Технология блокчейн

Блокчейн создает децентрализованную запись транзакций, которая может быть проверена сетью независимо управляемых серверов. Это позволяет проводить операции между двумя сторонами, которые не обязательно знают или доверяют друг другу, без необходимости вмешательства третьей стороны для посредничества.

В последние годы технология блокчейн развивалась стремительно и ее потенциальное использование радикально расширилось. Это включает в себя разработку так называемой Blockchain 2.0, что означает использование интеллектуальных контрактов, безопасную передачу данных, отслеживание авторских прав и другие применения, помимо криптовалюты. Со времени изобретения Биткойна появилось много других платформ, которые создали себя с помощью этой инновационной новой технологии. Сегодня существуют сотни различных компаний, валют и приложений, использующих блокчейн все более инновационными способами.

Как работает блокчейн

Как уже упоминалось выше, система блокчейн изначально была разработана Сатоши Накамото, основателем Биткойна. Биткойн известен как первая, и все еще наиболее известная криптовалюта на рынке цифровых активов. Другие криптовалюты были разработаны с использованием основ биткойна, но со своими модификациями исходной формулы.

Начиная с 2019 года, технология блокчейн начала развиваться не только для торговли криптовалютами. Blockchain 2.0, как его стали называть, начал выполнять больше функций, основанных на идее умных контрактов. Смарт контракты позволяют двум сторонам создавать безопасные, автоматически исполняемые соглашения, в том числе те, которые основаны на отложенных или условных платежах. Децентрализованный характер блокчейна означает, что участие третьей стороны в качестве гаранта сделки не требуется. Умные контракты также могут использоваться для выполнения ставок, платежей и других транзакций, более сложных, чем простой обмен. Эволюция блокчейна позволила реализовать еще более сложные функции, например создание и отслеживание цифровых авторских прав, шифрование личных данных, таких как медицинские или финансовые записи, и другие задачи, требующие безопасности и секретности.

Особенности и преимущества блокчейн

Безопасность

Проблема, существовавшая до появления Биткойна и других криптовалют, заключалась в том, что, если одна сторона отправляла денежную сумму в электронном виде, принимающей стороне было слишком просто не выполнить свои обязательства. Многие попытки использовать интернет для коммерции потерпели неудачу, до того, как была разработана технология блокчейн. Теперь пользователи могут осуществлять денежные переводы без участия посредника.

Также, нужно помнить, что централизованная система имеет одну единую точку отказа (главная линия связи и хранения данных), которая делает ее легкой целью для хакеров. Например, организации с централизованными данными, такие как банки и финансовые учреждения, часто хранят всю свою финансовую информацию в одной сети. Если эта сеть дает сбой, то все данные подвергаются риску. Напротив, в децентрализованной сети существуют тысячи отдельных точек отказа, и, если одна из них скомпрометирована, это не обязательно рушит всю систему.

Еще одним преимуществом является то, что пользователи экономят на высоких комиссиях, которые необходимо было отдавать платежной системе и при этом они не зависят от правил, ограничений, процессов и сбоев третьей стороны.

Система блокчейн более прозрачна, чем любое централизованное хранилище данных. Когда речь идет о публичной записи очень трудно попытаться украсть данные, зашифрованные в цепочке, без того, чтобы каждый другой узел не знал о взломе.

Тем не менее, блокчейн не следует рассматривать как совершенную систему, и было много разных случаев, когда он был успешно атакован хакерами.

Проблемы и уязвимости блокчейн

Самые громкие примеры уязвимости в проектах основанных на блокчейне, включают взлом DAO, который привел к краже Ethereum на сумму более 70 миллионов долларов США, взлом Parity на сумму эквивалентную 30 миллионам долларов и атака, погубившая обменник-биржу Mt. GOX, потерявшую в биткойнах более 473 миллионов долларов. В последнем случае, последствия были настолько сильными, что это навсегда закрыло биржу и на некоторое время замедлило рост отрасли в целом. Однако, Mt. GOX вдохновил на создание ряда бирж, которые сделали безопасность главным приоритетом, включая Coinbase, Binance, Bitfinex и другие.

Бесконечные хакерские атаки всегда будут проблемой для любой формы цифрового кода, однако индустрия очень усердно работает над тем, чтобы оставаться на шаг впереди злоумышленников, которые хотят использовать ее слабые стороны.

По мере того, как криптовалюты становятся все более важной частью мировой экономики, начинают развиваться новые проблемы, такие как невероятное количество энергии, потребляемой всеми процессорами, которые пишут и хранят код для блокчейна. Новые блокчейн транзакции требуют все большего количества электроэнергии для обработки, и с этим может быть сложно справиться как с экологической, так и с финансовой точки зрения.

Еще неизвестно, как отрасль будет решать эти проблемы в будущем, однако маловероятно, что криптовалюты или использование технологии блокчейн в ближайшее время куда-то исчезнут. Активы на миллиарды долларов торгуются каждый день, и эта сумма, по большей части, только увеличивалась за последние годы.

