Что такое блокчейн и как он работает

Появившись когда-то как основа для первой криптовалюты, блокчейн достаточно быстро вышел за рамки криптовалютного сектора. Он привлекает внимание не только разработчиков и инвесторов, но и представителей бизнеса, различных государств или обычных людей. Сегодня блокчейн можно встретить в самых разных сферах: от логистики до медицины. 

Так почему же технология распределенного реестра имеет такое распространение? Что в ней такого, чего не было в других технологиях до появления блокчейна? В этой статье мы разберем основы блокчейна чтобы лучше понять, как данное новшество может способствовать изменению множества процессов.  

Введение в технологию блокчейн

Что такое блокчейн простыми словами – это база данных, которая состоит из блоков. В каждый блок попадает информация, которая не подлежит изменению или удалению. Иначе говоря, если информация единожды попала в блокчейн, то она останется там навсегда. Кроме того, блокчейн не имеет централизации, то есть одного дата-центра – он располагается на множестве серверов или ПК по всему миру. 

Непрерывность цепочки блоков в криптовалютных системах обеспечивается за счет нескольких механизмов. Во-первых, каждый блок содержит хеш предыдущего блока, что создает прочную связь между ними – изменить данные в одном блоке невозможно без изменения всех последующих. Во-вторых, консенсусные механизмы, такие как Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS), гарантируют, что новые блоки добавляются только после выполнения сложных вычислений или достижения согласия участников сети, что защищает от атак. Также блокчейн децентрализован, и для нарушения целостности цепочки злоумышленникам необходимо контролировать большую часть сети, что крайне сложно. Эти меры обеспечивают безопасность и стабильность системы.

Интересно то, что блокчейн, как технология, существует не так давно, но сегодня уже применяется в различных направлениях. Изначально блокчейн описал Сатоши Накамото – создатель биткоина и блокчейна. В 2008 году Сатоши выпустил WhitePaper биткоина, где была подробно описана технология распределенного реестра, а уже в 2009 году на свет появился биткоин.  

Еще в 2017 году авторитетные финансовые эксперты подсчитали, что внедрение блокчейна только в банковский сектор на территории США позволит сократить ежегодные затраты от $8 млрд до $12 млрд, при общем показателе в $30 млрд. Только вот проблема в том, что к концу 2024 года повсеместного внедрения блокчейна так и не произошло. 

Как работает блокчейн

Блокчейн называют технологией распределенного реестра не просто так. В отличие от централизованных баз, блокчейн работает на множестве компьютеров по всему миру, что обеспечивает ему децентрализованность и увеличивает устойчивость к различным атакам на сеть. 

Децентрализация говорит о том, что на работоспособность блокчейна не может повлиять какая-либо группа людей: здесь сеть поддерживает сотни или тысячи компьютеров по всему миру. Информацию в блоках удалять или видоизменять они не могут. Их задача поддерживать работу блокчейна, путем подтверждения транзакций, каждая из которых проверяется и записывается в распределенную сеть. 

Стоит учесть, что блокчейн – это не просто база данных. С его помощью функционируют криптовалюты, что позволяет пользователям блокчейна обмениваться средствами между друг другом, минуя посредников в виде банков.  

Как работает механизм консенсуса

Консенсус – процесс при котором достигается соглашение между валидаторами сети о том, что транзакция валидна или достоверна. Каждый участник сети должен прийти к тому, какой блок дальше добавляется в сеть: если мнение валидаторов совпадает – добавляется новый блок в цепочку. 

Механизмы консенсуса – неотъемлемая часть блокчейнов, ведь у них нет центрального органа, который бы проверял транзакции и поддерживал целостность сети. Через блокчейны ежедневно проходит множество информации, некоторая может быть вредоносной или несоответствующей. Чтобы не полагаться на мнение единого центра подтверждения транзакций и существуют механизмы консенсуса, которые определяют, когда ноды или валидаторы пришли к общему мнению 

Существуют разные механизмы консенсуса, но наиболее используемыми выступают три: 

• Proof of Work (PoW) – первый механизм консенсуса, который был применен в блокчейне биткоина. Использует вычислительные ресурсы для подтверждения транзакций, то есть чем больше у вас компьютеров или асик-майнеров, тем выше вероятность, что именно вы получите вознаграждение за добавление нового блока; 

