Что такое блокчейн и консенсус

Если вы всегда хотели узнать, как работает блокчейн, но нигде не находили чёткого ответа, эта статья для вас. Объяснили так, что даже бабушка поймёт.

Сначала кратко и очень просто.

Криптовалюта — это виртуальные деньги, которые существуют только в интернете. Они не имеют бумажных аналогов. Для переводов криптовалюты между людьми не нужен банк: она децентрализована, в этой системе нет единого регулирующего органа. Вместо этого есть блокчейн — безопасная технология хранения данных. В ней информацию нельзя изменить или подделать, потому что она сначала проверяется, затем шифруется, а потом сохраняется на тысячах устройств по всему миру одновременно.

Именно поэтому у вас не получится «нарисовать» себе пару миллионов на счёте или отправить одни и те же монеты на два разных адреса: система сравнит эти данные со своей информацией и признает их ложными. За это отвечает консенсус.

Децентрализация — это самый надежный, справедливый, беспринципный, неподкупный и независимый способ хранения данных, который потенциально может использоваться везде:

🕴в политике (честные выборы),

📑 в государственных системах (упразднение налоговой, единая база здравоохранения)

💼 в бизнесе (логистика, продажи).

А теперь давайте разбираться, как это работает. Дальше уже будет посложнее.

Как мы уже выяснили, блокчейн — это технология хранения данных. Термин произошел от английских «block» (блок) и «chain» (цепь). Соединяя два слова, получаем дословный перевод — «цепочка блоков». Что за блоки?

Представьте, что вы переезжаете в другой город. Нужны коробки. Складывать вещи нужно как можно компактнее — чтобы использовать минимум места и уместить максимум предметов. Так вы сэкономите на коробках, пакетах, пупырке и доставке, а грузчики возьмут меньше денег.

Упаковывая вещи в коробки, вы наверняка будете их подписывать — чтобы они не затерялись при транспортировке и чтобы во время распаковки понимать, что где лежит.

Логистическая компания тоже промаркирует груз. На каждую коробку грузчики наклеят метку, которую можно отсканировать и узнать, кому принадлежат вещи и куда они едут. Так логисты смогут отслеживать перемещения груза и, если возникнет спорная ситуация, предоставить доказательства.

Блокчейн работает почти как логистическая компания.

Цель блокчейна — предложить людям близкий к совершенству способ хранения данных.

Блокчейн состоит из блоков. Их размер разработчики могут программировать при создании криптовалюты. Например, размер блока в блокчейне биткоина — около 1 МБ.

Этот показатель — динамический. Он зависит от ряда факторов, включая уровень нагрузки на сеть криптовалюты и стоимость комиссий. Чем показатели выше — тем больше будет блок. На фоне роста нагрузки и комиссий в сети биткоина весной 2023 года показатель доходил до 2,6 МБ. Но условной «нормой» будет блок размером около 1 МБ.

Все блоки в блокчейне соединены «склейкой» из информации. Здесь нам придётся познакомиться с алгоритмом, который называют деревом хешей или деревом Меркла. Он преобразовывает большой объём информации в небольшую строчку кода, которая нужна, чтобы «связать» блок с последующим.

Рассмотрим, как работает дерево хешей на примере схемы ниже:

📃 У нас есть четыре записи: A, B, C и D. Допустим, в этих записях представлена информация о четырех транзакциях, которые нужно поместить в блок.

🧮 Каждую из записей система хеширует — преобразовывает в уникальный набор символов. Так мы полчаем четыре хеша: хеш A, хеш B, хеш C и хеш D.

🔗 Теперь нам нужно разделить полученные хеши по парам. Возьмем хеш A + хеш B и хеш C + хеш D. Из каждой пары хешей мы получаем по одному новому:

Так четыре исходные записи мы преобразовали в две.

🪄 Остаётся преобразовать два полученных хеша — хеш E и хеш F — в единую запись, финальный хеш. У нас получился набор уникальных символов, в котором есть информация о четырёх исходных записях.

Хеширование происходит при помощи специальных алгоритмов. Например, в сети биткоина работает схема хеширования «SHA256». Он превращает любой объем данных в уникальный набор 64 символов. Вот как выглядит первая глава романа «Мастер и Маргарита» Михаила Булгакова после хеширования через SHA256:

Существуют и другие алгоритмы хеширования, например, SHA-1 и Ethash. В их основе тоже лежит идея дерева Меркла, но правила «упаковки» данных другие.