Блокчейн сегодня

Что такое блокчейн? Полное руководство

Блокчейн — это относительно молодая технология, на которой работают криптовалюты, хотя её применение этим не ограничивается. Говоря простыми словами, блокчейн представляет собой цепочку блоков, в которых содержится неизменяемая информация о транзакциях пользователей. Вы наверняка уже не раз слышали это слово, но давайте сегодня углубимся в подробности, чтобы в дальнейшем ни один аспект технологии блокчейна не вызывал у вас сомнений и вопросов.

Глава 1. Введение в блокчейн

Что такое блокчейн?

Блокчейн – это особый тип базы данных. Возможно, вы также слышали термин «технология распределённого реестра» (DLT) – во многих случаях имеется в виду то же самое.

Блокчейн обладает рядом уникальных свойств. Данные добавляются в него по определённым правилам, и когда они сохранены, их практически невозможно изменить или удалить.

Данные добавляются периодически в виде структур, называемых блоками. Каждый блок добавляется поверх предыдущего и содержит информацию, связывающую его с ним. Если посмотреть на последний блок, то можно убедиться, что он создан после предыдущего. И если пойти вниз по «цепочке», то можно достичь самого первого блока – известного как генезис-блок.

Для аналогии представьте, что у вас есть таблица из двух колонок. В первую ячейку первой строки вы вводите данные, которые хотите сохранить.

Данные первой ячейки конвертируются в двухбуквенный идентификатор, который затем будет частью следующего входа. В нашем примере двухбуквенный идентификатор KP должен использоваться в первой клетке второй строки (defKP). Это значит, что если изменить первый вход (abcAA), то во всех других ячейках получится другая комбинация букв.

База данных, в которой каждая запись связана с предыдущей. Источник: binance.com

Если теперь посмотреть на четвёртую строку, то последний идентификатор – TH. Помните, мы говорили, что нельзя изменить или удалить предыдущие записи? Всё потому, что любой легко поймёт, что это имело место, и просто проигнорирует попытку изменений.

Допустим, кто-то изменил данные в самой первой ячейке – тогда получится другой идентификатор, а значит, во втором блоке должны быть другие данные, что ведёт к другому идентификатору во второй строке, и т. д. В сущности, TH – это результат всей предшествующей информации.

Как связаны блоки?

Описанные выше двухбуквенные идентификаторы – это упрощённая аналогия того, как блокчейн использует хеш-функции. Хеширование – это клей, удерживающий блоки вместе. Его суть в том, что данные произвольного размера пропускаются через математическую функцию так, чтобы дать выход (хеш), который всегда имеет одинаковую длину.

Хеши, используемые в блокчейне, интересны тем, что вероятность найти два входа, дающих одинаковый выход, очень мала. Как в случае описанных выше идентификаторов, малейшее изменение входа даст совершенно другой выход.

Можно проиллюстрировать на примере функции SHA256, используемой в Биткойне. Как можно видеть, даже изменения больших букв на малые достаточно, чтобы выход был совершенно другим.

Вход	Выход SHA256
BitNovosti	491fd0ac791d6ef2229de5cab423ca6eb21dfe16e129e3a89a6893682a80e219
Bitnovosti	950822b5e38e6c48e20add70a4593d7f4b66917c457d06ff929fe4e7e86d440a
bitnovosti	8b4cd5c3d8be54f7a19cae929f0e15b6de0bdda08ce929c327c90fa82611e2aa

Тот факт, что не известно ни одной коллизии SHA256 (т. е. двух входов, дающих одинаковый выход), невероятно ценен в контексте блокчейнов. Это означает, что каждый блок может ссылаться на предыдущий с помощью его хеша и любая попытка отредактировать старые блоки сразу же станет явной.

Каждый блок содержит отпечаток предыдущего. Источник: binance.com

Блокчейны и децентрализация

Мы объяснили базовую структуру блокчейна. Но когда говорят о технологии блокчейна, часто имеют в виду не только саму базу данных, но построенную вокруг неё экосистему.

Как самостоятельные структуры данных, блокчейны действительно полезны лишь в нишевых приложениях. Но всё становится намного интереснее, когда мы используем их как инструменты, делающие возможным координирование не знакомых друг с другом людей. В сочетании с другими технологиями и теорией игр блокчейн может выступать распределённым реестром, который никто не контролирует.

Это значит, что никто не может редактировать записи вне правил системы (о которых будет сказано ниже). В этом смысле можно утверждать, что реестр одновременно принадлежит всем: участники в каждый конкретный момент достигают соглашения о том, как он выглядит.

Задача византийских генералов

Реальный вызов, с которым сталкивается вышеописанная система, – это так называемая задача византийских генералов. Сформулированная в 1980-х, она описывает дилемму, где изолированным участникам нужно координировать свои действия. В частности, в задаче описывается группа генералов, которые окружили город и решают, нападать ли на него. Генералы могут общаться только посредством гонца.

