Какво е блокчейн технология? Как работи?

Обяснение на блокчейн
Блокчейните са разпределени (т.е. без единен хранилище) и децентрализирани дигитални регистри, които са устойчиви и показват следи при опити за манипулация. На най-базово ниво те позволяват на потребителите да записват транзакции в споделен регистър в рамките на дадена група. Резултатът е, че при нормално функциониране на блокчейн мрежа нито една транзакция не може да бъде изменена, след като е публикувана.

Концепцията за блокчейн беше интегрирана с множество други технологии и компютърни концепции през 2008 г., за да създаде съвременните криптовалути: електронни пари, защитени чрез криптографски процеси вместо чрез централен орган или хранилище.

Имплементациите на блокчейн често се създават с конкретна цел или функция. Криптовалути, смарт договори и разпределени регистрови системи за бизнеса са примери за такива функционалности.

Биткойн беше първата криптовалута, базирана на блокчейн, позволявайки на потребителите да споделят данни публично, така че участниците да могат независимо да проверят валидността на транзакциите. Криптовалутите са изградени върху блокчейн технология, чието име идва от интензивната употреба на криптографски функции.

За да подписват дигитално и да извършват сигурни транзакции в системата, потребителите използват публични и частни ключове. В криптоблокчейни с копаене (mining) потребителите могат да решават пъзели с помощта на криптографски хеш функции с надеждата да бъдат възнаградени с фиксирано количество пари.

Областта на блокчейн технологията отбелязва постоянен поток от нововъведения, като редовно се появяват нови платформи — средата се променя непрекъснато. Освен за криптовалути, блокчейн може да се използва за създаване на постоянен, публичен и прозрачен регистър за събиране на данни за продажби, проследяване на дигитална употреба и изплащане на възнаграждения на създатели на съдържание, като музиканти.

Как работи блокчейн?

Фундаменталната цел на блокчейн е да позволи на хората — особено на онези, които не си имат доверие — да обменят жизненоважни данни по безопасен, устойчив на манипулации начин.

Хеш функция, блокове, възли, миньори, портфейли, дигитални подписи и протоколи са различните основни концепции в блокчейна.

Хеш функция
Да си представим, че 10 души в една стая решават да създадат нова валута. Те трябва да следят потока от средства, за да гарантират валидността на монетите в новата си парична екосистема. Един човек — да го наречем Боб — решава да води списък с всички действия в дневник. Друг човек — да го наречем Джак — решава да открадне пари. За да прикрие това, той променя записите в дневника.

Един ден Боб забелязва, че някой е вмешал в дневника му. Той решава да промени формата на дневника, за да предотврати бъдещи манипулации. Използва програма, наречена хеш функция, която превръща текста в набор от числа и букви, както е показано в таблицата по-долу.

Този процес използва сигурен хеш алгоритъм (SHA), който превръща буквите в низове от знаци. Боб може да избира различни видове SHA, всеки с различна сложност и предназначение.

Хешът е низ от числа и букви, генериран от хеш функции. Хеш функцията е математическа функция, която преобразува променлив брой символи в низ с фиксирана дължина.

Дори малка промяна в низа създава напълно нов хеш. След всяко вписване в дневника Боб добавя хеш. Но Джак отново решава да променя записите. Той стига до дневника, променя записа и генерира нов хеш.

Обяснение на блокчейн технологията

Боб забелязва, че някой отново е ровил в дневника. Той решава да усложни записите за всяка транзакция. След всеки запис вмъква нов хеш, генериран от предходния хеш. Така всеки запис зависи от предишния.

Обяснение на блокчейн технологията

Ако Джак се опита да промени запис, ще трябва да промени хеша във всички предходни вписвания. Джак обаче е решителен крадец, затова прекарва цяла нощ, преизчислявайки всички хешове.

Боб не иска да се отказва, затова добавя различно, произволно число след всеки запис. Това число се нарича „нонс“ (nonce). Нонсовете трябва да бъдат избирани така, че полученият хеш да завършва с две нули.

За да фалшифицира записите по новата система на Боб, Джак вече трябва да прекара часове и часове в намиране на нонса за всеки ред.

Нонсовете са трудни за намиране дори от компютри, но задачата е възможна — миньорите се състезават да ги открият като част от процеса на блокчейн копаене.

