Что такое блокчейн?

Попробуем разобрать само слово:

block chain — цепочка блоков

Что в принципе передаёт суть термина. А вот, что узнаем, погрузившись в детали:

Суть заключается в последовательности блоков, которые вместе складываются в блокчейн, защищённый методами криптографии.

Воспринимайте блок как коробку для хранения некоторых данных. Например, данных о транзакции. У каждого блока есть свой уникальный хеш. Он складывается из текущего хеша блока и хеша предыдущего блока. Хеш в некотором смысле — это отпечаток пальца, который нужен для идентификации. Если говорить более формально, то это математический код, который присваивается каждому блоку. Вы можете встретить другие названия — хеш-сумма или хеш-функция. Здесь мы для краткости пишем просто “хеш”.

В блоке хранятся данные, хеш текущего блока и хеш предыдущего блока

Мы узнали, что блоки хранят три элемента, а первый блок в блокчейне называется генезис блок и он очень специфический. Так как это первый блок, у него нет предшествующих блоков, поэтому технически генезис блок содержит только 2 элемента: данные и их хеш-функцию. Следовательно, когда кодируется генезис блок, значение предыдущего хеша автоматически становится нулевым.

Блокчейн — связанная информационная система, которая постоянно растёт. Для примера возьмём данные транзакции. Каждый раз, когда происходит новая транзакция, блокчейн удлиняется — добавляется новый блок. Но какие именно особенности делают блокчейн таким “могущественным”?

Причины потенциала блокчейна

1. Содержимое блокчейна неизменно

Что делает данные, которые хранятся в блокчейне, неизменными?

• Хеши

Блокчейн неизменяем, потому что каждый раз, когда данные в нём модифицируются, связанный с блоком хеш пересчитывается. Поскольку каждый блок содержит хеш предыдущего, это приводит к тому, что все последующие блоки становятся невалидными.

Это значит, что изменение одного блока повлияет на все последующие. Они станут невалидными и тогда очевидно, что над данными произвели манипуляции.

Благодаря большой вычислительной мощности компьютеры могут просто пересчитывать все следующие хеши, чтобы сделать блокчейн валидным снова за несколько секунд!

• Алгоритм консенсуса

Он стал причиной существования так называемого доказательства работы. Алгоритм консенсуса по существу — это механизм, который тормозит появление новых блоков. Вместо готовности постоянно добавлять новый блок в блокчейн после вычисления его хеша, доказательство работы использует брутфорс, чтобы замедлить процесс.

В случае с биткоином механизму доказательства работы нужны майнеры, чтобы решить сложную математическую задачу до того, как кто-то сможет добавить блок. Чтобы блок попал в структуру, ему нужно примерно 10 минут.

Представьте, как много нужно времени и денег кому-то, чтобы манипулировать данными в блокчейне и пересчитывать все хеши следующих блоков. Уникальные характеристики — хеши и алгоритмы консенсуса (например, доказательство работы) делает блокчейн практически неизменяемым.

Распространённые алгоритмы консенсуса: доказательство работы, доказательство доли владения и доказательство полномочий.

2. Применение децентрализованной и распределённой структуры

Блокчейн — децентрализованная и распределённая система. Это значит, что информация разделена между всеми в сети. Такое устройство противоположно централизованным системам, в которых информация хранится в одном месте. Пусть у всех и есть копия блокчейна, но при этом никто не может ничем манипулировать.

Идея децентрализованной системы в том, чтобы она позволяла отдельным пользователям обходиться без третьей стороны. Пример с биткоином: пользователи могут обмениваться цифровой валютой без участия банков и аналогичных традиционных организаций.

3. Блокчейн как одноранговая (пиринговая) сеть

Блокчейн использует одноранговую сеть. Чтобы присоединиться, каждому нужно приглашение. Установление согласованности с каждым в сети достигается за счёт разрешения одноранговых взаимодействий.

Каждый участник пиринговой сети называется узлом. В итоге каждый раз, когда кто-то добавляет новый блок в цепочку, этот блок отправляется каждому участнику и каждым же участником (узлом) проверяется. Это необходимое условие согласованности.

Традиционные централизованные сети уязвимы в плане эксплуатации данных потому, что централизованные организации имеют доступ к данным каждого участника. В таком формате можно получить доступ к центральному серверу и просто украсть информацию. Сравниваем и видим, что в децентрализованной одноранговой сети, где всё распределено между всеми узлами и требуется, чтобы участники поддерживали согласованность, блокчейн получает свойство базовой устойчивости к любой форме активности злоумышленников.