Просто про складне: блокчейн і все, що пов'язане з цим поняттям

Фото з мережі Інтернет

Сьогодні для обміну фіатних валют на цифрові використовується крипто-конвертер, який можна знайти на криптобіржах та обмінниках. Усі терміни, які з'явилися останніми роками – криптовалюти, смарт-контракти, NFT, Web 3.0 – засновані на технології blockchain. Їй пророкують стати головним винаходом людства та майбутнім цифрового світу. Дехто навіть заявляє, що саме ця розробка може стати базою ідеального державного устрою. Але при цьому лише мала кількість людей зможе пояснити, що це та як працює.

Розбираємо поняття: що таке блокчейн?

Якщо говорити простою мовою, то це особливий вид комп'ютерної технології, за допомогою якого можна зберігати та обмінюватись інформацією між користувачами. Сам процес – прозорий та повністю безпечний. Щоб краще уявити, що це таке, можна провести аналогію з великою книгою. У неї записуються всі операції, тільки замість звичайного паперу використовуються комп'ютери, які обмінюються між собою даними.

Головна властивість та перевага цієї книги – неможливість змінити записи після їх внесення. Іншими словами, обман чи шахрайські дії виключені. Складовими цієї великої книги є блоки, в яких зберігаються відомості з усіх операцій. Самі блоки поєднуються між собою, створюючи безперервний ланцюжок. Така структура дозволяє кожному учаснику мережі у будь-який час ознайомитися з транзакціями та перевірити їх достовірність. Система такого плану застосовується не тільки для цифрових валют, але й для багатьох інших сфер життя.

Як працює blockchain?

Зрозуміти, що таке блокчейн, можна, дослідивши ноди та майнерів – двох важливих категорій учасників мережі. Спочатку варто розібратися, яка їм відводиться роль в роботі всієї системи.

●      Ноди у криптомережах.

Під нодою розуміють комп'ютер із певним встановленим на нього ПЗ. На ньому розміщено копії всіх криптотранзакцій, які проводились у блокчейн-мережі за весь час її існування. Мережі різних криптопроєктів, як правило, включають тисячі нод. При цьому запустити одну з них можуть усі, хто має комп'ютер та підключення до інтернету. Ноди відповідають за те, щоб спільно підтверджувати справжність нових криптотранзакцій. Це виконується шляхом звіряння даних із вже наявною інформацією та правилами. Щоб з'явився запис про нову операцію, необхідно, щоб більшість таких нод досягла консенсусу про коректність відомостей.

Саме ноди відповідальні за безпеку всієї мережі, оскільки вони здійснюють валідацію транзакцій. Запускати та підтримувати функціональність ноди може будь-хто. Але здебільшого такі люди справді зацікавлені у подальшому розвитку блокчейну, його цінностей та етики. Активність такого плану, як правило, не передбачає нарахування нагороди, при цьому витрати на роботу нод мінімальні.

●      Майнери.

Майнери або валідатори – це ті, хто займається створенням нових блоків та їх додаванням до blockchain. Їхня задача – об'єднати нові криптотранзакції в блоки та додати їх у блокчейн-мережу. А ось ноди, у свою чергу, підтверджують коректність інформації, яка надходить.

І якщо ноди «задовольняються» простим усвідомленням свого внеску у розвиток системи, то майнери мають зовсім інший стимул у цьому питанні. Майнінг передбачає заохочення у вигляді нарахування крипти. Тобто робота майнерів оплачується криптоактивами.

Що таке і навіщо потрібний механізм консенсусу?

Алгоритм консенсусу придуманий для того, щоб користувачі та програми могли координувати свої дії у розподіленій мережі. Суть блокчейна полягає в тому, щоб досягти згоди між усіма учасниками мережі з приводу вхідних даних, навіть якщо деякі ноди вийшли з ладу. Механізм консенсусу виступає гарантією того, що всі ноди мають однакову копію реєстру, в якій містяться записи всіх криптотранзакцій. Оскільки блокчейн немає центрального органу, в якого зосереджено весь контроль, то алгоритми консенсусу стають його важливою частиною.

Коли існують десятки тисяч нод, що забезпечують зберігання копій даних блокчейн-мережі, то є можливість виникнення різних проблем. Наприклад, це може бути викликано неузгодженістю даних та шкідливими нодами. Щоб зберегти цілісність системи, використовуються різнопланові механізми консенсусу з певними правилами досягнення угоди.