Блокове
Първоначалната електронна таблица на Боб с 5 000 транзакции се нарича генезис блок — началната точка за този блокчейн. Приемането на тази валута се разпространява, транзакциите стават все по-бързи и чести. Създават се нови блокове, които също могат да съдържат до 5 000 транзакции и имат кодове, корелиращи с предишните блокове, което ги прави нефалшифицируеми.

Да приемем, че този блокчейн се актуализира на всеки 10 минути с нов блок. Това става автоматично. Няма главен или централен компютър, който да инструктира останалите.

Щом електронната таблица/регистър/дневник се актуализира, той вече не може да бъде променян. Следователно е невъзможно да бъде фалшифициран. Могат да се добавят само нови записи. Регистърът се обновява едновременно на всички компютри в мрежата. Промените в блокчейн изискват консенсус от мнозинството участници в мрежата.

Един потенциален риск за блокчейн е „51% атака“, при която дадена страна овладява мнозинството от хешрейта на блокчейна, което ѝ позволява да диктува мрежата.

Обикновено блокът съдържа времеви печат, препратка към предишния блок, транзакциите и изчислителния проблем, който е трябвало да бъде решен, преди блокът да влезе в блокчейна. Разпределената мрежа от възли, която трябва да достигне консенсус, прави измамата почти невъзможна в рамките на блокчейна.

Възли
Боб поддържа дневника по този начин за кратко. С продължаващия поток от нови транзакции обаче той скоро се натоварва от броя записи и вижда системата си като неустойчива. Така щом дневникът му достигне 5 000 транзакции, той го преобразува в едностранична електронна таблица. Мери проверява точността на всички транзакции.

След това Боб дава дневника-таблица на 3 000 различни компютъра, разположени в различни региони по света. Тези компютри се наричат възли (nodes). Всеки път, когато се случи транзакция, тя трябва да бъде одобрена от тези възли, като всеки проверява нейната валидност. Когато всеки възел провери транзакцията, на практика се провежда вид електронно гласуване. Някои възли може да смятат транзакцията за валидна, а други — за измамна.

Всеки възел има копие от дневника-таблица. Всеки възел проверява валидността на всяка транзакция. Ако мнозинство от възлите кажат, че транзакцията е валидна, тя се записва в блок.

Сега, ако Джак иска да промени един запис в таблицата, всички останали компютри ще имат оригиналния хеш. Те няма да позволят промяната да се случи.

Миньори
Копаенето (mining) е процесът, чрез който миньорите добавят нови блокове към веригата. Всеки блок в блокчейна има свой уникален нонс и хеш, но също така съдържа препратка към хеша на предишния блок във веригата, което прави копаенето трудно, особено в големи вериги.

Миньорите използват специализиран софтуер, за да решат изключително трудния математически проблем по генериране на допустим хеш с помощта на нонс. Тъй като нонсът е само 32 бита, а хешът — 256 бита, има около четири милиарда комбинации нонс-хеш, които трябва да се изпробват, преди да се намери правилната.

Когато това се случи, се счита, че миньорите са открили „златния нонс“, и техният блок се добавя към веригата. Промяна в който и да е блок по-рано във веригата изисква повторно копаене не само на засегнатия блок, но и на всички следващи блокове.

Затова манипулирането на блокчейн е толкова трудно. Помислете за това като „сигурност чрез математика“, защото откриването на златни нонсове отнема много време и изчислителни ресурси. Когато блок бъде успешно изкопан, всички възли в мрежата признават промяната, а миньорът получава финансово възнаграждение.

Прочетете повече в статията „Как да копаем Биткойн?“

Портфейли, дигитални подписи и протоколи
Продължавайки със същия пример, Боб събира 10-те души (първоначалните участници в новата валута). Той трябва да им обясни новата дигитална монета и системата на регистъра.

Джак признава греховете си пред групата и се извинява. За да докаже искреността си, връща монетите на Ан и Мери.

След като всичко това се изяснява, Боб обяснява защо това повече не може да се случи. Той решава да внедри т.нар. дигитален подпис за потвърждаване на всяка транзакция. Но първо, дава на всички портфейл.

Какво е портфейл?
Ако притежавате дигитални пари, се нуждаете от дигитален портфейл или онлайн платформа/борса за съхранение.

Портфейлът е низ от числа и букви, например: 18c177926650e5550973303c300e136f22673b74. Това е адрес, който ще се появява в различни блокове в блокчейна, докато се извършват транзакции. Няма имена или лични данни — само номерът на портфейла.