• Proof of Stake (PoS) – валидаторы блоков выбираются на основе количества монет, которые они держат. Интересно, что данный механизм консенсуса был представлен еще в 2011 году, а первой криптовалютой на его основе стал Peercoin;

• Delegated Proof of Stake (DPoS) – делегаты голосуют за проверку транзакций. Достаточно редкий механизм, который подразумевает выбор делегатов: они будут создавать новые блоки от имени тех, кто за них проголосовал. Из наиболее известных криптовалют, где используется данный механизм, можно выделить EOS и TRX. 

Если смотреть на рынок криптовалюты сегодня, то наиболее распространенным механизмом консенсуса выступает Proof of Stake. Это и понятно: для PoS не нужно множество вычислительных мощностей, как это есть в PoW – достаточно большой суммы токенов блокчейна на счету. Конечно можно сказать, что в таком случае все награду за майнинг на алгоритме PoS будут получать большие кошельки. Да, но и на алгоритме PoW ситуация точно такая же, с момента появления крупных майнинговых компаний. 

Преимущества блокчейна

Теперь разберем аспекты, за которые многие бизнесы и государственные службы выбирают блокчейн:

• Децентрализация. Как уже говорилось, при децентрализации работу блокчейна обеспечивает множество компьютеров или нод по всему миру. Такой подход позволяет сети быть более устойчивее к внешним атакам, а также же выход из строя одного компьютера/ноды не повлечет за собой отключение сети, да и вообще никак не повлияет на ее работу. Каждый блок данных в блокчейне связан с предыдущим через хеш, что усиливает его безопасность и неизменность; 

• Прозрачность. Здесь речь идет о публичных блокчейнах, на которых функционируют практически все криптовалюты. Все участники сети могут видеть то, что происходит внутри нее: транзакции, комиссии, количество держателей и прочее. Хеширование данных транзакций делает процесс прозрачным и позволяет легко подтвердить их подлинность без раскрытия лишней информации; 

• Неизменность данных. Одним из самых сильных аспектов блокчейна является его способность гарантировать неизменность данных. После того как транзакция была записана в блок и добавлена в цепочку, её нельзя изменить или удалить без того, чтобы это не стало очевидным. Это защищает от манипуляций и фальсификаций. Любая попытка изменения данных приводит к несоответствию хеша, что моментально выявляется участниками сети;

• Эффективность. За счет полной автоматизации и возможности ускорять различные процессы, блокчейн может кратно увеличить эффективность скорость проведения различных операций. Например, если речь о финансовом секторе, то перевод денег будет стоить гораздо дешевле, а времени займет меньше в криптовалюте, чем в фиатной валюте. При этом каждая транзакция автоматически получает уникальный хеш, что помогает идентифицировать ее в цепочке и избежать ошибок; 

• Снижение комиссий. Собственно, по причине того, что между отправителем и получающим нет посредников в виде банка, блокчейн позволяет сэкономить на комиссиях. Учитывая, что платежи могут быть трансграничными, то экономия будет существенной. При этом каждая транзакция автоматически получает уникальный хеш, что помогает идентифицировать ее в цепочке и избежать ошибок; 

• Отсутствие необходимости доверия. В блокчейне отсутствует потребность в доверии между участниками сети, поскольку безопасность и надёжность данных обеспечиваются математическими алгоритмами, криптографией и консенсусными механизмами. Хеш каждой транзакции играет ключевую роль в создании этой системы доверия: его неизменность и уникальность подтверждают целостность данных и устраняют необходимость стороннего контроля.

Виды блокчейна

Публичный блокчейн

Первый вариация технологии распределенного реестра, которая предполагает полностью открытую сеть для любого желающего. В таком блокчейне каждый может создать ноду и начать проверять транзакции, получая за это вознаграждение. Публичный блокчейн не подразумевает разрешение для участия, тем самым обеспечивая высокий уровень прозрачности.  

• Преимущество – максимально децентрализован; 

• Недостаток – высокие затраты на поддержание сети (например, для Proof of Work), проблемы с масштабируемостью из-за большого количества участников и транзакций.

