Що таке блокчейн?

Блокчейн від англійських слів block та chain, «ланцюг блоків») – це розподілена база даних, доступ до якої може отримати будь-хто охочий. Це інакше називається
«Технологія розподіленого реєстру», як це не централізований пристрій чи регулятор, що може керувати блок-центром у його дозволі.

Чим блокчейн відрізняється від класичної бази даних?

Звичайна база даних зберігається на виділених серверах, які контролюються організацією, яка володіє цією базою даних. Блокчейн не є контрольованим однією людиною чи організацією, і його здоров’я не буде помічено при його розпространеній архітектурі. Якщо деякі комп’ютери на яких блок-центр є охоронюваним, він не підтримує операційну систему, то для класичної бази даних неможливо. Блокчейн це як сшита книга обліку, до якої можна лише додавати сторінки, але кожна нова сторінка записується після існуючої, а старі не можна редагувати, видаляти або замінювати. Транзакції в блокчейні це записи, а не грошові перекази, це записи з виконанням програмного сценарію.

Крім основних даних, кожен блок має унікальний набір параметрів: хеш попереднього блоку. У межах одного блоку може зберігатися кілька тисяч записів. Коли пам’ять у блоці закінчується, він закривається, підписується і переходить на новий блок у вигляді хеша.

Хеш – це певний набір символів, що має унікальний відбиток. Він формується, виходячи з того, які транзакції і скільки зберігає в собі кожен блок.

При обробці транзакцій у блокчейні постійно перевіряються хеші, після чого система піднімається до останнього хешу, де підтверджується цілісність та вірність усіх попередніх кодів, щоб блок закрився. Ця постійна перевірка виключає можливість того, щоб хтось додав собі «зайві» монети та надіслав недостовірну інформацію до мережі – такий блок не пройде перевірку та не буде доданий до мережі. Звідси і схожість з “ланцюжком”, який працює безперервно і додає ланки.

Історія технології блокчейн

Історію блокчейну можна розділити на етапи, які відрізняються важливими розробками та винаходами.

Етап 1: фон блокчейна

Історію технології блокчейн можна простежити за низкою інновацій, які нині вважаються попередниками блокчейну.

Однорангова мережа (P2P) – це децентралізована інфраструктура, в якій два або більше комп’ютерів або пристроїв підключаються для спільного використання ресурсів.
Історія P2P-мережі пронизана численними ініціативами, такими як мережа клієнт-сервер ARPANET (1969 р.), яка спочатку з’єднала Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі, Стенфордський дослідний інститут, Каліфорнійський університет у Санта-Барбарі та Університет штату Юта, розглядаючи та розподіляючи обмін повідомленнями9.

Хоча системи P2P раніше використовувалися в декількох сферах застосування, ця концепція набула поширення завдяки впровадженню Napster (для обміну музикою), розробленого Шоном Фаннінгом у 1999 році.

Введення шифрів PKI та PGP

Інфраструктура відкритих ключів (PKI) та Good Confidentiality (PGP) – це криптографічні протоколи, які використовуються для шифрування інформації для безпечного обміну через Інтернет. Обмін відбувається за допомогою відкритих та закритих ключів кожного користувача. Щоб доставити інформацію конкретному отримувачу, відправник отримує відкритий ключ одержувача та використовує його для шифрування інформації. Після цього інформація може бути розшифрована лише за допомогою закритого ключа одержувача. Різниця між двома шифрами полягає в тому, наскільки обидві сторони довіряють одна одній для безпечного обмін повідомленнями. PKI має ієрархічну структуру, встановлену за допомогою процедури реєстрації та видачі сертифікатів акредитованими центрами сертифікації ключів (Certificate Authority). Таким чином, користувач довіряє ключу та ідентифікатору власника, покладаючись на центр сертифікації, відповідальний за прийом запитів на цифрові сертифікати та автентифікацію запитуючої сторони. Шифрування PGP, створене в 1991 Філом Циммерманом, дещо відрізняється. PGP має розподілену мережу довіри для перевірки вашої особи, відому як Web of Trust. Немає центрального уряду, якому всі довіряють. Натомість учасники підписують ключі один одного та поступово створюють мережу індивідуальних відкритих ключів, пов’язаних посиланнями, утвореними цими підписами.

Proof of Work (PoW)

Proof-of-work (PoW) – це протокол, основною метою якого є запобігання кібератакам. Протокол виснажує ресурси комп’ютерної системи, надсилаючи кілька підроблених запитів.