Теперь перейдём к связке. Допустим, мы получили хеш первого блока. Теперь, чтобы связать его с последующим, система берёт первый хеш и включает его в расчёты для формирования хеша нового блока. Зачем это нужно:

🔐 Для обеспечения достоверности данных. Если мы заменим хотя бы один символ в данных любого блока, дальнейшие хеши тоже изменятся. И если мы сравним оригинальный блокчейн, который хранится на тысячах компьютеров по всему миру, с тем, в котором подменили символ, мы сможем найти фальсификацию.

🧚 Чтобы снизить вес блокчейна. Хеширование помогает экономить пространство в блоках за счёт «сжатия» и строгого упорядочения информации.

Остался еще один компонент, который мы уже косвенно обсудили и без которого технология блокчейн не была бы такой эффективной — децентрализованный подход к хранению. Его смысл в том, чтобы организовать одновременное хранение нескольких копий блокчейна на разных устройствах участников сети проекта. Такой подход обеспечивает достоверность и безопасность данных: мошенник не сможет одновременно подменить информацию на всех устройствах.

Блокчейны классифицируют по-разному. Возьмём версию британского правительства из доклада «Технология распределенного реестра: за пределами блокчейна». В неё входит три вида блокчейнов:

📖 Unpermissioned public ledgers — открытые публичные реестры. Копию такого блокчейна может получить любой желающий. Пример — биткоин.

📗 Permissioned public ledgers — закрытые публичные реестры. Их целостность могут поддерживать только заранее выбранные участники сети. Пример — Hyperledger.

📕 Permissioned private ledgers — закрытые частные реестры. Доступ к ним ограничен. Это, например, блокчейн-системы цифровых валют центрального банка (CBDC): песочный доллар Багамских островов, венесуэльский Petro и нигерийская цифровая найра (eNaira).

Блокчейн не может работать без алгоритма консенсуса, который ещё называют механизмом консенсуса и алгоритмом майнинга. Это правила функционирования сети, которые гарантирует её безопасность.

Консенсус регулирует присоединение блоков к блокчейну и отвечает за достоверность информации в цепочке блоков через их согласование с другими копиями. Ещё алгоритм определяет, кто именно получит право на добавление новых блоков за награду. Участников сети, которые добавляют блоки с помощью нод (сетевых узлов со специальным программным обеспечением для обработки сетевых задач), называют валидаторами.

Благодаря консенсусу любой участник сети точно знает о том, что происходит у других участников сети в любой момент времени, что все играют по одним правилам и ни у кого нет преимущества.

На рынке уже сейчас много алгоритмов консенсуса, и регулярно появляются новые версии. Рассмотрим популярные.

Название алгоритма переводится как «доказательство работы». Право на добавление блока в блокчейн криптовалюты в PoW-системах получают пользователи с наибольшим объёмом вычислительной мощности (хешрейта), подключенной к сети криптовалюты.

Proof-of-Work считают одним из самых безопасных алгоритмов. Единственный способ провести мошенническую операцию в такой системе — провести атаку 51%. Для этого нужно захватить (или нарастить) 51% от общего показателя вычислительной мощности. После этого вы сможете устанавливать правила сети и приписывать себе любые суммы. Но, например, в случае с биткоином даже все суперкомпьютеры, объединенные в одну машину, не смогут переиграть по мощности хеширования всю сеть. А ещё следящие за работой системы ноды могут распознать и предотвратить вредительство.

В PoW-системах за эмиссию или выпуск криптовалюты в оборот отвечают майнеры. Они выполняют вычисления (делают работу) и получают за это награду в виде «новорожденных» монет. Получается, что в обеспечении биткоина лежит проделанная оборудованием майнеров работа — поэтому алгоритм так и называется.

Примеры криптовалют на PoW: биткоин, Dogecoin, Litecoin.

Название алгоритма переводится как «доказательство доли». В PoS-системах право добавления блока в блокчейн имеют пользователи с наибольшим объёмом монет. PoS быстрее PoW, но он менее безопасен. Для проведения атаки нужно заполучить очень много монет и дождаться своей очереди на добавление блока. Но её могут отразить другие участники системы.

Proof-of-Stake подразумевает эмиссию криптовалюты через стейкинг — процесс намеренного удержания монет с целью обеспечения стабильности работы сети криптовалюты в обмен на награду. Для этого нужно стать валидатором. Чтобы получить такой статус в сети Ethereum, нужно заблокировать в системе 32 ETH (около $58 тыс.).