Публичните адреси на портфейли са низове от символи, към които могат да се изпращат определени активи. Адресът на всеки конкретен портфейл се генерира от публичен ключ.

Свързано: Портфейли за биткойн за начинаещи: Всичко, което трябва да знаете

Дигитален подпис
За да извършите транзакция, са нужни две неща: портфейл, който е адрес, и частен ключ. Частният ключ е низ от случайни числа. За разлика от адреса, частният ключ трябва да се пази в тайна. Частният ключ контролира средствата, държани в свързания с него портфейл.

Когато някой реши да изпрати монети на друг, той трябва да използва частния си ключ, за да подпише съобщението, съдържащо транзакцията. Системата от два ключа — частен и публичен — е в основата на шифроването и криптографията и се използва много преди появата на блокчейн. Тя е предложена за пръв път през 70-те години.

След като съобщението се изпрати, то се излъчва към блокчейн мрежата. Мрежата от възли обработва съобщението, за да се увери, че транзакцията в него е валидна. Ако потвърди валидността, транзакцията се поставя в блок. След това никаква информация за нея не може да бъде променена.

Какво са криптографските ключове?
Криптографският ключ е низ от числа и букви. Криптографските ключове се създават от генератори на ключове (keygens). Тези генератори използват много напреднала математика с участие на прости числа, за да създават ключове. Такива ключове могат да се използват за шифриране или дешифриране на информация.

Протоколи
Блокчейн технологията се състои от спецификации на поведението — голям набор от правила, които са програмирани в нея. Тези спецификации се наричат протоколи. Имплементирането на конкретни протоколи по същество прави блокчейна това, което е — разпределена, peer-to-peer, защитена информационна база.

Блокчейн протоколите гарантират, че мрежата работи така, както е било замислено от създателите ѝ, въпреки че е напълно автономна и не се контролира от никого.

Ето няколко примера за протоколи, имплементирани в блокчейни:

Входната информация за всеки хеш трябва да включва хеша на предишния блок.

Наградата за успешно изкопан блок намалява наполовина след като бъдат изкопани 210 000 блока. За Биткойн това се нарича „халвинг“. При 10 минути на блок, копаенето на 210 000 блока отнема около четири години; следователно събитието халвинг на Биткойн е на всеки четири години.

За да се поддържа времето за копаене на един блок около 10 минути, трудността на копаене се преизчислява на всеки 2 016 блока. Трудността на копаене на практика балансира мрежата спрямо броя миньори. Повече миньори означават по-конкурентна среда и по-трудно копаене. По-малко миньори означава сравнително по-лесно копаене, като така се стимулира участието.

Примери за протоколи, имплементирани в блокчейни

Блокчейн технология: Плюсове и минуси
Повечето блокчейни са изградени като децентрализирана база данни, която функционира като разпределен регистър. Тези регистри съхраняват данни в блокове, подредени хронологично и свързани с криптографски доказателства.

Развитието на блокчейн технологията доведе до множество ползи в широк спектър от индустрии, включително повишена сигурност в среди без доверие. Но фактът, че е децентрализирана, носи и значителни недостатъци. Например блокчейните имат ограничена ефективност в сравнение с обичайните централизирани бази данни и изискват повече място за съхранение.

Различни плюсове и минуси на блокчейна включват:

Плюсове и минуси на блокчейн технологията

Какво е децентрализация в блокчейн и защо е важна?
Блокчейните по същество са видове разпределени бази данни. Базата данни е самият блокчейн, а всеки възел в блокчейна има достъп до цялата верига. Нито един възел или компютър не регулира информацията в нея. Всеки възел може да валидира записите в блокчейна. Всичко това се случва без един или няколко посредници, които контролират всичко.

Архитектурно тя е децентрализирана и няма единна точка на отказ, която да срине блокчейна — това я прави ключов компонент на блокчейн системите. В същото време възлите в блокчейна са логически централизирани, тъй като целият блокчейн е разпределена мрежа, изпълняваща определени програмирани действия.

Peer-to-peer (p2p) предаване

Peer-to-peer предаване
В децентрализираното peer-to-peer (P2P) предаване комуникацията винаги се случва директно между равнопоставени участници, а не чрез централен възел. Информацията за това какво се случва в блокчейна се съхранява на всеки възел и след това се предава към съседни възли. По този начин информацията се разпространява в цялата мрежа.