Ідея PoW була вперше опублікована Синтією Дворко та Моні Наор у 1993 році. Однак термін «доказ роботи» був запроваджений Маркусом Якобссоном та Арі Джуеллсом у статті, опублікованій у 1999 році, за 10 років до винаходу Біткойна. Метод блокчейна був описаний у 1991 році Стюартом Хабером та Скоттом Сторнеттом. Розміщення цифрових документів без можливості їхнього повернення або підробки було вихідним принципом блокчейну. У 1992 році до дизайну були включені дерева Меркеля, які стали першим прикладом реалізації блокчейну. Дерева Меркеля створили серію записів даних, кожна з яких була пов’язана із попередньою.

Звідки взялася назва «дерево Меркель»? Структура нагадує перевернуту дерево. У нижньому ряду знаходяться «листя», які перетворюються на вузли, а ті – на корінь. Останній запис у ланцюжку міститиме історію всього ланцюжка, що зробить його більш ефективним, дозволяючи зібрати кілька документів в один блок. Однак він не використовувався переважно для створення цифрової криптовалюти.

Етап 2: Створення блокчейну

У 2008 році Сатоші Накамото (псевдонім, який використовується окремою особою чи групою людей) опублікував в Інтернеті документ під назвою “Біткойн”: однорангова система електронних грошей. Пекло Фінні став першим одержувачем біткойнів, коли він отримав десять біткойнів від Сатоші Накамото. Коротше кажучи, створення Satoshi дозволило учаснику виконувати цифрові транзакції безпосередньо з іншим учасником, не покладаючись на посередника, як банк, для обробки платежів.

У 2009 році Накамото впровадив перший блокчейн як альтернативу існуючій фінансовій системі. Це була державна книга операцій, скоєних за допомогою біткойнів. Пекло Фінні став першим одержувачем біткойнів, коли він отримав десять біткойнів від Сатоші Накамото. У певному сенсі блокчейн був розроблений спеціально для Біткойн, однак, відтоді поширився на інші галузі.

Этап 3: Ухід від цифрової валюти

У кінці 2013 року Віталій Бутерин, програміст і співзасновник журналу «Біткойн», розпочав розробку нової зчитувальної платформи на основі блокчейна під назвою Ethereum. Головним нововведенням Ethereum стало поява смарт-контрактів. Смарт-контракт або інструкція з програмування розміщується і підписується в блокчейні Ethereum і може використовуватися для проведення транзакцій без участі третіх осіб за певних умов. Ідея використання викликів смарт-контрактів (другими словами, програмою) у якості транзакцій була досить новаторською. На основі того, що угода – набір інструкцій і викликів, можена розглядати Ethereum як децентралізований комп’ютер. Якщо це комп’ютер, то для нього можна створювати програми для будь-якої галузі економіки та життя людини. Це дає великий імпульс розтущуванню кількості інструментів та інших мереж на блокчейні. У 2016 році IBM створила Hyperledger Fabric, один з найбільших проектів у популярному реєстрі під назвою Hyperledger. У 2017 році Віталік Бутерин об’явив про плани переключити метод розробки мережі Ethereum з доказами роботи на доказах долі PoS. Згідно алгоритму proof-of-work, чим вище хэш-фактор, тим вище шанс створити наступний блок і отримати вознаграждение за добычу. Таким чином, свідчення роботи провокують людей об’єднатися в майнінгові пули, щоб збільшити шанси на добычу нового юнита. Якщо ці пули майнинга мали контрольний пакет акцій у мережі, вони могли б координувати мошеннічні транзакції, відома як атака 51%. Це стосується атак на блокчейн із груп майнерів, які в совокупності контролюють понад 50% швидкостей майнинга хешей мережі або обчислювальної потужності. Така група могла б помішати їм отримувати підтвердження про нові транзакції, і це дозволило їм приостановити платежі між деякими або всіма користувачами. Група також зможе повернути транзакції, які були завершені, поки вони проконтролювали мережу, тобто вони могли витратити в два раза більше. У цей же час для підтвердження заявки використовується процес вибору, який вибирає одного валідатора для створення наступного блоку. Щоб стати валідатором, людина повинна внести в меержу певну кількість монет. Таким чином, алгоритм перевірки швидкості не вимагає дорогого обладнання для майнинга і вимагає більше людей, які мають меншу енергію та децентралізацію. У 2018 році американський штат Аризона утвердив законопроект, який дозволив жителям платити налоги з біткойнів. Іспанська банківська група BBVA, швейцарський багатонаціональний інвестиційний банк UBS і Microsoft проявили інтерес до смарт-контрактів на основі блокчейна.