Каждому нужно решить, атаковать или отступать. Будет ли это атака или отступление – значения не имеет, главное, чтобы генералы пришли к общему решению. Если они решат атаковать, им светит успех, только если они будут действовать одновременно. Как же им этого добиться?

Да, они могут общаться через гонца. Но что, если того перехватят с сообщением «атакуем на рассвете» и заменят его сообщением «атакуем ночью»? Что, если один из генералов предатель и намеренно вводит других в заблуждение, чтобы они потерпели поражение?

Всех генералов ждёт успех при одновременной атаке (слева). Если одни отступают, а другие атакуют, то они будут побеждены (справа). Источник: binance.com

Нужна стратегия, позволяющая достичь консенсуса, даже если среди участников окажутся предатели или сообщения будут перехвачены. Неспособность поддерживать базу данных – это не такой вопрос жизни и смерти, как штурм города без подкрепления, но принцип тот же. Если нет никого, кто осуществляет надзор над блокчейном и предоставляет пользователям «верную» информацию, то пользователи должны как-то общаться между собой.

Механизмы блокчейна должны быть тщательно продуманы, чтобы он был устойчив к потенциальной недобросовестности одного или нескольких пользователей. Такое свойство системы называют византийской отказоустойчивостью. Как мы скоро увидим, для обеспечения исполнения устойчивых правил применяются консенсусные алгоритмы.

Зачем блокчейнам быть децентрализованными?

Конечно, блокчейном можно управлять самостоятельно. Но тогда получится база данных, громоздкая в сравнении с лучшими альтернативами. Настоящий потенциал блокчейна можно раскрыть в децентрализованной среде – то есть такой, где все пользователи равны. Тогда блокчейн невозможно удалить или захватить. Это единственный источник истины, который доступен всем.

Что такое пиринговая сеть?

Пиринговая (P2P) сеть – это совокупность находящихся в равных условиях пользователей (или генералов в предыдущем примере). Поскольку в такой сети нет администратора, вместо того чтобы связываться с центральным сервером каждый раз, когда нужно обменяться информацией с другими пользователями, она пересылается напрямую.

Централизованная сеть (слева) против децентрализованной (справа). Источник: binance.com

Взгляните на эту диаграмму. Слева A, чтобы отправить сообщение F, нужно переслать его через сервер. Но справа они соединены без посредников.

Обычно вся нужная пользователям информация находится на сервере. Когда вы заходите на сайт, вы запрашиваете у сервера его содержимое. Если сайт уйдёт офлайн, вы не сможете его просмотреть. Но если вы скачаете весь контент, то сможете просматривать его на своём компьютере, не отправляя запросы сайту.

В сущности, это и делает каждый участник сети блокчейна: на его компьютере хранится полная база данных. Если кто-то покинет сеть, остальные пользователи по-прежнему будут иметь доступ к блокчейну и смогут обмениваться информацией. Когда в блокчейн добавляется новый блок, данные распространяются по сети, чтобы каждый мог обновить собственную копию реестра.

Что такое узлы (ноды) блокчейна?

Узлы (ноды) – это машины, подключённые к сети, которые хранят копии блокчейна и обмениваются информацией друг с другом. Пользователям не нужно выполнять эти процессы вручную. Как правило, достаточно скачать и запустить ПО блокчейна, а остальное происходит автоматически.

Выше описан узел в самом чистом смысле, но иногда в определение также включают других пользователей, так или иначе взаимодействующих с сетью. Например, в случае криптовалюты простой кошелёк для телефона известен как лёгкий узел.

Публичные и частные блокчейны

Как известно, Биткойн заложил фундамент, на котором смогла вырасти блокчейн-индустрия. Когда Биткойн зарекомендовал себя как полноценный финансовый актив, новаторы задумались о потенциале применения лежащей в его основе технологии в других областях. Результатом стало изучение бесчисленных вариантов применения блокчейна вне финансов.

Биткойн – это то, что мы называем публичным блокчейном. Это означает, что его транзакции может просмотреть любой и, чтобы присоединиться, достаточно подключения к интернету и необходимого ПО. Поскольку никаких других требований для участия нет, это можно назвать инклюзивной средой.

Есть также блокчейны, называемые частными. В таких системах установлены правила касаемо того, кто может просматривать блокчейн и взаимодействовать с ним. Следовательно, такую среду мы называем эксклюзивной. Хотя на первый взгляд может показаться, что частные блокчейны не нужны, на самом деле они имеют важные применения – в основном в корпоративных условиях.

Как происходят транзакции?

Если Алиса хочет заплатить Бобу через банковский перевод, она уведомляет об этом свой банк. Для простоты предположим, что обе стороны используют один и тот же банк. Банк проверяет, есть ли у Алисы средства для проведения транзакции, после чего обновляет свою базу данных (например, Алиса -$50, Боб -$50).

Это не сильно отличается от того, что происходит в блокчейне. В конце концов, это тоже база данных. Главное отличие в отсутствии единственной стороны, выполняющей проверку и обновляющей балансы. Это должны делать все узлы.