Примеры: Bitcoin, Ethereum, Tron.

Приватный блокчейн

Обычно приватный блокчейн используется внутри одной компании или организации. Так как информацию в блокчейне изменить нельзя, а множество процессов выполняются автоматически, то это лучшее решение для корпораций. В приватных блокчейнах участники должны получить разрешение для присоединения, и доступ к данным часто ограничен.

• Преимущество – повышенная конфиденциальность и контроль над данными, что делает приватный блокчейн удобным для использования там, где информацию нужно сохранить и защитить; 

• Недостаток – такие блокчейны, зачастую, централизированны, то есть более подвержены атакам извне, а также к ним гораздо меньше доверия, чем к публичным сетям. 

Пример: Hyperledger Fabric – это пример платформы для создания приватных блокчейнов.

Блокчейн-консорциум

Это гибридный тип сети, которая подразумевает управление и участие в ней сразу несколькими организациями. Блокчейн-консорциум объединяет в себе преимущества публичной и приватной сетей, предлагая частичный доступ к информации и контроль сети.

• Преимущество – подходит для корпоративных целей, где несколько организаций могут совместно управлять блокчейном, обеспечивая баланс между децентрализацией и контролем;

• Недостаток – возможны проблемы с координацией и управлением между участниками консорциума. 

Пример: R3 Corda и Enterprise Ethereum. 

Применение блокчейна в различных сферах

Вообще, блокчейн можно внедрить чуть ли не во все существующие процессы, если постараться. Но мы выделим основные сферы, где блокчейн максимально интегрирован или подходит к ним. 

Криптовалюты

Первый и самый успешный вариант применения технологии блокчейн: здесь выступает основной для прозрачности и безопасности. По сути, если бы в основе криптовалют не лежал блокчейн, то мы бы столкнулись с:

• С тем, что криптовалюты могли бы никогда не “выстрелить”. Кому нужны электронные деньги без гарантий безопасности?

• Даже если бы они приобрели популярность, то скамить криптовалюты без блокчейна было бы в разы проще, чем обязательно воспользовались бы мошенники;

• Как бы определялись комиссии и были бы они вообще – не понятно.

Цифровая идентификация

В современном мире, где легко подделываются различные данный, блокчейн способен предоставлять неизменную цифровую идентификацию чего угодно, что можно проверить без каких-либо проблем. Например, блокчейн может использоваться для подтверждения личности при голосовании, доступа к банковским услугам или даже для удостоверения личности в электронных системах здравоохранения. Это помогает избежать кражи личных данных и утечек информации, а также гарантирует подтвержденную информацию.

Банковский сектор

После криптовалют, наиболее подходящая сфера для использования, потому что: 

• Проведение быстрых и дешевых переводов. Современные трансграничные переводы могут идти достаточно долго (от 3 до 5 дней), а также и стоят немало – до 1% от суммы. Был случай, когда транзакция  по переводу биткоинов, на общую сумму около $280 млн, стоила всего $0.04; 

• Быстрое обрабатывание операций и возможность автоматизировать процессы. Использование блокчейна позволяет избавиться финансовым организациям от сложного документооборота, потому что он прозрачен и любую операцию можно отследить. Вместе с этим можно и сокращать штат, то есть направить средства на какие-либо другие потребности; 

• Обеспечение иммутабельности сделок. Иначе говоря, информацию в блокчейне нельзя как-то изменить или подделать. Этим не могут похвастаться современные банковские дата-центры, где регулярно что-то происходит задним числом; 

• Внутри банковской сферы есть процесс, называемый реконсиляцией. Его суть заключается в том, в согласовании и сверки данных. Из-за человеческого фактора и двухстороннего обмена информацией реконсиляция занимает достаточно много времени. Блокчейн решает эту проблему, путем ускорения всего процесса в целом, а также более быстро проводит транзакции.

Голосование

Здесь все просто: Использование блокчейна позволяет обеспечить неизменность данных голосования и их открытость для аудита, что значительно снижает вероятность фальсификаций. Понятно, что это не особо интересно любой стране мира, но задумка точно хорошая. 

