Банковский сектор. Традиционная модель банковских услуг, в которой все транзакции контролируются одним агентом (банком), в связи с широким распространением различных киберугроз стала очевидно уязвимой. Поэтому практически все крупные банки стали активно переводить свои услуги на основу блокчейна: денежные переводы, расчеты по сделкам с ценными бумагами, купле-продаже и т.д. Это не только повысило безопасность банковской системы, но и сделало ее более быстрой и удобной, помогло сократить расходы на предоставление финансовых услуг на 50%. 

Кибербезопасность. Распределенная база данных, которую представляет собой любая блокчейн-система, — один из самых эффективных способов хранения информации. Вместо того чтобы хранить сведения только на одном компьютере, технология позволяет реплицировать их копии на все устройства, входящие в данную сеть. Таким образом, даже хакерская атака или физическое повреждение одного или нескольких узлов распределенной системы не приведут к потере данных. Также взаимосвязь отдельных блоков в цепи позволяет сразу определить, какой из них пытались отредактировать.

Идентификация личности. Персональные данные пользователей — одна из излюбленных целей кибермошенников. Перевод на блокчейн позволяет защитить их от любых неправомерных действий, а также отследить любые попытки изменения. В настоящее время внедрением технологии в системы электронной идентификации личности занимаются практически все развитые страны, в том числе Россия. Это позволяет сделать государственные и частные услуги более прозрачными, надежными и безопасными, автоматизировать множество архаичных и рутинных процессов. 

Логистика. Процесс поставок, как и перевод денег, также состоит из последовательности действий. С помощью блокчейна можно отслеживать каждый его этап и быстро находить проблемы в логистике. Этим широко пользуются различные торговые и логистические компании: например, так Walmart контролирует поставки товаров от ферм в магазины.  

Преимущества блокчейн

Безопасность. Информация на блокчейн-платформах хранится в виде копий на всех подключенных к сети устройствах. Это делает ее устойчивой к атакам и физическим повреждениям носителей. Кроме того, криптографическая защита и хэширование делают крайне затруднительным (практически невозможным) намеренное искажение или удаление данных.

Прозрачность. Все действия, выполняемые с информацией в блокчейн-цепи, записываются и сохраняются в хэше. Поэтому их можно легко отследить во времени. Это особенно полезно в таких сферах, как электронные платежи или логистика. 

Автоматизация. Большинство блокчейн-платформ работают в полностью автоматическом режиме. Это делает транзакции более удобными и быстрыми, не требующими дополнительных ресурсов для обеспечения контроля. 

Недостатки блокчейна

Сложности с масштабируемостью. Чем шире блокчейн-система, тем больше необходимо ресурсов на ее обеспечение и тем выше нагрузка на сеть. Из-за этого может существенно замедляться обработка транзакций. Например, на платеж с помощью bitcoin на это затрачивается до 10 минут, в то время как SWIFT выполнит ту же операцию за несколько секунд. 

Энергозатратность. Майнинг новых блоков в больших блокчейн-системах требует большого количества электроэнергии. Это не только сказывается на рентабельности, но и ведет к экологическим проблемам.  

Невозможность исправить данные. Преимущество блокчейна в данном случае может стать его недостатком. Информацию в блоке не может исправить не только злоумышленник, но и ее владелец, что становится проблемой, если в ней просто допущена ошибка, которую нужно скорректировать.

Отсутствие стандартов. Все блокчейн-платформы функционируют независимо друг от друга, используют различные языки и правила. Из-за этого перевод данных с одной платформы на другую — процедура очень сложная. 

Риск «атаки большинства». Чтобы «законно» изменить данные в блоках, необходимо сделать это на 51% подключенных к платформе устройств. Технически это очень затруднительно и требует серьезной кооперации множества злоумышленников, особенно в крупных блокчейн-системах. Тем не менее такая вероятность есть, и она принципиально неустранима. 

Несмотря на имеющиеся недостатки, технология блокчейн имеет большой потенциал для дальнейшего внедрения в различные сферы жизни. Начавшись как во многом «бунтарский» проект, направленный против чрезмерного контроля со стороны государственных, финансовых, корпоративных институтов, она все больше внедряется в их работу и становится привычной повседневностью.