Proof of Stake (PoS)

Proof-of-stake (PoS) – це протокол, що був запропонований на початку Bitcoin як альтернатива Proof of Work. У системі PoS немає поняття майнерів, спеціалізованого обладнання чи величезних розмірів споживання енергії. Все, що вам потрібно, це зрробити свій фінансовий внесок. У PoS ви надаєте не зовнішній ресурс (наприклад, електроенергію чи обладнання), а внутрішню криптовалюту. Правила різні для кожного протоколу, але зазвичай існує мінімальна сума грошей, яку ви повинні мати, щоб взяти участь у стейкингу. Ви також блокуєте свої кошти в гаманці (їх не можна переміщати під час стейкінгу). Зазвичай ви домовляєтеся з іншими валідаторами, що транзакції будуть включені в наступний блок. У певному сенсі ви робите ставку на вибраний блок і очікуєте, що протокол вибере його. Якщо ваш блок вибрано, ви отримаєте частину комісії за транзакцію, залежно від суми в стеку. Чим більше ви заблокуєте, тим більше зможете отримати. Але якщо спробувати діяти зловмисно, пропонуючи недійсні транзакції, ви втратите частину (або всі) токени в стеки. Як правило, винагорода валідаторів не містить новостворених монет. Таким чином, рідна валюта блокчейну повинна бути випущена якимось іншим способом. Це можна зробити через початковий розподіл (тобто ICO або IEO), або запустивши протокол з PoW перед наступним переходом на PoS.

На сьогоднішній день Proof of Stake в чистому вигляді використовується лише в кількох криптовалютах. Тому незрозуміло, чи може він бути життєздатною альтернативою PoW. Хоча в теорії це здається правдою, на практиці все буде зовсім інакше.

Після того, як PoS використовується в високоцінній мережі, система стає ігровим полем для теорії ігор і фінансових стимулів. Будь-хто, хто володіє ноу-хау «зламати» систему PoS, швидше за все, зробить це, лише якщо зможе отримати від цього користь. Тому єдиний спосіб дізнатися, чи можна використовувати його в «живій» мережі.Незабаром ми побачимо масштабне тестування PoS – Casper буде реалізовано у рамках серії оновлень мережі Ethereum (Ethereum 2.0).

Delayed Proof of Work (dPoW)

Делегований доказ роботи (dPoW) – це механізм безпеки, розроблений Komodo. По суті це модифікована версія алгоритму консенсусу Proof of Work (PoW), який використовує хеш-потужність блокчейна Біткойн для підвищення безпеки мережі. Використовуючи dPoW, розробники Komodo можуть захистити не лише власну мережу, а й будь-яку сторонню мережу, яка в майбутньому приєднається до їхньої екосистеми. Насправді, dPoW можна впровадити для будь-якого проекту яка розробляє незалежний блокчейн із використанням моделі UTXO.

Як працює DPoW?

Komodo розробила механізм безпеки dPoW, реалізований у базі коду Zcash, який забезпечує конфіденційність з нульовим розголошенням та підвищує безпеку мережі за рахунок використання хешрейту Біткойн. З інтервалом у десять хвилин система Komodo робить знімок свого блокчейна. Потім зображення записується в блок блоку Біткойн в процесі, званому нотаріальним завіренням. По суті цей процес створює резервну копію всієї системи Komodo, що зберігається в блокчейні Біткойн. З технічної точки зору, обрані спільнотою нотаріуси Komodo записують хеш-блок кожного блокчейна, захищеного dPoW, в реєстр Komodo, виконуючи ланцюгову транзакцію. За допомогою команди OP_RETURN нотаріуси зберігають хеш одного блоку у ланцюжку Komodo. Причина, через яку нотаріуси вибирають хеш-блок десятихвилинної давності, полягає в тому, що вся мережа погодилася з тим, що блок є дійсним. Мережа кожного блокчейна, як і раніше, узгоджує кожен блок. Нотаріальні вузли просто записують хеш раніше вилученого блоку. Як тільки біткойн засвідчується нотаріусом, нотаріуси Komodo записують дані блоку з ланцюжка BTC назад в будь-який інший безпечний ланцюжок. На цьому етапі мережа не прийме жодних реорганізацій, які намагаються змінити нотаріально завірений блок (або будь-які блоки, що були створені до останнього нотаріально завіреного блоку).