Peer-to-peer (p2p) предаване

Прозрачност в блокчейн технологията
Всеки, който инспектира блокчейна, може да види всяка транзакция и нейния хеш. Някой, който използва блокчейн, може да действа под псевдоним, ако желае, или да предостави своята идентификация на други. Всичко, което се вижда в блокчейна, е запис на транзакции между адреси на портфейли.

След като транзакция бъде записана в блокчейна и той се обнови, промяна на записа за тази транзакция става невъзможна. Защо? Конкретният запис е свързан с всеки предшестващ запис, което го прави неизменим. Блокчейн записите са постоянни, подредени хронологично и достъпни за всички други възли.

Почти невъзможно е мрежата да бъде изключена. Тъй като съществуват множество възли, работещи по света, една единствена страна не може да поеме контрола над цялата мрежа.

Фалшифицирането на блок също е почти невъзможно, защото валидността на всеки блок и, по този начин, включването му в блокчейна се определя от електронен консенсус на възлите. Има хиляди такива възли, разпръснати по света. В резултат на това превземането на мрежата би изисквало компютър с практически невъзможно количество изчислителна мощ.

Използването на блокчейн като нормална база данни би било трудно. Можете ли да съхраните три гигабайта файлове в блокчейна по същия начин, както използвате платформи като Microsoft Access, FileMaker или MySQL? Това не би било добра идея. Повечето блокчейни не са подходящи за това по дизайн или просто нямат необходимия капацитет.

Традиционните онлайн бази данни обикновено използват клиент-сървър архитектура. Това означава, че потребители с права на достъп могат да променят записи, съхранени в базата, но общият контрол остава при администраторите. Що се отнася до блокчейн база, всеки потребител е отговорен за поддръжката, изчисляването и обновяването на всеки нов запис. Всеки възел трябва да работи заедно, за да се уверят, че стигат до едни и същи заключения.

Архитектурата на блокчейн означава още, че всеки възел трябва да работи независимо и да сравнява резултатите от работата си с останалата част от мрежата, така че достигането на консенсус може да бъде много времеемко. Поради това блокчейн мрежите исторически са считани за бавни в сравнение с традиционните технологии за дигитални транзакции. Напредъкът е увеличил скоростите в някои случаи, както се вижда при някои крипто активи, проекти и решения.

С това казано, има експерименти по създаване на бази данни с блокчейн технология. Тези платформи имат за цел да вземат корпоративна разпределена база данни и да надградят върху нея, добавяйки трите ключови атрибута на блокчейн: децентрализация, неизменимост и възможност за регистриране и прехвърляне на активи.

Колко сигурна е блокчейн технологията?
Въпреки че блокчейн не е имунизиран срещу хакване, неговата децентрализирана природа му осигурява по-силна линия на защита. Хакер или престъпник би трябвало да поеме контрол над повече от половината машини в разпределения регистър, за да го промени.

Най-известните и най-големи блокчейн мрежи, като Биткойн и Етериум, са отворени за всеки с компютър и интернет връзка. Повече участници в блокчейн мрежа обикновено повишават сигурността, а не създават проблем. Повече възли означава повече хора, които преглеждат взаимно работата си и докладват недобросъвестни актьори. Една от причините, поради които, парадоксално, частните блокчейн мрежи, които изискват покана за присъединяване, може да са по-уязвими на хакване и манипулация.

Освен това блокчейн е полезен в борбата срещу атаки с „двойно харчене“ при плащания и парични преводи. Атаките в криптовалутите са значителен източник на безпокойство. При двойно харчене потребител изразходва криптовалутата си повече от веднъж. Това е проблем, който не съществува при разплащане в брой.

Ако похарчите $3 за кафе, вече нямате тези $3 за друго. Но при крипто има шанс потребителят да похарчи криптовалутата многократно, преди мрежата да забележи.

Тук блокчейн може да помогне. В рамките на блокчейна на криптовалутата цялата мрежа трябва да се съгласи относно последователността на транзакциите, да потвърди последната транзакция и да я публикува публично, което спомага за опазването на сигурността на мрежата.

Биткойн срещу блокчейн
Нека разберем как Биткойн и блокчейн са две различни неща:

Биткойн срещу Блокчейн

Къде може да се използва блокчейн технологията?
Последната част от тази статия ще разгледа някои от многобройните приложения на блокчейн. Блокчейн е особено подходящ за т.нар. „смарт договори“. Какво точно са смарт договорите?