Если Алиса хочет отправить Бобу 5 биткойнов, она транслирует сети соответствующее сообщение. Оно не сразу добавляется в блокчейн – узлы его увидят, но для подтверждения транзакции должны быть выполнены другие действия.

Когда транзакция добавлена в блокчейн, все узлы увидят, что она состоялась. Они обновят свою копию блокчейна, чтобы это отразить. Теперь Алиса не сможет отправить те же 5 монет Кэрол (двойное расходование), потому что сеть знает, что она их уже потратила.

Понятия имён пользователей и паролей здесь нет – чтобы доказать владение средствами, используется криптография с открытым ключом. Чтобы получить средства, Бобу нужен приватный ключ. Это просто очень длинное случайное число, которое практически невозможно угадать, даже имея в распоряжении сотни лет. Но если он кому-то сообщит свой приватный ключ, то такой человек сможет доказать, что средства Боба принадлежат ему (а следовательно, и потратить их). Поэтому важно держать приватный ключ в тайне.

Но Боб может получить из своего приватного ключа публичный. Затем он может сообщить свой публичный ключ любому, потому что получить из него приватный ключ практически невозможно. В большинстве случаев над публичным ключом проводится ещё одна операция (например, хеширование), чтобы получить публичный адрес.

Источник: binance.com

Боб сообщает публичный адрес Алисе, чтобы она знала, куда отправлять средства. Алиса создаёт транзакцию, которая говорит: отправить такие-то средства на такой-то публичный адрес. Затем, чтобы доказать сети, что она не пытается отправить средства, которые ей не принадлежат, она генерирует с помощью своего приватного ключа цифровую подпись. Любой может сравнить подписанное Алисой сообщение с её публичным ключом и с уверенностью сказать, что она имеет право переслать эти средства Бобу.

Кто изобрёл технологию блокчейна?

Эта технология обрела законченный вид в 2009 г. с запуском Биткойна – первого и самого популярного блокчейна. Однако её анонимный создатель Сатоши Накамото вдохновлялся более ранними технологиями и предложениями.

Блокчейны активно используют хеш-функции и криптографию, которые существовали не одно десятилетие до Биткойна. Что интересно, аналогичная блокчейну структура существовала ещё в начале 1990-х, но тогда она использовалась для присвоения документам временных меток, чтобы их позже нельзя было изменить.

Преимущества и недостатки технологии блокчейна

Должным образом спроектированные блокчейны решают проблему, донимающую участников различных индустрий, от финансов до сельского хозяйства. Распределённая сеть имеет много преимуществ над традиционной моделью «клиент-сервер», но есть и ряд недостатков.

Преимущества

Одно из непосредственных преимуществ, отмеченных в уайтпейпере Биткойна, заключается в возможности проводить платежи без посредников. Появившиеся позже блокчейны пошли дальше, позволив пользователям пересылать самую разную информацию. Устранение посредников снижает риски для пользователей, а также уменьшает комиссии

Как уже упоминалось, публичный блокчейн доступен всем: никаких препятствий для присоединения нет, так как сеть никто не контролирует. Если потенциальный пользователь имеет подключение к интернету, то он может взаимодействовать с другими участниками сети.

По мнению многих, важнейшее качество блокчейна – это высокая устойчивость к цензуре. Чтобы навредить централизованному сервису, злоумышленнику достаточно атаковать сервер. Но в пиринговой сети в качестве серверов выступают все узлы.

У Биткойна больше 10 500 активных узлов, разбросанных по миру, так что скомпрометировать сеть будет практически невозможно даже хорошо обеспеченному ресурсами злоумышленнику. Стоит отметить, что есть также много скрытых узлов, невидимых для сети.

Недостатки

Блокчейны не панацея от всех проблем. Одновременно с описанными выше преимуществами у них есть и недостатки. Самое очевидное препятствие для массового принятия блокчейнов – их плохая масштабируемость.

Это касается любой распределённой сети. Поскольку все участники должны быть синхронизированы, новая информация не может добавляться слишком быстро, так как узлы не будут поспевать. Поэтому разработчики обычно намеренно ограничивают скорость обновления блокчейна, чтобы гарантировать, что система будет оставаться децентрализованной.

Для пользователей сети эти может проявляться как долгое время ожидания, если провести транзакции пытается слишком много людей. Блоки вмещают ограниченное количество данных и добавляются в блокчейн не сразу. Если транзакций больше, чем может поместиться в блок, то избыточным транзакциям нужно ждать следующего блока.

Ещё один возможный недостаток децентрализованных сетей в том, что их не так просто апгрейдить. Если ты разрабатываешь собственное ПО, то можешь добавлять сколько угодно новых опций. Тебе не нужно сотрудничать с другими или спрашивать разрешения, чтобы внести изменения.

Но в среде, где могут быть миллионы пользователей, вносить изменения значительно сложнее. Можно изменить какие-то параметры в ПО своего узла, но в итоге окажешься выброшенным из сети. Если изменённое ПО несовместимо с другими узлами, они это заметят и откажутся взаимодействовать с твоим узлом.

