Что такое блокчейн и где в 2023 применяется эта технология

Криптовалютный рынок похож на традиционные финансовые рынки — биржи, кредиты, депозиты, переводы, но это только внешнее сходство. В основе криптовалют, связанных с ними сервисов и активов лежат другие технологии, и важнейшая из них — блокчейн. Именно с понимания блокчейна, как технической основы криптовалют начинается понимание всего рынка, поэтому сегодня разберем, что такое блокчейн, как он работает и какие у него перспективы развития.

Понятие блокчейн для новичков

Блокчейн (blockchain) — это распределенная база данных, которая содержит информацию обо всех транзакциях, проведенных участниками системы. Впервые технология блокчейн была реализована в платежной сети Bitcoin. 

Основное отличие блокчейна от других технологий распределенного хранения данных зашифровано в его названии: block — блок, и chain — цепь. Из этих элементов состоит архитектура базы:

• Блок — это “пакет” информации. Для криптовалютных блокчейнов такой информацией являются данные о транзакциях. Все информации блока превращаются в строку кода, которая содержит информацию о предыдущем блоке. 
• Цепь — это последовательность этих самых блоков. Каждый следующий блок связан с предыдущим. Следуя от блока к блоку можно просмотреть все транзакции, то есть буквально отследить кому пользователь перевел актив, и кто этот актив перевел ему. 

Вся эта последовательность блоков хранится в распределенной сети. Это значит, что вместо единого сервера существует сеть из нескольких узлов (нод) и каждый из этих узлов хранит копию базы данных. 

Все копии постоянно синхронизируются, поэтому даже если хакер получит доступ к одному узлу и внесет изменения в базу данных, то при следующей синхронизации эти изменения будут отклонены, поскольку не соответствуют информации в остальных копиях.  

Говоря о блокчейне, мы в первую очередь  думаем про криптовалюты, но эту технологию используют многие частные компании для построения корпоративных решений. Например, JPMorgan запустил свой блокчейн и даже проводил в нем транзакции. Поэтому блокчейны делят на:

• Публичные — это и есть блокчейны криптовалют. Публичные блокчейны децентрализованы,  они не имеют единого центра управления и принятия решений, а все узлы из которых они состоят одноранговые — равные. 

Такая сеть работает по заранее запрограммированному алгоритму и любой желающий может стать её частью, установив приложение-ноду и скачав копию базы данных на свое устройство. Данные в публичном блокчейне видны всем желающим. Вот тут можно посмотреть транзакции в сети Ethereum. 

• Приватные — это блокчейны, которые используются частными компаниями или группами компаний. Такой блокчейн централизованный и только владелец решает, кто может стать узлом, добавлять, хранить и просматривать данные. Примерно по такому принципу работают CBDC — цифровые валюты, которые выпускаю Центральные банки. 

Поскольку нас интересуют публичные блокчейны, то вся информация ниже будет касаться именно их. Приватные сети работают по правилам, установленным владельцем и могут отличаться от того, что принято называть блокчейном на криптовалютном рынке. 

Как работает блокчейн

Мы уже знаем некоторые особенности архитектуры блокчейна, то есть понимаем, как выглядит база данных. Но как она формируется? Разберём алгоритм записи транзакции в блокчейн, на примере сети Bitcoin:

1. Пользователь инициирует транзакцию — отправляет определенное количество BTC через свой кошелек другому пользователю.
2. Данные о том, кто, кому и сколько отправил, попадают в мем-пул блокчейна. Мем-пул — это буфер, где хранятся транзакции, которые ожидают подтверждения. 
3. Когда транзакция “дождалась” своей очереди, она отправляется майнерам — специальным нодам, у которых есть право проверять добавляемую в блокчейн информацию. 
4. Майнеры проверяют соответствие транзакции по правилам блокчейна, а потом хешируют данные о ней. Хеширование — это когда вся информация превращается в одну строку кода из букв и цифр. Эта строка формируется с соблюдением набора правил, который называется алгоримтом хеширования (для биткоина это SHA-256). 
5. Хеш (строка) транзакции отправляется в блок к другим транзакциям. ~ каждые 10 минут майнеры Bitcoin превращают строки всех транзакций блока в одну общую строку — хеш блока. 
6. Как только хеш блока найден, он записывается в копию базы данных того майнера, который его создал. При следующей синхронизации остальные копии добавят этот блок в свои локальные базы и транзакция будет подтверждена. 

Вычисления, которые проводят майнеры, требуют мощного оборудования с высоким энергопотреблением и такой способ подтверждения транзакций называется Proof-of-Work (доказательство работы). 

Существует также альтернативный алгоритм проверки транзакций — Proof-of-Stake (доказательство доли). В PoS-блокчейнах данные в базу добавляют не майнеры, а валидаторы. Им не требуется проводить сложные вычисления, но, чтобы получить право проверять транзакции они должны внести определенное количество криптовалюты в качестве залога.

Где используется блокчейн

Блокчейн — это универсальная технология, которая может заменить любую из существующих баз данных, но приведенные выше особенности структуры и принципы работы делают его идеальным решением для:

• Платежных операций. Криптовалюты — это платежные сети,  они позволяют пользователям безопасно переводить друг другу цифровые активы, а их обслуживание обходится дешевле, чем банковских систем переводов вроде SWIFT.
• Смарт-контрактов. Такие сети как Ethereum позволяют не просто записывать данные о транзакциях, но создают виртуальную среду для выполнения сложных автоматических алгоритмов — смарт-контрактов. 