Управление цепочками поставок

Блокчейн также играет важную роль в управлении цепочками поставок, обеспечивая полную прозрачность на каждом этапе перемещения товаров. Это позволяет отслеживать происхождение продукции, её качество, сроки хранения, а также идентифицировать любые возможные фальсификации или недобросовестные практики.

Смарт-контракты

Смарт-контракты – это программы, которые автоматически выполняются при выполнении заранее заданных условий. Они обеспечивают полную автоматизацию процессов, исключая необходимость в посредниках, таких как банки или юридические фирмы. Смарт-контракты позволяют создавать условные соглашения, которые автоматически вступают в силу при соблюдении определенных условий (например, перевод денег при подтверждении доставки товара). Это значительно ускоряет процессы, снижает затраты и повышает безопасность, так как условия контракта заранее запрограммированы в коде, и их выполнение не зависит от человеческого вмешательства.

Блокчейн в игровой индустрии и виртуальной реальности

Технологии блокчейн всё активнее находят применение в индустрии развлечений, особенно в игровой сфере и виртуальной реальности (VR). Сочетание прозрачности, децентрализации и неизменности данных делает блокчейн мощным инструментом для улучшения работы игровых платформ, взаимодействия между игроками и создания уникальных цифровых активов.

NFT и внутриигровые активы

Одним из самых ярких примеров использования блокчейна в играх является концепция NFT (невзаимозаменяемых токенов). NFT позволяют создавать уникальные цифровые объекты: персонажей, оружие, одежду и другие элементы, которые игрок может владеть, продавать или использовать в разных играх.

Пример: NFT дают игрокам возможность зарабатывать деньги через продажу редких внутриигровых предметов на блокчейн-платформах. Такая модель активно используется в проектах, подобных Axie Infinity или Decentraland.

Преимущества NFT для игровой индустрии:

• Полная собственность. Игрок становится единственным владельцем цифрового актива благодаря записям в блокчейне.

• Переносимость. Благодаря децентрализованным платформам, активы можно использовать в разных играх и приложениях.

• Защита от мошенничества. Алгоритмы блокчейна предотвращают дублирование или взлом активов.

Прозрачные и честные механики

Блокчейн помогает сделать игровые механики честными для всех участников. Например, с помощью смарт-контрактов можно обеспечить выполнение правил, таких как распределение выигрыша, без вмешательства третьих сторон.

Пример: платформы на основе блокчейна, такие как Gala Games, гарантируют, что игровые события или результаты нельзя подделать, а их алгоритмы открыты для проверки.

Игры "play-to-earn" (играй и зарабатывай)

Ещё одно направление, где блокчейн становится ключевым звеном, — это игры с экономической моделью "play-to-earn". Они позволяют игрокам получать вознаграждения за внутриигровую активность в виде криптовалют или NFT. Это полностью меняет подход к геймплею, превращая игры из хобби в источник дохода.

Пример: В таких играх, как Sandbox, пользователи могут зарабатывать токены, создавая контент или принимая участие в событиях.

Влияние на VR-платформы

Технологии блокчейн активно внедряются в виртуальную реальность. С помощью блокчейна можно:

• Управлять виртуальной недвижимостью. Например, в метавселенной Decentraland пользователи могут приобретать, продавать или сдавать в аренду участки виртуальной земли.

• Создавать защищенные профили пользователей. Это предотвращает кражу персональных данных или подделку личности в виртуальных мирах.

Заключение

Блокчейн – революционная технология, которая привнесла в обычную жизнь пользователей интернета много нового, некоторое даже и незаметное. Сейчас технология распределенного реестра оказывает большое влияние на множество сфер жизни, и предпосылок к тому, что это закончится, нет. 

С каждым годом появляются новые возможности по применению блокчейн-технологии, поэтому и развитие его не остановится, в ближайшем обозримом будущем. 

Если вы хотите более детально разобраться в блокчейне, то вот несколько материалов, которые помогут вам это сделать: 

1. Сатоши Накамото: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System;

2. Андреас Антонопулос: "Mastering Bitcoin";

3. Дон и Алекс Тэпскотт: "Blockchain Revolution".