Які існують типи алгоритмів консенсусу: Proof of Work

Proof of Work (PoW) зустрічається в багатьох блокчейн-мережах та застосовується для перевірки операцій і підтримки цілісності системи. Цей механізм був першим, і він же застосовний до Біткоіна. PoW передбачає конкуренцію між майнерами у вирішенні складної математичної задачі, щоб отримати право на додавання нового блоку. Процес, що відбувається для цього, називається майнінгом. Перший, хто вирішує головоломку, одержує нагороду у вигляді криптовалюти.

Одне із правил сучасного майнінгу – використання потужного комп'ютерного обладнання. Тільки так вдасться вирішувати задачі, створювати нові криптомонети та підтримувати безпеку мережі. Як результат – потрібні значні обчислювальні потужності, а разом із ними й великі витрати електроенергії.

Екологічна альтернатива – Proof of Stake

Скорочено його ще називають PoS. Цей алгоритм виник як вирішення деяких недоліків PoW. У такій системі не потрібні майнери та всі супутні з ними дії. Тут діють валідатори, у яких ціль – додати в стейкінг крипту. Валідаторов визначають, виходячи з того, яку суму вони внесли до стейкінгу.

Все, що потрібно для початку – відправити на утримання певну кількість криптомонет як заставу. Після чого система випадково вибирає тих, хто створюватиме нові блоки та підтверджуватиме транзакції. При цьому враховується розмір частки у стейкінгу. За формування нового блоку валідатори одержують комісії з транзакції. Такі винагороди діють як мотивація для розвитку мережі.

Інші затребувані механізми консенсусу

Вивчаючи про блокчейн, у першу чергу всі дізнаються про PoW та PoS, оскільки вони є найпоширенішими. Але це не єдині рішення. Сьогодні реалізовані й інші алгоритми: деякі поєднують у собі елементи PoW та PoS, інші надають абсолютно нові способи досягнення консенсусу.

Наприклад, існує Delegated Proof of Stake (DPoS), який має схожість із Proof of Stake. Однак у PoS всі валідатори мають право на створення нових блоків. А ось у DPoS є утримувачі токенів, які вибирають набір делегатів. Останні формують блоки від імені утримувачів.

Також можна розглянути Proof of Authority (PoA), де увагу звертають на репутацію або особистість валідатора, а кількість крипти, яка утримується, немає значення. Акцент робиться на надійності, тому за шкідливі дії можуть видаляти з мережі.

Хто створив блокчейн та що таке Біткоїн?

Сьогодні більш поширена думка, що інновація вперше з'явилася у 2008 року, коли її описав Сатоші Накамото. Це псевдонім, за яким ховається таємнича особа чи навіть група розробників. У той рік Накамото представив базовий документ, який містив пояснення концепції blockchain, а також першої криптовалюти – Bitcoin. Це продемонструвало реальне застосування технології та запустило нову еру цифрових фінансів та децентралізованих систем.

Але якщо говорити про застосування децентралізації та незмінності для обліку документів, то основні принципи було закладено ще у 60-70-х. Найкраще ідею вдалося розкрити вченим Стюарту Хаберу та У. Скотту Сторнетте. Вони ще в 1991 описали схему послідовного формування блоків, в яких знаходився хеш. Вчені запатентували свою розробку, але зіштовхнулися із суттєвою проблемою – не було технічної можливості для її реалізації. Як результат – інтерес до інновації пройшов. У 2004-му минув термін патенту. А вже через чотири роки з'явився Сатоші Накамото зі своїм white paper.

Важливо розуміти, що технологія не стоїть на місці та постійно розвивається. З'являється все більше нових платформ та застосувань у різноманітних сферах життя. Тобто blockchain – це не тільки про криптоплатформи. Це інноваційний інструмент, який може покращувати економіку, соціальні системи та багато інших.

З чого складаються блоки: дані, nonce, криптографічний хеш

Щоб розуміти принцип цієї технології, потрібно розглянути анатомію блоку. Він складається з кількох елементів, серед яких такі:

●      Дані – записи про виконані операції, що зберігаються у блочній системі.

●      Nonce – випадкове число, яке потрібне для генерації криптографічного хешу.

●      Криптографічний хеш – унікальний код, який одержують на базі двох минулих компонентів. Він посилається на попередній блок у ланцюжку, що гарантує незмінність записів.

Під хешем розуміють результат виконання хеш-функції, яка з вхідних даних будь-якого обсягу робить рядок фіксованого розміру, що містить набір чисел та літер. Хеш-функції застосовуються не тільки у криптографії, а й у комп'ютерних науках та інших сферах, де потрібно забезпечити цілісність даних, швидкий пошук та перевірку правильності інформації.