Примеры криптовалют на PoS: Ethereum, Algorand.

Название алгоритма переводится как «делегированное доказательство доли». В DPoS-системах участников, которые будут добавлять новые блоки к блокчейну и получать за это награду, выбирают другие пользователи путём децентрализованного голосования. Одна монетка — один голос.

DPoS — родственник PoS, поэтому эмиссия криптовалюты в таких системах происходит через стейкинг. Безопасность таких систем выше, чем у простых PoS, потому что право на добавление блока в блокчейн можно получить только имея доверие участников системы, заслужить которое — непросто.

Примеры криптовалют на DPoS: Hive, Lisk, Ark.

Это один из «родственников» PoW. Он был создан, чтобы решить проблему захвата рынка майнинга асиками — специальными устройствами для добыч�� криптовалюты. Их концентрация, как считают создатели Equihash, снижает уровень децентрализации рынка цифровых активов.

Алгоритм выбирает пользователей, которые работают на обычном оборудовании. Для этого система анализирует не только вычислительную мощность устройств, но и память.

Примеры криптовалют на Equihash: Zcash, Komodo, Hush.

Это алгоритм с шестью параллельными процессами хеширования. Такой подход повышает устойчивость Quark-систем к взломам.

Примеры криптовалют на Quark: Dimecoin, PlatinumBAR, AmsterdamCoin.

Название алгоритма переводится как «доказательство места и времени». Его принцип похож на PoW, но вместо вычислительной мощности пользователь предоставляет сети доступ к определенному объёму памяти устройства — поэтому его считают экологичным вариантом PoW.

Такие системы используют ещё и для организации облачных хранилищ, в которых участники получают награду за предоставление памяти своих устройств.

Примеры криптовалют на PoSt: Filecoin.

Название алгоритма переводится как «доказательство авторитета». Он формирует рейтинг участников системы и выбирает наиболее ответственных и заинтересованных в поддержании работоспособности проекта пользователей для добавления блока к блокчейну. PoA — родственник PoS.

Примеры криптовалют на PoA: VeChain.

Название алгоритма переводится как «доказательство истории». Его суть в том, чтобы добиться полной синхронизации часов на всех нодах. Тогда сетевые узлы могут работать по строго выверенному расписанию и проверять время между операциями.

Примеры криптовалют на PoH: Solana.

Название алгоритма можно перевести как «доказательство сожжения». Речь идёт о сожжении криптовалют. Так Proof-of-Burn поддерживают ценность активов — эмиссия уменьшается, а ценность монет возрастает .

Примеры криптовалют на PoB: Counterparty.

Важно понимать, что две криптовалюты, построенные на одинаковом консенсусе, могут работать по-разному. В конкретной системе могут быть дополнительные настройки, которые корректируют принципы её функционирования. Например, биткоин и Monero работают на алгоритме PoW. Но майнить BTC на видеокарте сегодня — нереально. Monero при этом можно добывать на CPU.

Алгоритмов много. Большинство из них — потомки самых популярных и первых PoW и PoS. Но в основе каждого — своя цель. Например, в DPoS разработчики попытались решить проблему несправедливого распределения наград путём организации децентрализованного голосования. А создатели Quark попытались усовершенствовать системы безопасности алгоритмов.

Большинство криптовалют-лидеров капитализации работают на проверенных временем PoW и PoS. Здесь мы не будем ничего изобретать и просто скажем, что, если вы новичок, при выборе криптовалют для инвестиций лучше отдавать предпочтение тем, которые работают на доказано эффективных алгоритмах.

Купить bitcoin или Ethereum легально и без скрытых комиссий можно в лицензированном литовском обменнике itez. Подтвердить личность можно ВНЖ. Проходить верификацию не нужно, если покупаете крипту через виджет itez с зарубежной карты на сумму до 300 евро в месяц у наших партнёров: OKX, Onramper, CoinW, XT.com.

Перед покупкой советуем изучить наши инструкции по созданию кошельков — их нужно зарегистрировать заранее.

💌 ВКонтакте, Telegram

Данный материал не является инвестиционной рекомендацией. Финансовые и иные операции, упомянутые в статье, не являются руководством к действию. Itez не несет ответственность за возможные риски. Пользователю следует самостоятельно провести анализ, на основе которого можно будет делать выводы и принимать решения о проведении любых операций с криптовалютой и/или токенами.