Допустим, ты хочешь изменить правило о том, каким может быть максимальный размер блоков (2 МБ вместо 1 МБ). Можно отправить больший блок узлам, к которым ты подключён, но у них есть правило, гласящее «не принимать блоки больше 1 МБ». Они не включат такой блок в свою копию блокчейна.

Единственный способ протолкнуть изменения – убедить большинство участников их принять. В больших блокчейнах могут понадобиться месяцы – а то и годы – напряжённых обсуждений, прежде чем удастся скоординировать изменения.

Глава 2. Как блокчейн работает?

Как блоки добавляются в блокчейн?

Мы уже рассмотрели немало информации. Мы знаем, что узлы подключены друг к другу и хранят копии блокчейна. Они обмениваются информацией о транзакциях и новых блоках. Но, возможно, вы задаётесь вопросом: как же новые блоки добавляются в блокчейн?

Единственного источника, говорящего пользователям, что делать, нет. Поскольку все узлы равны, нужен механизм, который бы справедливо определял, кто может добавлять блоки в блокчейн. Нужна такая система, где обман дорого обходился бы пользователям, но зато честное поведение вознаграждалось бы. Любой рациональный пользователь предпочтёт действовать экономически выгодным для него образом.

Поскольку сеть открыта, создание блоков должно быть доступно всем. Протоколы часто обеспечивают это, требуя, чтобы пользователи рисковали своими деньгами. Тогда они смогут участвовать в создании блоков, и если сгенерируют действительный блок, то получат вознаграждение.

Однако если они попытаются смошенничать, остальная сеть об этом узнает. Они потеряют то, что поставили на кон. Подобные механизмы называются консенсусными алгоритмами, потому что они позволяют участникам сети достигать консенсуса насчёт того, какой блок должен быть добавлен следующим.

Майнинг (PoW или доказательство выполнения работы)

Источник: binance.com

Чаще всего используемый консенсусный алгоритм – майнинг. В майнинге используется механизм доказательства выполнения работы (Proof of Work, PoW). При этом пользователи жертвуют вычислительной мощностью, чтобы попытаться решить задачу, установленную протоколом.

Эта задача требует, чтобы пользователи хешировали транзакции и другую информацию, включаемую в блоки. Но чтобы хеш считался действительным, он должен быть меньше определённого числа. Поскольку никак нельзя спрогнозировать, каким будет каждый конкретный результат, майнеры продолжают хешировать слегка меняющиеся данные, пока не найдут действительное решение.

Очевидно, что многократное хеширование данных требует больших вычислительных затрат. В блокчейнах с доказательством выполнения работы пользователи рискуют деньгами, вложенными в оборудование для майнинга и потребляемое им электричество. При этом они надеются получить вознаграждение за блок.

Помните, выше мы говорили, что узнать вход хеша практически невозможно, но его легко проверить? Когда майнер отправляет остальной сети новый блок, все другие узлы используют его как вход в хеш-функции. Им достаточно один раз провести хеширование, чтобы проверить, действителен ли блок согласно правилам блокчейна. Если нет, то майнер не получит вознаграждения и электричество окажется потраченным впустую.

Первым блокчейном с доказательством выполнения работы был Биткойн. После его создания механизм PoW заимствовали многие другие блокчейны.

Преимущества PoW

• Проверенная эффективность: на данный момент PoW – самый зрелый консенсусный алгоритм, который способствовал безопасному переводу средств на миллиарды долларов.
• Открытость: любой может присоединиться к конкуренции в майнинге или просто установить проверочный узел.
• Децентрализация: майнеры соревнуются друг с другом в создании блоков, что означает, что никакая единственная сторона не контролирует вычислительную мощность.

Недостатки PoW

• Расточительность: майнинг потребляет огромное количество электричества.
• Повышающийся барьер входа: по мере того как к сети присоединяется больше майнеров, протокол повышает сложность задачи, решаемой майнерами. Чтобы оставаться конкурентоспособными, пользователи должны инвестировать в лучшее оборудование. Из-за этого многие майнеры могут выйти из игры.
• Атаки 51%: хотя майнинг способствует децентрализации, всё же существует вероятность, что один майнер заполучит большую часть вычислительной мощности. Тогда он теоретически может отменить прошлые транзакции и подорвать безопасность блокчейна.

Стейкинг (PoS или доказательство доли владения)

В системах с доказательством выполнения работы действовать честно мотивируют деньги, потраченные на оборудование для майнинга и электричество. Если не будешь майнить по правилам, инвестиции не окупятся.

В случае же доказательства доли владения (Proof of Stake, PoS) внешних издержек нет. Вместо майнеров здесь валидаторы, которые предлагают блоки. Для создания новых блоков они могут использовать обычный компьютер, но для этого нужно отдать под залог значительную часть своих средств. Для этого используется определённая сумма криптовалюты блокчейна согласно правилам протокола.