PoW проти dPoW

Однією з основних цілей алгоритму Proof of Work (PoW) є забезпечення безпеки мережі, запобігання кібератакам і розподіленим атакам типу «відмова в обслуговуванні» (DDoS). Двома словами, алгоритм PoW — це частина даних, яку дуже дорого виробляти, але яку легко перевірити іншим, і яка також є критичним елементом у процесі майнінгу.

Майнінг блокчейну на основі PoW дуже складний. Майнери повинні вирішити складну криптографічну головоломку, щоб вийняти новий блок. Цей процес включає інтенсивні обчислення, які дуже дорогі з точки зору обладнання та електроенергії. Процес майнінгу не тільки захищає мережу від зовнішніх атак, але й перевіряє легітимність транзакцій і генерує нові одиниці криптовалюти (нагороду майнеру, який вирішив головоломку).

Тому однією з причин безпеки блокчейнів Proof of Work є той факт, що процес майнінгу потребує дуже великих фінансових вкладень і залежить від консенсусу в мережі. Однак важливо відзначити, що безпека PoW безпосередньо пов’язана з кількістю виділеної ним обчислювальної потужності (швидкості хешування), а це означає, що невеликі мережі блокчейнів менш безпечні ніж великі.

На відміну від PoW, dPoW не використовується для досягнення консенсусу за новими блоками і, отже, не є алгоритмом консенсусу. Натомість це механізм безпеки, який реалізується на додаток до звичайних узгоджених правил PoW. DPoW унеможливлює реорганізацію нотаріально завірених блоків, а значить,
блокчейни набагато безпечніші та стійкіші до атак на 51%.

По суті, dPoW «перевстановлює» узгоджені правила блокчейна щоразу, коли блок нотаріально засвідчується. Наприклад, у більшості ланцюжків PoW використовується «правило найдовшого ланцюжка». Таким чином, щоразу, коли мережа блокчейна отримує підтвердження того, що блок XXX, XX1 був нотаріально завірений, то за правилом найдовшого ланцюжка наступний блок буде починатися з XXX, XX2. Мережа не прийме ланцюжок, який починається з блоку XXX, XX0 або раніше, навіть якщо він найдовший.

Механізм безпеки Delayed Proof of Work дозволяє регулярно створювати резервні копії, гарантуючи, що у разі збою системи або успішного взлому всі дані можна буде швидко відновити. Щоб взлом успішно завдав довгострокових збитків, зловмисник повинен також відключити мережу Біткойн, знищивши всі зображення, які були заархівовані в його блокчейн.

Proof of Burn (PoB)

У той час як більшість систем блокчейна використовують алгоритми консенсусу Proof of Work (PoW) або Proof of Stake (PoS), Proof of Burn (PoB) тестується в міру можливості альтернатива. Простіше кажучи, алгоритми консенсусу блокчейну відповідають за безпеку мережі, перевірку транзакцій та перевірку. Блокчейн PoW, такий як Біткойн створює сценарій, в якому майнери змагаються, щоб знайти правильне рішення складної криптографічної проблеми. Перший майнер, щоб знайти рішення для конкретного блоку, передає свій PoW (хеш-блок) до іншої мережі. Потім розподілена мережа вузлів перевіряє докази. Якщо це правда, майнер отримує постійне право додати цей блок до блокчейну, а також отримує винагороду за створення нових біткойнів.

Коли справа доходить до блокчейнів Proof of Stake, алгоритм консенсусу працює інакше. Замість використання хеш-функцій алгоритм PoS використовує цифрові підписи, які доводять належність монет. Перевірка нових блоків виконується так званими блокфальсифікаторами або мінтерами, які вибираються детермінованим чином. Чим більше монет у фальсифікатора в стейку, тим вища ймовірність вибору його як валідатора блоку. Однак, на відміну від систем PoW, більшість систем PoS не надають винагороду за
блок, і все, що мінтери отримують від перевірки блоку, це комісія за транзакцію.

Хоча алгоритм Proof of Burn схожий на PoW і PoS, він має свій особливий спосіб досягнення консенсусу та перевірки блоків. Існує кілька версій PoB, але концепція Proof-of-Burn, ідеалізована Яном Стюартом, найбільш визнана у криптовалютному просторі. Він був запропонований як надійніша альтернатива алгоритму консенсусу PoW.