Що таке блокчейн-адреса?

Це свого роду ідентифікатор, за допомогою якого можна отримувати та відправляти блокчейн-транзакції всередині мережі. Адреса може мати різний вигляд: або послідовність символів, або QR-код. Вона виступає своєрідним «банківським рахунком» користувача, тільки у блокчейн-світі. Використовуючи таку адресу, ви можете здійснювати анонімні та безпечні криптооперації. При цьому можна зберегти конфіденційність та не розкривати свої особисті дані.

Поєднання компонентів блоку, криптографічних методів шифрування та унікальних блокчейн-адрес дає надійну та міцну систему для обміну даними та виконання транзакцій. У цій структурі відсутній центральний контролюючий орган, що призводить до децентралізації та прозорості. А це і є головні переваги блокчейн-розробки.

Види блокчейну

Цей винахід передбачає різні форми та рівні доступу, які підбираються, виходячи з поставлених задач та умови використання. Існує 4 основні види blockchain, про які потрібно знати:

1.    Публічні. Вони відкриті для всіх користувачів, тому будь-хто може стати частиною мережі та взаємодіяти з нею. Яскраві приклади такої форми роботи системи є Біткоін та Ефір. Блокчейн-мережа такого формату може передбачати вільний обмін інформацією та будується на принципах децентралізації.

2.    Приватні. Доступ відкритий лише для певної групи користувачів, які отримали дозвіл від адміністратора. Цей тип є актуальним для компаній, які хочуть побудувати безпечну систему з контролем доступу до матеріалів організації.

3.    Гібридні. Це поєднання елементів двох попередніх блокчейнів. Реалізовано наступним чином: частина даних закрита, але є такі відомості, які залишаються відкритими для всіх бажаючих.

4.    Консорціумні. Контроль зосереджений та розподілений між кількома організаціями, які спільними зусиллями керують мережею та приймають рішення. Цей варіант можна розглянути, коли потрібно побудувати довірчі відносини між різними компаніями, у планах яких – спільна робота.

Послідовність подій у blockchain

Блокчейн – це інновація зі структурним підходом. Він влаштований так:

●      Проведення транзакцій. Обидві сторони здійснюють обмін даними, які зашифровані криптографічними методами. Передавати можна не лише крипту, а й інші відомості, включаючи й інші активи у цифровій формі.

●      Підтвердження. Транзакція переходить у mempool – це черга, в якій знаходяться всі операції, що потребують підтвердження. Вузли мережі об'єднують транзакції в блоки, перевіряють та підтверджують їхню легітимність.

●      Ланцюгова структура. Кожен блок передбачає хеш. Взаємозалежний ланцюжок складається із зв'язаних між собою хешів.

●      Перевірка блоків. Перед їх додаванням до ланцюга здійснюється перевірка на те, що дані не змінювалися. Алгоритм консенсусу залежить від конкретного проєкту.

●      Майнінг. Вся робота будується на майнерах, задача яких – виконати складні математичні обчислення. За свою діяльність вони одержують монети криптомережі чи комісії з криптотранзакцій. Цей принцип є характерним для PoW, але сенс завжди однаковий: перевірка операції, формування нового блоку, гарантія безпеки та децентралізації.

●      Захист даних. При спробі шахраїв внести коригування у записи зміниться хеш. Інші ноди визначать, що хтось намагається втрутитися у структуру та відхилять його зміни.

Переваги, які характерні для блокчейну

●      Прозорість.

Вся інформація із блокчейн-мережі залишається відкритою для всіх бажаючих. Тому ви можете вільно моніторити ланцюг операцій з самого початку існування системи.

●      Надійність.

Записи зберігаються на тисячах комп'ютерів різних користувачів. Як результат – зведення до мінімуму ризиків атак хакерів та комп'ютерних збоїв. Збережений матеріал ніяк не постраждає, навіть якщо відразу вийдуть з ладу десятки комп'ютерів.

●      Безпека.

Блочна структура формується строго у хронологічному порядку, до того ж її компоненти пов'язані між собою хешем. Завдяки цьому виходить нерозривний ланцюжок, у якого не можна змінити або видалити будь-яку з ланок.

●      Низькі комісії.

Реєстрація транзакцій здійснюється майнерами, а не централізованими органами на кшталт банків. Майнерів багато, тож вони конкурують між собою. За рахунок цього комісії зберігаються на мінімальному рівні.

●      Незалежність.

