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:

• хеш E = (хеш A + хеш B);
• хеш F = (хеш C + хеш D).

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 добычи 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.