Бывают разные вариации, но когда валидатор зарезервировал свои средства, протокол может случайным образом выбрать его для создания следующего блока. Если он сделает всё правильно, то получит вознаграждение. Может также быть, что о следующем блоке соглашается несколько валидаторов и вознаграждение распределяется пропорционально залогу каждого из них.

Чаще встречаются не «чистые» PoS-блокчейны, а блокчейны с DPoS (делегированным доказательством доли владения), где пользователи голосуют за узлы (свидетелей), которые будут валидировать блоки для всей сети.

Ethereum, ведущий блокчейн для смарт-контрактов, должен перейти на PoS в версии ETH 2.0.

Преимущества PoS

• Экологичность: углеродный след PoS в разы меньше, чем у майнинга. Стейкинг устранят необходимость в ресурсоёмком хешировании.
• Более быстрые транзакции: поскольку не нужно тратить дополнительную вычислительную мощность на решение задач, прописанных в протоколе, некоторые сторонники PoS утверждают, что это может увеличить пропускную способность.
• Вознаграждение за стейкинг и проценты: вместо майнеров вознаграждения за обеспечение безопасности сети идут напрямую держателям токенов. Иногда PoS позволяет пользователям получать пассивный доход в виде эйрдропов либо процентов, начисляемых просто за резервирование своих средств.

Недостатки PoS

• Сравнительно малая изученность: протоколы PoS пока ещё не протестированы в больших масштабах. В их реализации или криптоэкономике могут быть необнаруженные уязвимости.
• Плутократия: существуют опасения, что PoS способствует экосистеме, где богатые становятся ещё богаче, так как валидаторы с большим залогом получают больше вознаграждений.
• Проблема отсутствия личного риска: в PoW пользователи могут «ставить» только на один блокчейн – они майнят в том блокчейне, у которого, по их мнению, больше шансов на успех. В случае хард-форка они не могут посвящать одну и ту же вычислительную мощность разным блокчейнам. Однако валидаторы в PoS могут действовать в нескольких блокчейнах с минимальными дополнительными издержками, что может вызывать экономические проблемы.

Другие консенсусные алгоритмы

PoW и PoS – самые распространённые консенсусные алгоритмы, но есть также много других. Среди них есть как гибриды, сочетающие элементы этих двух систем, так и совершенно отличные методы.

Мы не будем здесь в них углубляться, но лишь назовём некоторые:

Можно ли отменить транзакции в блокчейне?

Блокчейны по своему устройству очень стойкие базы данных. Из-за их характерных свойств удалить или изменить данные после того, как они были записаны, чрезвычайно сложно. Если говорить о Биткойне и других больших сетях, это практически невозможно. Так что транзакции в блокчейне лучше всего рассматривать как окончательные и не подлежащие изменению.

Тем не менее существует много разных реализаций блокчейна, и их самое фундаментальное различие в том, как в их сети достигается консенсус. То есть в некоторых реализациях относительно небольшая группа участников может получить достаточно власти в сети, чтобы отменять транзакции. Это вызывает особенную обеспокоенность в случае альткойнов с небольшими сетями (с малой вычислительной мощностью из-за низкой конкуренции в майнинге).

Что такое масштабируемость блокчейна?

Под масштабируемостью обычно понимают способность системы блокчейна обслуживать растущий спрос. Хотя блокчейны обладают такими желаемыми свойствами, как децентрализация, устойчивость к цензуре и неизменяемость, они сопровождаются некоторым недостатками.

Централизованная база данных может работать со значительно большей скоростью и пропускной способностью, чем децентрализованная. Это логично, так как нет необходимости, чтобы тысячи разбросанных по всему миру узлов синхронизировались с сетью каждый раз, когда её содержимое меняется. Но в случае блокчейнов это не так. Как следствие, масштабируемость многие годы остаётся горячо обсуждаемой темой среди разработчиков блокчейнов.

Предложено или реализовано несколько разных решений, чтобы смягчить недостатки производительности блокчейнов. Однако пока явно лучшего подхода нет. Вероятно, нужно испробовать много разных решений, прежде чем удастся получить более прямолинейные ответы на проблему масштабируемости.

Если смотреть шире, с масштабируемостью связан один фундаментальный вопрос: следует ли улучшать производительность самого блокчейна (ончейн-масштабирование), или же нужно позволить транзакциям проходить, не перегружая основной блокчейн (офчейн-масштабирование).

Оба варианта могут иметь явные преимущества. Решения ончейн-масштабирования могут уменьшить размер транзакций или даже просто оптимизировать хранение данных в блоках. Офчейн-решения, с другой стороны, заключаются в проведении транзакций вне блокчейна с последующим их добавлением в сгруппированном виде. В числе самых примечательных офчейн-решений сайдчейны и платёжные каналы.

Зачем блокчейну масштабироваться?

Если блокчейны хотят конкурировать с централизованными системами, то им нужно быть как минимум такими же эффективными. Но если реалистично, то им, пожалуй, надо быть эффективнее, чтобы мотивировать разработчиков и пользователей переходить на платформы и приложения на основе блокчейнов.

