Блокчейн: Как это работает и что ждет нас завтра

скачать книгу бесплатно


В традиционных транзакциях, таких как денежные переводы или обмен валюты, обычно есть посредник или центральный орган, который учитывает действия такого рода. В блокчейне сам токен, или электронная монета, – носитель стоимости, которую определяет рынок. Именно это делает систему действительно децентрализованной площадкой для обмена[104 - Kar N.].

По мнению блокчейн-евангелиста и сооснователя сyber.fund Дмитрия Стародубцева, основными характеристиками блокчейна являются:

• доверие к алгоритму;

• неизменность данных;

• прозрачность операций;

• полный контроль над цифровым активом[105 - Стародубцев Д. Блокчейн-ликбез, или Еще раз о главном // Банкир.ру. – 2016. – 29 апреля.].

Именно распределенность делает блокчейн неким цифровым нотариусом и судьей одновременно. Не существует единого места, где хранятся все записи реестродержателя или банка. Реестр хранится одновременно у всех участников системы и автоматически обновляется до последней версии при каждом внесенном изменении. Основными свойствами блокчейна, по мнению некоторых экспертов, являются:

• децентрализованность;

• публичность;

• консенсус участников;

• отсутствие посредников[106 - Мачихин Д. Цит. соч.].

По мнению А. Бубеля, «механизм действия блокчейна основывается на… консенсусе и открытой истории транзакций. Суть консенсуса заключается в том, что подтверждение сделок в сети пользователей данного блокчейна осуществляется путем периодической синхронизации согласия большинства ее участников с единой версией истории сделок. Согласие большинства необходимо в блокчейнах, основанных на консенсусе типа Proof-of-Work (PoW), как, например, в случае с биткоином. Большинство участников посредством решения математических задач доказывает сети, что их версия истории сделок легитимна. Альтернативой является Proof-of-Stake (PoS) – механизм, в котором решающую роль имеют держатели большей части активов. Открытая история трансакций означает, что каждый пользователь может просмотреть всю историю сделок от начала существования блочной цепи данных. Однако сторонами сделок являются анонимные адреса, не привязанные к конкретным физическим или юридическим лицам».

Как указывает Илья Боев, «эта технология ни к чему не принуждает… Закон блокчейна выражает общественное мнение о покупательной способности пользователя. Он прописан в коде. Код однозначен и достоверно оценен каждым человеком, который хочет оценить его в стоимостном отношении. Нет никакой возможности появления разногласий по вопросам детерминированных решений, выведенных компьютером. Этот уровень ясности и формальности защищает каждого и препятствует судебному произволу через предвзятое толкование законов»[107 - Боев И. Блокчейн и государство // http://www.ilyaboev.com/2016/05/blockchain-vs-government.html (http://www.ilyaboev.com/2016/05/blockchain-vs-government.html).].

Техника в основе блокчейна

Биткоин-блокчейн стал примером использования в системе платежей распределенного публичного реестра (Distributed Public Ledger, DPL)[108 - Лопатин В. Блокчейн как источник инноваций: настоящее и будущее // Тезисы доклада. – 7-й Международный ПЛАС-форум. – М., 7–8 июня 2016.], включающего:

• формирование журнала из блоков транзакций и организацию связи между ними за счет включения в блок хеша предыдущего блока;

• формирование транзакций в виде сообщений, использующих криптографические элементы защиты и проверки того, корректна ли технология трансляции транзакций, по сети и синхронизации копий журнала в узлах сети;

• защиту цепочки блоков от модификации путем доказательства работы (Proof-of-Work) на основе технологии поиска хеша;

• использование переменной сложности при поиске хеша для поддержания заданной частоты создания блоков[109 - Исследование уровня сложности в основанных на блокчейне консенсусных системах дано в работе: Kraft D. Difficulty control for blockchain-based consensus systems // Peer-to-Peer Netw. Appl. 2016. – № 9. – P. 397–413.].

В своем исходном отчете о биткоине Сатоши Накамото определил электронную монету как «цепочку цифровых подписей». В силу длительности применения биткоином блокчейна проще будет объяснить принцип действия технологии на примере именно этой криптовалюты.

Участниками такой системы являются:

• пользователи – владельцы электронных кошельков, которые могут хранить криптовалюту и переводить ее в системе другим пользователям;

• майнеры – участники, за вознаграждение обрабатывающие совершенные пользователями транзакции в сети и подбирающие хеш для формируемых блоков;

• серверы – участники, осуществляющие распределенное хранение общей книги блокчейна и выполняющие операции по проверке присылаемых блоков на соответствие правилам по сложности и допустимости[110 - Вотинов М. В., Мартьянова И. В., Шокин Г. О. Цит. соч.].