Смарт договорите дефинират правилата и санкциите около конкретно споразумение, подобно на функцията на традиционните договори. Голямата разлика е, че смарт договорите автоматично прилагат тези задължения. Благодарение на кода си, смарт договорите се изпълняват при изпълнение на определени критерии.

Децентрализирани финанси
Децентрализираните финанси или DeFi са използване на блокчейн технология, което позволява на участниците достъп до функции, подобни на тези в основния финансов свят, но по децентрализиран начин. Чрез различни DeFi решения участниците могат да отпускат и заемат средства — както и да имат достъп до други възможности — управлявани на блокчейн и извън контрола на централен орган.

Незаменими токени
Незаменимите токени (NFT) са приложение на блокчейн технология с огромен потенциал в различни случаи на употреба. Такива токени са проверимо уникални и не са взаимозаменяеми едно към едно за същата стойност. Един потенциален случай е удостоверяването на произведения на изкуството, като произведенията са вързани към NFT, които могат да удостоверят тяхната автентичност и собственост.

Вериги на доставки
Прилагането на блокчейн към веригата на доставки може да даде възможност за проследяване на съставки, храни, материали и др. до източника, за да се докаже произходът им, както и да се предостави друга уместна информация за конкретната верига.

Гаранционни претенции
Уреждането на гаранционни претенции може да е скъпо, времеемко и често трудно за подаващите претенцията. Може да се имплементират смарт договори чрез блокчейн технология, което неизбежно ще направи процеса значително по-лесен.

Застрахователни претенции
Със смарт договори може да се установи набор от критерии за специфични застрахователни ситуации. Теоретично, с внедряване на блокчейн, бихте могли просто да подадете застрахователната си претенция онлайн и да получите моментално автоматично плащане — стига, разбира се, претенцията ви да отговаря на всички изисквани критерии.

Верификация на идентичност
С блокчейн и неговата децентрализация онлайн верификацията на идентичност може да бъде много по-бърза и потенциално по-сигурна. С използването на блокчейн съхраняването на данни за онлайн идентичност на едно централно място може да остане в миналото, което ще премахне централизираните точки на уязвимост за хакери.

Интернет на нещата (IoT)
Свързани чрез интернет за целите на взаимодействие, IoT е екосистема от софтуерно ориентирани предмети, като превозни средства и устройства, които включват определени технологични спецификации, позволяващи такова взаимодействие.

Блокчейн технологията може да играе роля в бъдещето на IoT, отчасти като предоставя потенциални методи за защита срещу хакери. Тъй като блокчейн е изграден за децентрализиран контрол, схема за сигурност, базирана на него, би трябвало да е достатъчно скалируема, за да покрие разширяването на IoT.

Архивиране и файлово съхранение
Google Drive, Dropbox и други силно развиха електронното архивиране на документи с използване на централизирани методи. Централизираните сайтове са примамливи за хакери. Блокчейн и неговите смарт договори предлагат начини за значително намаляване на тази заплаха.

Борба с престъпността
С нарастването на интереса към технологията, блокчейн и смарт договорите имат потенциала да помогнат в борбата с практики за пране на пари.

Блокчейн осигурява по-обхватен анализ на системата, а не само мониторинг на входовете и изходите. Тъй като блокчейн е децентрализирана мрежа, в която всеки потребител или възел е отговорен за валидирането на обновленията, той повишава сигурността на мрежата.

Гласуване
Гласуването в избори и подобни процеси може значително да се подобри със смарт договори и блокчейн. С времето са се появили различни свързани приложения.

Бъдещето на блокчейн технологията
Потенциалът на блокчейн е практически неограничен, а последните достижения ни приближиха до децентрализиран, бездоверителен интернет, прозрачност на транзакциите и др.

Докато излизаме от периода на пандемията и навлизаме в ерата на „новото нормално“, блокчейните вероятно ще бъдат в челните редици на напредъка ни в адресирането на тези нови обществени предизвикателства и преформулирането на истинското значение на богатството в смелия нов свят на дигиталните пари.

Бъдещето на блокчейн изглежда светло и като се има предвид, че вече демонстрира потенциал в почти всяка област, изглежда най-доброто тепърва предстои.

Междувременно ще е интересно да се види накъде ще поеме блокчейн технологията в бъдеще, особено по отношение на банкови услуги, парични преводи, децентрализирани пазари и други области.