Это значит, что в сравнении с централизованными системами использование блокчейнов должно быть быстрее, дешевле и проще как для разработчиков, так и для пользователей. Однако этого непросто достичь, не пожертвовав обсуждавшимися ранее определяющими характеристиками блокчейнов.

Что такое форк блокчейна?

Как и любое ПО, блокчейны нуждаются в обновлениях, чтобы исправить недочёты, добавить новые правила или убрать старые. Поскольку большинство ПО для блокчейнов имеет открытый исходный код, теоретически предложить изменения может любой.

Но надо иметь в виду, что блокчейны – это распределённые сети. Если ПО обновится, тысячи узлов, разбросанных по всему миру, должны иметь возможность взаимодействовать и перейти на новую версию. Но что, если участники не могут договориться, какие обновления принимать? Как правило, нет никакой организации, которая принимала бы решения. Это подводит нас к софт- и хард-форкам.

Софт-форки

Если есть общее согласие о том, как должно выглядеть обновление, то всё относительно просто. В таком случае ПО обновляется с помощью обратно совместимых изменений, что означает, что обновившиеся узлы по-прежнему могут взаимодействовать с теми, которые не обновились. Но в реальности ожидается, что со временем обновятся почти все узлы. Это называется софт-форк.

Хард-форки

Хард-форк более сложен. После его реализации новые правила будут несовместимы со старыми. Поэтому если узел, использующий новые правила, попытается взаимодействовать с узлом, использующим старые, ему это не удастся. Как следствие, блокчейн разделяется надвое: в одном блокчейне используется старое ПО, а в другом реализованы новые правила.

После хард-форка, в сущности, получается две параллельные сети с двумя разными протоколами. Стоит отметить, что в момент форка балансы валюты блокчейна копируются из старой сети. Так что если у вас на момент форка был баланс в старом блокчейне, то такой же баланс у вас будет и в новом.

Глава 3. Для чего блокчейн используется?

Технология блокчейна имеет много вариантов применения. Сегодня мы рассмотрим некоторые из них, а немногим позже представим вам более детальную статью, посвящённую применению блокчейна. Так что, следите за новостями.

Блокчейн для цепочек поставок

Эффективные цепочки поставок – основа успешного бизнеса. Они отвечают за то, как товары попадают от производителей к потребителям. Координация различных участников в той или иной индустрии традиционно была непростой задачей. Однако технология блокчейна делает возможными новые уровни прозрачности во многих отраслях. Интероперабельная экосистема цепочек поставок, построенная на основе неизменяемой базы данных, – это как раз то, что нужно многим индустриям, чтобы стать более устойчивыми и надёжными.

Блокчейн и игровая индустрия

Игровая отрасль стала одной из крупнейших развлекательных индустрий в мире, и технология блокчейна может быть для неё очень полезной. Как правило, геймеры зависят от разработчиков игр. В большинстве онлайн-игр геймеры вынуждены полагаться на серверное пространство разработчиков и следовать их постоянно меняющимся правилам. В данном контексте блокчейн помогает децентрализовать владение, управление и поддержку онлайн-игр.

Однако, пожалуй, главная проблема в том, что игровые предметы существуют лишь как формальное имущество, что исключает возможность реального владения и вторичных рынков. С блокчейнами игры могут стать более жизнеспособными в долгосрочной перспективе, а выпуск внутриигровых предметов в виде коллекционных криптотокенов может дать им реальную ценность.

Блокчейн в здравоохранении

Надёжное хранение медицинской документации критически важно для любой здравоохранительной системы, а использование централизованных серверов делает конфиденциальную информацию уязвимой. Прозрачность и безопасность блокчейна делают его идеальной платформой для хранения медицинских данных.

Благодаря криптографической защите данных в блокчейне пациенты могут сохранить конфиденциальность, в то же время имея возможность делиться своей медицинской информацией со здравоохранительными учреждениями. Если все участники фрагментированной на сегодняшний день здравоохранительной системы будут подключены к безопасной глобальной базе данных, обмен информацией между ними станет намного быстрее.

Блокчейн и денежные переводы

Отправка денег за границу с помощью традиционной банковской системы имеет много неудобств. Из-за запутанной сети посредников, комиссий и задержек использование традиционных банков для срочных транзакций дорого и ненадёжно.

Криптовалюты и блокчейны устраняют посредников и делают возможными дешёвые и быстрые переводы по всему миру. Хотя блокчейны, безусловно, жертвуют производительностью ради некоторых своих желаемых свойств, различные проекты осваивают эту технологию для дешёвых, почти мгновенных транзакций.

Интересно почитать:

Блокчейн и цифровая идентичность

Существует острая необходимость безопасного управления личными данными в интернете. Невероятное количество наших личных данных хранится на централизованных серверах и анализируется алгоритмами машинного обучения без нашего ведома или согласия.