По другой классификации, в системе блокчейна фигурируют два типа участников: обычные пользователи и майнеры[111 - Носов Н. Перспективы блокчейн в России // https://www.pcweek.ru/idea/article/detail.php?ID=182389 (https://www.pcweek.ru/idea/article/detail.php?ID=182389) // 2016. – 8 февраля.]. Первые создают записи. Вторые собирают записи, распространенные обычными пользователями, проверяют их и группируют в блоки, после чего формируют заголовок будущего блока и рассчитывают ключ блока. Найдя подходящий ключ, майнер сохраняет блок и отправляет его другим участникам сети. Обычные пользователи получают блоки и сохраняют их у себя, чтобы корректно создавать свои и достоверно проверять чужие записи.

До момента внесения записи в блок она считается недействительной. Пользователь сети блокчейн может совершать с ней действия, не имея, однако, уверенности в достоверности полученной и передаваемой информации. Гарантию достоверности предоставляет майнер, когда включает данную информацию в блок. Как только запись окажется сохранена в блоке и проверена, ее отмена уже будет невозможна[112 - Воронцова Е. А., Мелешенко Е. Г. Блокчейн: панацея или угроза для хранения и передачи информации // Синергия Наук. – 2016. – № 5.].

Чтобы убедиться в достоверности транзакции, майнеры автоматически прогоняют ее содержание через криптоалгоритм, тем самым верифицируя корректность цифровой подписи отправителя каждой транзакции, а также подтверждая соответствие последней транзакции условиям, заложенным в алгоритме консенсуса каждого конкретного блокчейна. Затем все накопившиеся транзакции упаковываются в блок[113 - Стародубцев Д. Цит. соч.].

Функция самого блокчейна проста: регистрировать каждую транзакцию с биткоинами. Любая передача какого-то количества биткоинов подтверждается в сети (с помощью майнинга) внесением транзакционного блока. Блок добавляется к длинной цепочке, которая позволяет любому желающему отследить в сети смену собственников каждого из биткоинов от момента создания.

Технически это достигается при помощи последовательного шифрования данных о каждой очередной транзакции. Любой заносимой в блок сделке присваивается криптографический идентификатор (хеш), который добавляется в заголовок записи о следующей транзакции, и это повторяется снова и снова, так что хеш транзакции на вершине цепочки содержит зашифрованные данные обо всех предыдущих операциях, записанных в блоке. Вмешаться и изменить уже записанную транзакцию нельзя, так как это скомпрометирует всю цепочку[6 - Приведем пример хеш-функции. Представим слово «кит» в виде числа. Каждой букве дадим порядковый номер (а = 1… я = 33), получится: 12, 10, 20. Перемножив все числа, получаем свертку (хеш) слова «кит»: 2400. После передачи основного сообщения этот хеш необходимо передать получателю информации как подтверждение, что все сходится. Если сообщение в процессе передачи изменилось и стало звучать как «кот», то свертка изменится и примет вид: 12 ? 16 ? 20 = 3840, но тогда получатель, зная изначальный хеш, догадается о фальсификации данных (Носов Н. Перспективы блокчейн…).].

Сам факт, что блоки корректно встраиваются в цепь, свидетельствует о том, что сделка прошла надлежащим образом. Так что блок представляет собой одновременно и подтверждение транзакции (с электронной подписью и отметкой о времени совершения), и часть общей (в масштабах всей сети) истории транзакций[114 - Mod. Ch. Цит. соч.].

Для идентификации в реестре владельцев биткоинов возможно использование шифрования с открытым ключом. При этом в базу данных записываются не имена и не данные СНИЛС, а открытый ключ. Только держатель закрытого ключа вправе дальше проводить операции с этими биткоинами. Так шифрование обеспечивает необходимую конфиденциальность, при том что одобрить транзакцию может лишь владелец закрытой половины пары ключей.

Таким образом, у пользователя есть только один ключ, и при его незнании невозможен доступ к первичной информации. Невозможен и подбор другого пакета данных, позволяющих создать такой же ключ.

Также для блокчейна характерен распределенный способ добавления в реестр новых записей. Нет централизованного хранилища или одного-единственного сервера. Кто угодно может создать следующий блок транзакций и обновить блокчейн с помощью майнинга. Это обеспечивает доверие к блокчейну, ведь в его дальнейшем расширении участвуют все пользователи сети.

Такая система хранения данных наиболее безопасна, поскольку вывести ее из строя можно лишь в случае поломки всех участвующих в системе компьютеров.

Майнеры и майнинг

Как было показано ранее, алгоритм формирования блокчейна включает создание нового блока цепи (новой записи), который содержит защищенную криптографией информацию из предыдущего блока (хеш), то есть каждая запись создается с учетом предыдущей. Новые блоки транзакций должны быть подтверждены путем подбора хеша определенной сложности. Для подтверждения используется алгоритм на основе доказательства выполненной работы (PoW). Что это означает на практике?