Смарт-контракт включает последовательность действий и работает по принципу “если, то”. Если пользователь переведет на такой-то кошелек 1 ETH, то ему надо выдать такую-то сумму USDT (так работают смарт-контракты платформ децентрализованного кредитования). На смарт-контрактах основаны все DeFi-площадки.

• Публичных реестров. Некоторые страны тестируют блокчейн в качестве основы для ведения общедоступных земельных реестров, реестров прав на недвижимое имущество и других открытых баз данных. 
• Подтверждения прав собственности и авторских прав. С появлением невзаимозаменяемых токенов (NFT), пользователи получили возможность внести в блокчейн цифровые предметы искусства, коллекционные предметы и другие уникальные цифровые активы вместе с информацией о создателе и владельце. Эти данные нельзя подделать или изменить, поэтому они на порядок эффективнее и безопаснее существующих систем патентов и реестров.

Сфера применения блокчейна может включать различные продукты, которые требуют отлаженных систем передачи цифровых активов, прозрачных и публичных данных или децентрализованной инфраструктуры. Один из последних примеров — GameFi: игры, которые создаются в виде dApps (децентрализованных приложений) и используют в игровом процессе токены и NFT. 

Как записать на блокчейн внешние данные

С криптовалютой всё сравнительно просто — платежная сеть оперирует данными, которые в ней заранее заложены и запрограммированы. Но, что делать, когда нужно взаимодействовать с информацией из внешнего мира? Блокчейн — это закрытая сеть, она не может считывать данные из интернет-серверов или других источников. Эту проблему решают Оракулы.

Оракулы — это специальные ноды, которые получают информацию о внешнем мире, преобразовывают её в доступную для блокчейна форму и передают смарт-контракту. Наиболее известной сетью Оракулов является ChainLink. 

Зачем это вообще нужно? 

1. Возьмем в качестве примера один из популярных DeFi-сервисов — платформу кредитования. На ней пользователи могут взять кредит под залог криптовалюты. 
2. Теперь представим, что пользователь хочет занять USDT под залог ETH. Сервис должен соблюдать определенный коэффициент обеспечения, то есть сумма кредита напрямую зависит от суммы залога. Как площадке узнать, какой курс USDT к ETH? 
3. Для этого она обращается к Оракулу, который собирает данные из нескольких спотовых бирж и передает их на смарт-контракт кредитора. 
4. На основе этого курса платформа высчитывает, сколько может выдать USDT в обмен на предоставленный ETH. 

С проблемой добавления внешней информации сталкиваются только публичные блокчейны, поскольку они не могут вносить изменения в сеть произвольно. Приватные блокчейны могут менять по своему усмотрению формат и содержание вносимой информации.

А так ли безопасен блокчейн

Сами по себе блокчейны устойчивы ко взлому и вмешательствам извне. Это обусловлено как архитектурой самой базы данных, так и надежными алгоритмами консенсуса, которые не позволяют изменить информацию несанкционированно. Однако публичные блокчейны потенциально уязвимы к некоторым типам атак:

• Атака 51% — когда злоумышленник захватывает 51+% мощности сети, он может контролировать, какая информация вносится в блокчейн и менять её по своему усмотрению. Реализовать атаку 51% в сетях вроде Bitcoin сложно из-за количества майнеров и их рассредоточенности, но чем меньше сеть, тем более она уязвима перед атакой 51%. 

Считается, что PoW-сети более устойчивы к этой атаке , чем PoS, поскольку количество валидаторов в последних на порядок ниже чем количество майнеров. Но до сих пор ни в одной PoS-сети эта угроза не была реализована.

• Атака Сивиллы — чтобы транзакция попала в блокчейн, она должна получить подтверждения от нескольких узлов. В сети Bitcoin транзакция не попадает в блок, пока не получит хотя бы 6 подтверждений. Ноды, которым рассылаются запросы на подтверждение выбираются случайно, но если общее количество нод невелико, существует вероятность, что злоумышленник может контролировать все узлы, которым пришел запрос на и включить в блок транзакцию, нарушающую правила. 

Атаку Сивиллы легче реализовать в сетях с небольшим количеством узлов, поэтому PoW блокчейны считаются более безопасными и в этом плане. Но, опять же, ни в одной крупной сети еще не была успешно проведена атака Сивиллы.

• Квантовые компьютеры — квантовые компьютеры могут стать потенциальной угрозой для криптовалют. Их высокая вычислительная мощность в теории позволяет подобрать приватные ключи к кошелькам пользователей, что существующие компьютеры не могут сделать технически. Но пока квантовых компьютеров нет в широком доступе — это только гипотетическая угроза. 

На самом деле, блокчейн — это самая безопасная часть криптовалютного рынка. На уровне пользователя опасности появляются при взаимодействии с “посредниками”: хакер может взломать сервер провайдера кошелька, биржа может заблокировать счет, пользователь может дать доступ вредоносному смарт-контракту, но это все не имеет отношения к безопасности самого блокчейна.