Технология блокчейна позволяет пользователям самостоятельно распоряжаться своими данными и избирательно раскрывать информацию третьим сторонам, только когда это необходимо.

Блокчейн и интернет вещей (IoT)

К интернету подключается невероятное количество устройств, и их число будет только расти. Некоторые считают, что технология блокчейна может существенно улучшить коммуникацию и взаимодействие этих устройств. Автоматизированные межмашинные (M2M) микроплатежи могут создать новую экономику, полагающуюся на безопасную базу данных с высокой пропускной способностью.

Блокчейн в управлении

Распределённые сети могут определять и применять собственные правила в виде компьютерного кода. Поэтому неудивительно, что блокчейн может устранить посредников в управленческих процессах на локальном, национальном и даже международном уровне.

Более того, он может решить одну из главных проблем разработки открытого ПО – отсутствие надёжного механизма распределения финансирования. Управление с помощью блокчейна гарантирует, что все участники задействованы в приятии решений, и обеспечивает прозрачность применяемой политики.

Блокчейн в благотворительности

Благотворительные организации часто ограничены в том, как они могут принимать средства. Кроме того, бывает сложно точно отследить конечного получателя пожертвованных средств, из-за чего многие не решаются поддерживать подобные организации.

«Криптофилантропия» сосредоточена на использовании технологии блокчейна, чтобы преодолеть эти ограничения. Полагаясь на характерные свойства этой технологии, чтобы обеспечить лучшую прозрачность, глобальное участие и меньшие расходы, эта новая область стремится максимизировать эффективность благотворительных организаций. Пример такой организации – Blockchain Charity Foundation.

Блокчейн для спекуляции

Безусловно, одно из самых популярных применений технологии блокчейна – это спекуляция. Удобные переводы между биржами, решения для трейдинга, не требующие кому-либо доверять свои средства, и растущая экосистема деривативных продуктов делают её идеально подходящей для спекулянтов всех типов.

Благодаря своим характерным свойствам блокчейн – превосходный инструмент для тех, кто хочет рискнуть и приобщиться к новому классу активов. Некоторые даже считают, что когда технология и её регулирование станут более зрелыми, все глобальные спекулятивные рынки могут быть токенизированы на блокчейне.

Краудфандинг на блокчейне

Онлайн-платформы для краудфандинга вот уже десять лет создают фундамент для пиринговой экономики. Успех подобных сайтов свидетельствует о реальном интересе к разработке продуктов, финансируемой путём сбора средств. Но так как такие платформы выступают попечителями средств, они могут вычитать значительную их часть в качестве комиссий. Кроме того, у каждой из них свои правила о том, как достигается соглашение между разными участниками.

Технология блокчейна и, в частности, смарт-контракты могут сделать возможным более безопасный, автоматизированный краудфандинг, где условия соглашений определяются в компьютерном коде.

Ещё один вариант краудфандинга с использованием блокчейна – это первичные биржевые предложения (IEO) и предложение токенизированных акций (STO). В таких продажах токенов инвесторы предоставляют средства в надежде на будущий успех сети, что принесёт им доход. Это уже не вспоминая пресловутые ICO, которые, теперь уже кажется, доказали свою несостоятельность и рискованность.

Блокчейн и распределённые файловые системы

Распределённое хранение файлов в интернете имеет много преимуществ в сравнении с традиционными централизованными альтернативами. Значительная часть данных, хранящихся в облаке, полагается на централизованные серверы и провайдеров, которые более уязвимы к атакам и потере данных. В некоторых случаях пользователи также могут сталкиваться с проблемами доступности из-за цензуры со стороны централизованных серверов.

С точки зрения пользователя хранение файлов в блокчейне работает так же, как другие облачные решения: можно загружать, хранить и открывать файлы. Однако основополагающий принцип другой.

Когда файл загружается в блокчейн-хранилище, он распределяется и копируется несколькими узлами. В некоторых случаях каждый узел хранит разную часть файла. Они мало что могут сделать с частичными данными, но зато вы можете затем запросить у узлов все части, чтобы получить полный файл.

Участники предоставляют сети своё дисковое пространство и пропускную способность. Как правило, эти участники экономически мотивированы предоставлять эти ресурсы и экономически наказываются, если не следуют правилам или не справляются с задачей хранения и предоставления файлов.

Такая сеть напоминает Биткойн. Однако в данном случае главная задача сети – не поддерживать переводы денежной стоимости, а способствовать устойчивому к цензуре, децентрализованному хранению файлов.

Такие открытые протоколы, как InterPlanetary File System (IPFS), уже прокладывают путь к этому новому, более устойчивому и распределённому вебу. Хотя IPFS – это протокол и пиринговая сеть, это не совсем блокчейн. Однако здесь применяются некоторые принципы технологии блокчейна, чтобы улучшить безопасность и эффективность.

https://capfinex.com/info/tekhnologiya-blokcheyn-osobennosti-preimushchestva-i-problemy/
https://bitnovosti.com/2020/11/15/blockchain-polnoe-rukovodstvo/