Добавление новых транзакций в блокчейн стимулируется премиями. Чтобы добавить в цепочку следующий блок транзакций, надо решить сложную математическую задачу. Первый справившийся с нею получал 25 биткоинов – а это по сегодняшнему курсу много десятков тысяч долларов.

Один из экспертов пишет: «Работа узлом/майнером выгодна. Майнеры формируют из массы транзакций блоки, проверяют их и встраивают в общую цепь, за что и получают вознаграждение. Поскольку количество транзакций растет каждую минуту, для получения вознаграждения необходимо выполнить еще больше вычислений, нужно еще больше мощностей, еще больше майнеров»[115 - Mod. Ch. Цит. соч.].

Как поясняют В. Кузнецов и А. Якубов, «основа работы Bitcoin – это расчет хеш-функции майнерами, которые таким образом демонстрируют остальным пользователям, что они затратили достаточно много вычислительных мощностей на обработку текущих транзакций. Другими словами, обработка поддельных транзакций была бы им просто невыгодна (так называемая концепция Proof-of-Work). Время обработки блока транзакций всегда приблизительно одно и то же, но если поставить специальное оборудование, предназначенное для расчета конкретной хеш-функции, используемой в Bitcoin, то доля майнеров, использующих это оборудование, будет быстро расти»[116 - Кузнецов В. А., Якубов А. В. О подходах в международном регулировании криптовалют (bitcoin) в отдельных иностранных юрисдикциях // Деньги и кредит. – 2016. – № 3.].

Поскольку добыча криптоденег становится все более трудным занятием, индивидуальным майнерам приходится объединять вычислительные мощности, образуя крупные конгломераты[117 - Боев И. Цит. соч.].

Некоторые новые протоколы, такие как Ripple, полагаются на консенсусный процесс, не требующий ни наличия майнеров, ни доказательства работы, и могут обеспечить одобрение изменений блокчейна в течение считаных секунд[118 - Дюдикова Е. И. Цит. соч.].

Децентрализованный консенсус

Как указывает Э. Пишини, в блокчейн-сообществе каждый ведет собственную копию записей и все участники должны утверждать любые обновления коллективно. Информация может относиться к операциям, договорам, активам, персональным данным – практически ко всему, что передается в цифровой форме. Записи являются постоянными, прозрачными и доступными для просмотра истории операций. Каждое обновление становится новым блоком, добавляемым в конец цепочки. Протокол устанавливает правила того, как вносятся, утверждаются и регистрируются новые записи. В этой технологии криптография заменяет сторонних посредников, выступающих в качестве доверенных лиц, – все участники блокчейна проходят сложные алгоритмы, чтобы подтвердить целостность системы[119 - Piscini E., Guastella T., Rozman A., Nassim T. Ibid.].

Подобный обмен называют децентрализованным консенсусом. Как указывает Илья Боев, «противостоящий ей централизованный консенсус требует наличия единой базы данных, по записям в которой определяется валидность совершенной операции. В реальности единая база может сгореть, подвергнуться атаке злодеев… или не существовать вовсе. Кроме того, она наделяет существенными экономическими (и не только) привилегиями оператора базы, а также повышает стоимость и время осуществления самих транзакций.

Система децентрализованного консенсуса распределяет полномочия вести запись операций между машинами участников сети, позволяя сидящим за ними людям полностью доверять друг другу – ведь обман невозможен технически»[120 - Боев И. Цит. соч.].

Еще нагляднее

Уже появилось достаточно много популярной литературы, объясняющей, как работает биткоин-блокчейн. Чтобы убедиться, что в головах у наших читателей от множества технических терминов и различных описаний не возникло сумбура и сложилась ясная картина, воспользуемся примером от Deloitte.

Допустим, Боб должен деньги Алисе за ланч. Он устанавливает приложение на своем смартфоне, чтобы создать новый биткоин-кошелек. Приложение похоже на программу мобильного банкинга, а кошелек похож на банковский счет. Чтобы заплатить Алисе, Бобу нужны две части сведений: его приватный ключ и ее публичный ключ. Далее происходит следующее.

Боб получает открытый ключ Алисы, сканируя QR-код своим телефоном или получая от нее ее адрес электронной почты, строку случайных чисел и букв (любой, у кого есть открытый ключ, может послать деньги на соответствующий адрес биткоина, но только подпись, подтвержденная частным ключом, позволит отправить деньги с биткоин-кошелька).

Приложение «Биткоин» оповещает о сделке майнеров по всему миру. Майнеры проверяют сделку и обнаруживают, что Боб имеет достаточное количество биткоинов, что осуществить платеж.

В любое время в сети происходит множество транзакций. Все ожидающие проверки транзакции за определенный период времени группируются в блоке. Каждый блок имеет уникальный идентификационный номер, время создания и ссылку на предыдущий блок.