Blockchain – це система, яка працює без участі третіх осіб. А це означає, що процес протікає без втручань з боку компаній, банків та держави.

Блокчейн-гаманці: що це та які бувають?

Для виконання операцій всередині blockchain-мережі необхідне спеціальне ПЗ, яке відоме як криптогаманець. Невірною є поширена думка, що в таких сховищах знаходиться криптовалюта. Насправді вони містять запис про актуальний стан рахунку користувача та всі скоєні дії з активами. Криптогаманці сьогодні доступні в кількох різновидах:

●      Онлайн.

●      Десктопні.

●      Мобільні.

●      Апаратні.

Перший вид – найпростіший, його можна активувати за кілька хвилин. Все, що потрібно зробити – зареєструватись на спеціалізованому сервісі. У цей розділ можна віднести гаманці, які надають криптовалютні біржі. Щоб захистити свої гроші, рекомендується працювати лише з надійними та перевіреними майданчиками. Наприклад, WhiteBIT – одна із найбільших криптобірж у Європі, яка забезпечує високий рівень безпеки для клієнтських активів.

Якщо ви віддаєте перевагу десктопним та мобільним криптогаманцям, то для початку вам знадобиться скачати та встановити програму на ПК або смартфон. Такі сховища класифікують на товсті та тонкі. До першої категорії входять такі гаманці, які надають повний функціонал, включаючи можливість майнінгу. Але тут не обійшлося без деяких мінусів – займають понад 200 ГБ на диску, потрібно більше часу на криптотранзакцію. Тонкі гаманці припускають обмежений обсяг функцій, але обробка операцій здійснюється набагато швидше.

Під апаратними сховищами розуміють спеціальні пристрої зберігання ключів доступу. Їхня висока надійність обумовлена тим, що генерація ключів відбувається локально, без передачі в інтернет. Поширеними серед користувачів виробниками вважаються Trezor та Ledger. Але за таку флешку доведеться викласти близько 100-200 доларів.

Сфери застосування блокчейн-технології

Ця технологія викликала реальний фурор не тільки в криптовалютному секторі. Подібний винахід використовується у фінансах, медицині, освіті, державному управлінні, розвагах та ін.

●      Крипта та цифрові валюти.

Blockchain є основною технологією для всіх криповалют – від Біткоіна і до практично нікому невідомих альткоїнів. Криптоактиви стали ефективним інструментом заробітку, який будується на різниці у вартості купівлі та продажу монет. Але також крипта може бути застосована і як варіант для переказу грошей за кордон. Однак у майбутньому планується активне впровадження розробки й у роздрібну торгівлю.

Вже сьогодні є держави, які намагаються створити цифрову валюту на базі технології блокчейн. Яскравим прикладом є Китай, де населення масово використовує цифровий юань. Згодом ця валюта може конкурувати з доларом. Плюс цифрового юаня в тому, що угоди стають швидшими, а комісії меншими.

●      Смарт-контракти.

Цей інструмент дозволяє зберегти та зробити для споживачів доступним весь ланцюжок поставок – від сировини до готового продукту на прилавку. Наприклад, інтерес до технології проявила відома в США компанія Walmart, яка має мережу супермаркетів.

Цифровий розподілений регістр потрібен для прозорого зберігання даних про сертифікати якості, терміни поставок, умови транспортування та зберігання та ін. Таким чином, вдасться уникнути підробок, а перевірка якості товару стане набагато легшою.

NFT та ігрова індустрія

Невзаємозамінні токени – сертифікати, за допомогою яких можна підтвердити право на об'єкти цифрового мистецтва: аудіо, фото, картини, комп'ютерна графіка. Обсяг торгівлі NFT безперервно зростає, що дозволяє робити лише позитивні прогнози про цей сектор.

Якщо говорити про ігрову індустрію, то чудовим прикладом виступає гра Axie Infinity, яку створила в'єтнамська студія Sky Mavis. Це свого роду «покемони на блокчейні». Задача гри – вирощувати персонажів та боротися за їх допомогою з іншими гравцями. У разі перемоги можна здобути віртуальні землі у вигляді NFT та цифрові монети SLP, які також зустрічаються на криптобіржах і можуть використовуватися для конвертації.

На тлі цього виник термін GameFi – це блокчейн-проєкти, в яких можна монетизувати свій ігровий досвід. Іншими словами, персонажі, землі та зброя всередині гри стають ігровими активами. Завдяки NFT закріплюється право власності за певним гравцем. Аудиторія GameFi вже вимірюється у мільярдах людей.