По суті Proof of Burn виглядає як алгоритм PoW, але з нижчим рівнем споживання енергії. Процес перевірки блоку в мережах на основі PoB не вимагає використання потужних обчислювальних ресурсів і не залежить від потужного майнінгового обладнання (такого як ASIC). Натомість криптовалюта навмисно спалюється як спосіб «інвестувати» в ресурси блокчейну, тому кандидатам на майнінг не потрібно вкладати фізичні ресурси. У системах PoB майнери інвестують у віртуальне майнінгове обладнання (або віртуальний майнінг).

Іншими словами, спалюючи монети, користувачі можуть продемонструвати свою відданість мережі, отримавши право на «майнінг» та перевірку транзакцій. Оскільки процес спалювання монет являє собою віртуальну потужність майнінгу, і чим більше монет користувач спалює на користь системи, чим більше у нього потужності майнінгу, тим більша ймовірність, що він вибере її як валідатор блоку.

Як працює Proof of Burn?

У двох словах, процес спалювання монет полягає в їх відправленні на загальнодоступну перевірену адресу, де вони стають недоступними та марними. Ці адреси зазвичай генеруються випадково без пов’язаного з ними відкритого ключа. Звичайно, процес спалювання монет знижує їх доступність на ринку та створює дефіцит монет, що призводить до потенційного збільшення їх вартості. Але більше того, спалювання монет – це ще один спосіб інвестувати в безпеку мережі. Одна з причин PoW Блокчейн безпечний, це факт, що майнерам потрібно вкладати багато ресурсів, щоб зрештою майнінг став прибутковим. Це означає, що майнер PoW матиме всі стимули діяти чесно та допомогти мережі уникнути розтрати первісних інвестицій.

Ідея аналогічна алгоритмам PoB. Але замість того, щоб інвестувати в електроенергію, робочу силу та обчислювальну потужність, блокчейн PoB має бути підкріплений інвестиціями у спалювання монет і нічим більше.

Як і блокчейн PoW, системи PoB винагороджують майнерів за їхній внесок. Очікується, що згодом така винагорода покриє початкові вкладення спалених монет. Як згадувалося раніше, існують різні способи реалізації алгоритму Proof of Burn. У той час як деякі проекти здійснюють майнінг PoB шляхом спалювання біткойнів, інші досягають консенсусу, спалюючи власні монети.

PoB проти PoS

PoB і PoS мають одну особливість: валідатори блоків повинні інвестувати свої монети, щоб брати участь у механізмі консенсусу. Однак блокчейн PoS вимагає, щоб фальсифікатори ставили свої монети, зазвичай блокуючи їх. Але якщо вони вирішать залишити мережу, вони можуть взяти ці монети та продати їх. Отже, у такому сценарії немає постійного ринкового дефіциту, тому що монети вилучаються із загального обігу лише на певний період. З іншого боку, валідатори PoB-блоків повинні знищити свої монети назавжди,
створення постійного економічного дефіциту.

Переваги та недоліки Proof of Burn

Перелічені тут переваги/недоліки засновані на загальних аргументах прихильників PoB і не повинні вважатися доведеними фактами. Існують розбіжності щодо цих аргументів, які вимагають подальшої перевірки на підтвердження як істинних, і помилкових тверджень.

Переваги PoB

  • Більш стабільний.
  • Знижене споживання енергії.
  • Не потребує апаратного майнінгу.
  • Гарячі монети – це віртуальне майнінгове обладнання.
  • Згорілі монети зменшують їхній загальний тираж (дефіцит ринку).
  • Вітаються довгострокові зобов’язання майнерів.
  • Розподіл/майнінг монет зазвичай менш централізований.

Недоліки PoB

  • Деякі кажуть, що PoB не дуже екологічний, тому що біткойни, що горять, генеруються в результаті розробки PoW, яка вимагає багато ресурсів.
  • Не було доведено, що це працює у великих масштабах. Для підтвердження його ефективності та безпеки потрібні додаткові тести.
  • Перевірка робіт, які виконують гірники, зазвичай відкладається. Це не так швидко, як блокчейн Proof of Work.
  • Середній термін служби монети не завжди є прозорим або легко піддається перевірці для звичайного користувача.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *