Что такое блокчейн в майнинге
Взгляд венчурного инвестора на Блокчейн | 05: Как работает майнинг
В предыдущем посте мы разобрались с тем, как устроен Блокчейн и его блоки. Теперь давайте посмотрим на то, без чего немыслим Биткоин – на майнинг, а также разберемся, при чем здесь Лев Толстой. Эта часть блога технически непростая, но я убежден – понимание технологии на таком уровне необходимо для успешного инвестирования в долгосрочной перспективе.
Как раз благодаря тому, что есть майнинг, сеть может обходиться без посредников. По сути, присоединение новой транзакции требует от сети затрат энергии на решение криптографической задачи. То есть не получится просто добавить в Блокчейн транзакцию – надо еще потратить ОЧЕНЬ много реальных денег, например, на оплату электричества, необходимого для решения этих крипто-задач. В итоге мошенникам попросту невыгодно мошенничать, игра не стоит свеч.
С Блокчейном неразрывно связан майнинг, а с ним – криптографическая задача. Если понять, что это такое, то все встанет на свои места. Но сначала нужно уяснить что такое хэш-функция.
В криптографии существует понятие односторонней или хэш-функции. Это функция вида F(X) = H, где X – любой набор символов неограниченной длины. А H – это просто большое число. В блокчейне Биткоина принят алгоритм хэш-функции SHA256, в котором H имеет длину 256 бит (число от 0 до 2^256). Поскольку в цифровом мире все что угодно представляется в виде набора символов и цифр, можно взять любой цифровой объект (текст, картинки, видеофайлы и т.д.), применить к нему функцию F(X) и получить длинное число. Что интересно: размер текста или картинки может быть какой угодно большой, а число всегда будет одинаковой длины.
По сути, хэш-функция – это «отпечаток пальца» любого цифрового объекта. Как и человек, этот объект может быть сколь угодно сложен, но его отпечаток пальца всегда уникален. И по этому отпечатку любой цифровой объект можно однозначно идентифицировать.
Важно вот что: из любого X можно быстро получить H, но обратное неверно. Если у вас есть результат хэш-функции, то вы не можете получить исходный текст, картинку и т.д. Также есть другое важное свойство: если исходный объект X изменится даже совсем немного, то хэш-функция H изменится очень сильно.
Вот вам пример. Я взял полный текст произведения Льва Николаевича Толстого «Война и мир» (более 3 миллионов символов) и посчитал от него SHA256. После этого я изменил во всем произведении только одну букву в названии – поменял «Война и мир» на «Война и лир».
Как видите, изменение всего 1 буквы из более чем 3 миллионов приводит к полностью другому результату алгоритма SHA256. Можете сами попрактиковаться: вот расчет SHA256 онлайн, вот текст бессмертного произведения. Запомните это свойство – оно принципиально важно для майнинга.
Кстати, многие удивляются, почему в этом хэше встречаются не только цифры, но и буквы, и почему его длина не 256, а всего лишь 64. Отвечаю – это потому что число обычно показывается в 16-ричной системе счисления (об этом можно почитать здесь; а тут есть конвертер из 10-тичной в 16-ричную систему). Это делается из соображений удобства, чтобы его длина была не слишком длинной.
С хэш-функцией разобрались, вернемся теперь к криптографической задаче. Как вы знаете, в конце каждого блока обязательно записывается его полный хэш. То есть буквально берется все содержимое блока – начиная от хэш-функции предыдущего блока и заканчивая всей служебной информацией. Это все объединяется в один большой текстовый файл, и к нему применяется алгоритм SHA256 так же, как мы только что применяли его ко всему тексту «Война и мир». На основании этого хэша и построена криптографическая задача, которую постоянно решают майнеры.
Сначала алгоритм Блокчейна берет некоторое число M за минимальную границу. Майнеру предлагается посчитать хэш от всего блока и сравнить этот хэш с минимальной границей M. Помните, что хэш – это тоже число? Если итоговый хэш меньше границы (H M? Тогда майнеру нужно немного изменить сам блок и посчитать SHA256 еще раз. В этом случае результат хэш-функции изменится очень сильно.
Как изменить блок? В нем есть только одна величина, которую можно менять как угодно – это Nonce, число от 0 до 4 миллиардов. Его-то майнер и будет последовательно изменять, применяя SHA256 снова и снова. Изменение Nonce на единицу приведет к полному изменению всей хэш-функции, и ее опять сравнивают с минимальной границей М. В итоге после миллиардов операций майнеру повезет, и он найдет тот самый Nonce, при котором хэш функция от всего блока будет меньше M. Все, задача решена. Принципиально здесь то, что каждый раз хэш меняется непредсказуемо – нет никакой закономерности между тем, как изменился Nonce, и тем, как изменится результат хэш-функции. По крайней мере пока что никому не удалось такую закономерность найти. Поэтому все майнят простым перебором Nonce.
С ростом числа майнеров увеличивается общая мощность сети. А значит они начинают решать криптозадачу быстрее, чем за 10 минут. Тогда алгоритм Блокчейна попросту снижает М, и найти решение задачи становится сложнее. Но, поскольку вся сеть увеличилась, то решение все равно находится за те же 10 минут. С ростом сети растет и энергия, затрачиваемая на поиск решения, а это как раз то, что нужно. Потому что «взломать» сеть становится все сложнее. Это может попробовать сделать только тот, кто обладает более чем 51% всей мощности сети, но и то, не то чтобы прямо взломать (об этом в следующем посте). Как видите, чем больше в сети майнеров и чем сложнее криптографическая задача, тем Блокчейн более устойчив к мошенникам. То есть у этой системы есть сильная отдача от масштаба, а также сетевой эффект.
Мощность майнинга в блокчейне Биткоина измеряется в числе операций взятия хэша в секунду. Сегодня мощность всей сети – 160 милионов TH / сек (смотрите график здесь). А один TH – это триллион хэшей. То есть вся сеть умеет считать 160 миллионов триллионов хэшей за 1 секунду. И потребляет энергии как средняя европейская страна.
Вокруг этого происходят постоянные споры о том, правильно ли тратить ресурсы человечества «впустую» на решение каких-то придуманных задач, ведь в Африке голодают дети. Но, во-первых, масштаб проблемы несколько преувеличен. А во-вторых, есть альтернативные способы коллективного подтверждения транзакций – например, Proof-of-Stake. Они вообще не требуют майнинга. Но об этом чуть позже. А пока что в следующем посте мы посмотрим, насколько Блокчейн устойчив к ошибкам и что такое атака 51%.
Что такое майнинг и блокчейн на пальцах
Бывалый
Многие майнят и даже не понимают, что там происходит у них на балконе и что делают «батники». Вот этот текст как раз для новичков, частично отредактированный ) (отсюда https://www.facebook.com/petunder/posts/1353165761418879)
Давайте на пальцах, что такое майнинг и блокчейн. Это очень просто. Начнем с блокчейна. Любой человек это может понять, даже бомж с Комсомольского вокзала (правда, для лучшего понимания блокчейна, бомжу придется проставить бутылочку). Блокчейн это _тупо_ набор _текстовых_ файлов (блоков), которые выстроены в _цепочку_ друг за другом (файлы с названием 0.txt, 1.txt. 404000.txt). В файле (блоке) есть записи типа: «Вася перевел 0,1 монеты Пете; Женя перевел 0,2 монеты Лене; Георгий перевел 0,3 монеты Диме» и так далее. Размер блока ограничен, в биткойне это 1 мегабайт. Т.е., в каждом блоке ограниченное количество таких записей (транзакций).
Но доход майнера складывается не только из комиссии, которую платит отправитель платежа, но и автоматического вознаграждения за найденную подпись блока. Вознаграждение в сети биткойн отвечает за эмиссию биткойнов. Начиналось оно с 50 биткойнов за найденную подпись блока и начало автоматически уменьшаться каждые 210 000 блоков в два раза. На текущий момент вознаграждение майнера в сети (480 000 блоков) составляет 12.5 биткойнов за каждую подпись блока (почти 40 000 долларов). В 2020 году оно уменьшится еще в 2 раза. Именно этот алгоритм отвечает за предельно достижимое количество биткойнов в 21 млн монет. Итак:
доход майнера = комиссия за транзакцию + эмиссионный доход.
Вот вам майнинг на пальцах. Если вы майнер и ваша ферма стоит на балконе для лучшего охлаждения, значит вы балконный конкурент американским VISA, Master Card и отечественному Мир )
Вознаграждение за найденную подпись блока уменьшается, как было написано выше, и, в какой то момент времени, дойдет до неприлично низких значений. Также, растет сложность сети, следовательно приходится производить гораздо больше вычислительных операций для поиска подписи блока, что делает майнинг весьма затратным мероприятием. Это всё происходит прямо на наших глазах. Если экстраполировать на ближайшее будущее существующие тренды, то получится, что эмиссионная часть дохода от майнинга будет более-менее нормальной еще пару-тройку лет. И это оптимистичный прогноз. А что же с комиссией за транзакции?
Как работает майнинг Bitcoin: самое простое объяснение
13 мая курс ВТС обвалился, когда Илон Маск объявил, что Tesla больше не принимает Bitcoin: мол, майнинг неэкологичен. Почему майнинг Bitcoin потребляет столько энергии — и как он вообще работает? Объясняем простым языком.
Каждые 10 минут — по загадке
Возможно, вы удивитесь, но в основе процесса майнинга биткоина лежит разгадывание загадок. Задачи задает система, а решают их майнеры — вернее, мощные вычислительные устройства.
Мы не будем вдаваться в подробности того, как устроены эти загадки: скажем лишь, что майнерам нужно найти число, удовлетворяющее определенным требованиям. Причем просто решить задачу, как уравнение, нельзя: нужно перебрать миллионы потенциальных решений и транслировать их другим майнерам, чтобы они проверили их на правильность.
Загадочный создатель Bitcoin Сатоши Накамото наладил систему таким образом, что решение криптографической задачи требует огромных вычислительных усилий, зато проверка на правильность совершается очень просто. Когда все майнеры в сети согласятся, что найденное число — правильное, новый блок присоединяется к сети — а система тут же выдает новую загадку. В среднем это происходит каждые 10 минут.
Данный алгоритм называется Proof-of-Work (PoW), то есть «доказательство работы». Понимать это можно так: транслируя потенциальные решения в сеть, майнер доказывает, что совершил вычислительную работу.
Тот, кто первым найдет заветное число — вернее, тот, чье решение первым признают правильным остальные, — получает в награду биткоины. В 2021 г. награда за блок составляет 6,25 ВТС.
Три загадочных слова: хешрейт, сложность и асики
Заработок майнера во многом зависит от производительности оборудования. Чем больше решений в секунду выдает машина, тем больше вероятность, что одно из них окажется правильным. Это количество потенциальных решений (хешей) за единицу времени называется хешрейт и отражает вычислительную мощность устройства. А хешрейт сети — это суммарная мощность всех одновременно работающих майнеров (кстати, майнер — это и машина, и человек, занимающийся майнингом).
На протяжении последних 10 лет хешрейт сети Bitcoin постепенно рос. Казалось бы: если все майнеры трудятся над одной и той же задачей, то с ростом их числа (т. е. суммарного хешрейта) нужно будет все меньше времени, чтобы найти решение. А вот и нет: сложность задач тоже повышается, так что в среднем на решение нужны все те же 10 минут. И наоборот: если много майнеров вдруг покинут сеть, сложность вскоре автоматически упадет.
На заре развития Bitcoin сложность была такой низкой, что майнить ВТС можно было на обычном компьютере. Теперь же для этого используются специальные устройства: ASIC, или Application Specific Integrated Circuit, что означает «интегральная схема особого назначения». Это микрочип, способный выполнять только один вид вычислений — зато крайне эффективно.
Проблема энергопотребления
Хешрейт современных «асиков» исчисляется в терахешах в секунду, то есть в триллионах хешей (решений). Для такой мощности эти устройства очень эффективны: один ASIC потребляет в разы меньше электричества, чем набор видеокарт (GPU) с таким же суммарным хешрейтом.
Проблему можно обозначить так: сеть Bitcoin хорошо защищена от атак и манипуляций потому, что все майнеры должны прийти к консенсусу и совершить работу. Однако тот факт, что все они соревнуются в решении одной задачи, приводит к гигантской затрате ресурсов.
В этом парадокс алгоритма Proof-of-Work, и майнинг Bitcoin останется затратным до тех пор, пока не будет намайнена последняя монета — предположительно в 2140 г.
Стоит ли игра свеч?
Напоследок затронем интереснейшую тему доходности майнинга. С точки зрения обычных пользователей, главная функция майнеров — подтверждать транзакции (за что они получают комиссию), объединять их в блоки и присоединять к цепочке.
11 месяцев, чтобы отбить первоначальную инвестицию — это много. Пожалуй, самый ценный вывод для обычного пользователя заключается в том, что майнинг — вовсе не легкий способ разбогатеть, каким его часто изображают. Напротив, это очень затратный вид деятельности, в котором профит никогда не гарантирован.
В качестве альтернативы майнингу ВТС на асиках часто предлагается майнинг других PoW-криптовалют на GPU (видеокартах). Действительно, сложность добычи таких монет, как Monero (XMR) или Ravencoin (RVN), во много раз ниже, чем у Bitcoin. Но не все так радужно с GPU-майнингом:
Информация о криптовалютах в интернете зачастую некорректна или слишком запутана. Чтобы пользователям было легче сделать первые шаги, портал MyFin и регулируемая криптобиржа FREE2EX запустили данную серию статей, которые помогут новичкам разобраться, где в криптоиндустрии правда, а где — просто громкие заявления. Не пропустите следующую публикацию!
Деятельность, связанная со сделками (операциями) с токенами, связана с высоким уровнем риска полной потери денежных средств и иных объектов гражданских прав (инвестиций), переданных в обмен на токены. Правовое регулирование сделок с токенами не имеет единообразного подхода, и последствия совершения таких сделок могут иметь разную правовую оценку в различных государствах.
Данная статья не является консультацией или руководством, а создана в качестве информационно-просветительского материала.
*Партнерский материал. ООО «Пиксель Интернет» УНП: 590995582
Майнинг в блокчейн-сетях: как он работает
В начале января правительство Китая приказало «армии биткойн-майнеров» страны, которые генерируют 3/4 всей мировой криптовалюты, прекратить работу. Одной из главных причин такого решения стало слишком высокое количество электроэнергии, которое потребляют майнинговые фермы — сейчас на обеспечение безопасности биткойн-блокчейна и добычу монет уходит порядка 0,2% всего мирового энергопотребления.
Сегодня поговорим, почему майнинг потребляет такое количество энергии, зачем он нужен и как реализуется. Мы расскажем об алгоритме хеширования (SHA-256) и о том, почему майнеры «обращаются за помощью» к пулам.
Для чего нужен майнинг
Майнинг часто считают способом создания новых биткойнов, однако это не совсем верно. Главная задача майнинга — обеспечить достижение консенсуса о том, какие транзакции считать валидными, чтобы не позволить кому-то из участников сети потратить уже использованные в другой транзакции монеты.
Для этого майнеры решают сложные математические задачи на своем оборудовании и расходуют электроэнергию, а взамен получают вознаграждение в виде биткойнов (и комиссии за обработку транзакций), что является стимулом защищать блокчейн дальше (сейчас за каждый блок сеть выдает 12,5 биткойнов).
В чем состоит работа майнеров
Майнеры занимаются тем, что подбирают значение хеша, которое бы подошло к транзакциям в блоке и позволило получить секретный ключ. Искомый хеш формируется на основании хеша предыдущего блока, случайного числа (nonce) и суммы хешей транзакций за прошедшие 10 минут. При этом он должен удовлетворять условиям системы: соответствовать заявленной сложности майнинга (Difficulty) и быть меньше целевой сложности (Target) — она определяет количество нулевых битов в начале искомого хеша.
Для вычисления сложности хеша можно использовать алгоритм с разложением в модифицированный ряд Тейлора, который приводится на страничке bitcoinwiki:
На момент написания статьи сложность блокчейн-сети составляет: 2874674234415.941, однако этот параметр пересчитывается через каждые 2016 блоков. Он увеличивается или уменьшается, чтобы поддержать среднюю скорость создания блоков (примерно 6 штук в час).
SHA-256
В качестве инструмента для хеширования в биткойн-блокчейне выбран алгоритм SHA-256. Далее, мы рассмотрим один из его раундов.
/ Раунд SHA-256 для восьми входных слов / Wikimedia / kockmeyer / CC
Предположим, что на вход алгоритму подали восемь слов, обозначим их A, B, C… H. Функция Ma выполняет побитовые операции со словами A, B и C — если большинство полученных значений нули, она также вернет ноль, иначе — единицу.
Блок Σ0 трижды сдвигает слово A: на 2, 13 и 22 бита, а сформированные значения побитно складываются операцией xor. Блок Σ1 работает аналогично — сдвиги выполняются на 6, 11 и 25 бит.
Блок Ch — это функция выбора результирующего бита на основании битов в E. Если входное значение единица, то на выход поступит соответствующий бит слова F, иначе — бит слова G.
Красные квадраты на схеме — это блоки 32-битного сложения, которые генерируют новые значения для A и E. Весь цикл повторяется 64 раза, после чего информация оказывается надежно зашифрованной.
Для иллюстрации процесса вычисления хеша, приведем код на Python, который формирует хеш слов «Bl0Ckchain» и «blockchain»:
А вот проверка созданных хешей выполняется очень быстро, даже если на их создание ушло множество ресурсов:
Результат применения функции SHA-256 считается необратимым, поэтому подбор майнерами «целевого» хеша выполняется с помощью грубого перебора.
Так как биткойн-протокол использует двойное хеширование, то задачей майнеров становится нахождение второго прообраза хеша x’ (имея первый прообраз x хеша y, где y=H(x)), который бы удовлетворял условию y=H(x’). Однако с целью упрощения задачи, майнеры ищут лишь частичный прообраз — H(x)/2^(n-k)=0. Здесь n — «размер» результата (n=256 бит для SHA256), а k — это фактор, отвечающий за количество нулей в результирующем хеше. Например, k=20 потребует проведения порядка одного миллиона попыток.
Таким образом, майнеры изменяют в заголовке блока параметр nonce и считают хеш до тех пор, пока не будут выполнены условия сложности. Когда цель достигнута, блок добавляется в цепочку.
Майнинг — совместные усилия участников сети
Сложность решения блока чрезвычайно велика. Сейчас майнеры в биткойн-сети выполняют порядка 20 млн терахешей в секунду, и эта цифра растет. Для сравнения, одна видеокарта выдает порядка 30 мегахешей в секунду. Также в своем блоге инженер Кен Ширриф (Ken Shirriff) попробовал решить блок с помощью ручки и бумаги — его достижение было еще скромнее (0,67 хешей в день).
/ Количество терахешей за секунду, по данным blockchain.info
Из-за выросшей (и постоянно растущей) сложности майнерам тяжело решать блоки в одиночку. Поэтому они объединяются в пулы, где делят работу по решению блока и награду. Пулы выдают майнерам задачи и следят за количеством выполненной работы. Чем больший вклад в решение блока внес майнер, тем большую долю награды он получит.
Чтобы оценить процент проделанной работы, пул просит майнеров присылать информацию о нахождении частичных решений. Например, если биткойн-блокчейн требует, чтобы хеш блока имел 15 нулей, пул может просить присылать ему результаты с 10 нулями в качестве доказательства работы. Это в миллионы раз проще и такое решение майнер будет получать несколько раз в час.
За организацию взаимодействия пула и майнеров отвечают специальные протоколы. Например, протокол Stratum (еще есть Getwork, Getblocktemplate и другие), который используется большинством пулов. В своем блоге Кен Ширриф приводит код, пересылаемый пулом при выдаче задания, который содержит всю необходимую информацию для начала работы над блоком.
Когда блок решен, пул формирует соответствующую транзакцию для выдачи награды, утверждает заголовок и верифицирует блок. Если блок решил майнер, который находился за пределами пула, то сервис выдает участникам новое задание. В этом случае награду за подбор хеша майнеры не получают.
По своей сути майнинг биткойнов напоминает своеобразную «гонку вооружений». В самом начале люди майнили криптовалюту с помощью CPU, затем мощности центрального процессора стало недостаточно, и индустрия перешла на GPU и специализированное оборудование ASIC.
Отметим, что повышение сложности вычислений, помимо регулирования количества выпускаемых биткойнов, выступает в качестве защиты от атак на блокчейн. Если майнинг с использованием персональных компьютеров в масштабной сети окажется выгодным, злоумышленникам будет проще найти оборудование для атаки. Необходимость вкладываться в «железо» выступает ограничивающим фактором и дополнительным защитным механизмом.
Но подобная привязка к технике и «реальному миру» имеет свои недостатки. Как уже было отмечено, майнинг — достаточно «затратная» с точки зрения потребления энергии деятельность. На сегодняшний день биткойн-блокчейн расходует 48 ТВт/час в год, причем 30–40% энергии идет на охлаждение чипов.
Однако есть мнение, что объемы потребляемой энергии начнут постепенно снижаться после 2020 года, когда произойдет следующее уменьшение награды за блок, так как майнинг станет менее выгодным. В этом случае действенным способом замотивировать майнеров продолжать защищать информацию в блокчейне остается увеличение дохода с комиссий за обработку транзакций.
А для этого важно продолжать повышать интерес общества к экосистеме блокчейн-технологий. Это позволит в будущем использовать биткойн-блокчейн в качестве своеобразного «арбитра» для permissioned-блокчейнов и сайдчейнов, что позволит создать финансовую систему нового поколения.
Предлагаем вам еще несколько материалов о работе блокчейнов из нашего блога:
Технология Blockchain простыми словами
Содержание
Содержание
Технологии распределенных вычислений и децентрализованного хранения информации были представлены еще в 90-х годах. Однако, слово «блокчейн» стало известно лишь недавно — когда некий Сатоши Накамото показал, как эти технологии можно использовать для устройства новой финансовой системы. Так, в 2008 году появился биткоин, а вместе с этим началась история развития блокчейна.
В 2021 году популярность этих технологий оказалась настолько высока, что стоимость того самого биткоина уже превышает 40 000 долларов за штуку. И, если этим феноменом заинтересовался такой крупный игрок, как Tesla, то почему бы не приобщиться к технологии простым пользователям. Разбираемся пальцах, что такое блокчейн, децентрализованная сеть и криптовалюта.
Народная энциклопедия знает очень много, но это не всегда понятно и доступно простому человеку. Как и в случае с определением технологии блокчейн. Поэтому попробуем разобрать тему на части и узнать, что к чему относится в этих непонятных дебрях криптографии.
Простым языком
Давным-давно, когда еще не вышел десятый айфон, жили Роман и Антон. У Романа было несколько способов передать денежные средства Антону:
Обычно, третья сторона — это целая совокупность инстанций и сервисов. Поэтому мы имеем цепочку посредников, схема работы которых находится под грифом секретности. С одной стороны, это полезно в целях безопасности — даже если мы зайдем в банк и попросим рассказать технические детали нашего перевода — никто этого делать не станет. С другой стороны, безопасность легко превращается в незащищенность — не зная технических подробностей, остается лишь слепо доверять банковской системе и надеяться, что «третьи лица» окажутся добросовестными ребятами.
Дело в том, что, превращаясь из бумажных в электронные, деньги не меняют своей формы — актуальные системы просто формируют цифровой код с зашифрованной в нем информацией о типе валюты, ее стоимости и количестве, чтобы передать ее от одного хранилища другому. Физически бумажное подтверждение ценности остается на руках пользователя или в сейфе банкомата.
Другими словами, Роман может найти терминал, предложить ему наличные денежные средства и получить их у себя на карте или отправить Антону. Мы привыкли так работать и считаем это безопасным способом перемещать деньги. Но с появлением блокчейна теория безопасности принимает новый оборот.
Посредники
Как работает стандартная банковская система переводов: на специальных компьютерах хранится вся информация о клиентах, операциях, имена, фамилии, отчества, адреса проживания, номера лицевых счетов. Нет, это не база данных КГБ — просто мы сами даем разрешение на обработку этой информации, когда регистрируемся на сайте. И это одна из брешей безопасности, которую блокчейн легко устраняет.
Когда Роман переводит деньги Антону через банкомат или онлайн-банк, он, так или иначе, делает запрос в эту базу данных, в реестр, где программное обеспечение проверяет некоторые условия:
И еще много подобных проверок, производимых программным обеспечением банков.
После того, как системе безопасности все понравилось, у Романа списывают необходимую сумму и зачисляют на счет Антона. Это привычная система и она централизована: здесь есть свой регулятор, органы управления, но, самое главное, — в системе есть обслуживающий персонал, без которого ничего не будет работать.
Программисты, аудиторы, операционисты, бухгалтеры, руководители, и еще два десятка должностных лиц, с помощью которых вся эта система функционирует, косвенно или прямо работают с переводом денег от Романа к Антону. Это следующая брешь в безопасности, которую блокчейн тоже закрывает.
Что такое блокчейн и как это работает
Еще совсем недавно все расчеты производились наличными деньгами. С развитием всемирной паутины изменился и способ передачи ценностей. Сегодня, в эпоху распределенных вычислений и автономных систем, в сети стало удобнее и безопаснее работать с помощью новых технологий. Например, блокчейн, где информация двигается между различными людьми без участия обслуживающего персонала, а также минуя централизацию, где существует вероятность, что вредная ошибка в коде ПО поможет хакеру забрать деньги или ценную информацию.
Начнем с того, что блокчейн (Block — блок, chain — цепь) — это децентрализованная база данных, которая предназначена для хранения последовательных блоков с набором характеристик (версия, дата создания, информация о предыдущих действиях в сети). Аналоговым примером его структуры представляется бесконечно длинная металлическая цепь, в которой нельзя разорвать или поменять местами звенья.
А еще цепочку блокчейна можно представить как книгу с возможностью добавлять страницы. Каждая новая страница пишется в режиме «онлайн», а остальные нельзя отредактировать или удалить.
Основное движение в такой системе происходит с помощью транзакций. Во время транзакции может выполняться какой-то скрипт, либо прописываться некая заметка с данными. То есть слово «транзакция» не равно денежному переводу и скорее обозначает способ обработки информации внутри сети.
Помимо основных данных, каждый блок имеет уникальный набор параметров: nonce, хеш предыдущего блока, хеш текущего блока и список транзакций.
Чтобы лучше понять, как устроены переводы внутри сети, снова представим страницу книги, где есть такая информация:
В пределах одного блока может храниться несколько тысяч таких записей. Когда память в блоке заканчивается — он закрывается, подписывается и переходит на новый блок в виде хеша или «отпечатка».
Хеш — это некий набор символов, несущий в себе уникальный отпечаток. Он формируется исходя из того, какие транзакции и в каком количестве хранит в себе каждый блок.
В процессе обработки транзакций постоянно проверяются хеши, после чего, словно по пирамиде, система поднимается к последнему хешу, где подтверждается целостность и верность всех предыдущих кодов, чтобы блок закрылся.
Если вдруг кому-то захочется добавить себе в кошелек пару сотен долларов без подтверждения со стороны остальных участников сети, то такая транзакция будет считаться неверной и перезапишется теми хешами, что хранятся у большинства узлов. То есть, если изменить хоть один байт, хоть одну точку, запятую или ноль, то итоговый хеш изменится, и блокчейну придется проверять все эти суммы заново для того, чтобы понять, правда это или ложь.
Из всего этого можно сделать вывод: сеть состоит из блоков, которые можно менять здесь и сейчас, пока они не закрылись. Все записывается в виде транзакций с информацией, которая шифруется как хеши и постоянно хранится в сети в каждом последующем блоке. Если изменить что-то и не найти этому подтверждение у большинства участников, то такие изменения просто не применятся, а блок будет считаться невалидным.
Простыми словами — в системе больше не получится подделать документы задним числом, как бы этого не хотели даже сотни человек, если общая сеть контролируется миллионами участников.
Отсюда и название Blockchain — все работает по цепочке, последовательно и непрерывно.
Кто такие майнеры и зачем они нужны
Мы уже говорили, что основной фактор безопасности заключается в добросовестности третьих лиц, тех, кто занимается обработкой информации. Как и у банковской системы — у блокчейна есть свой обслуживающий персонал. Но это не люди, а программный код, установленный на системах с нодой (сетью) блокчейна, то есть, на компьютерах, которые поддерживают сеть блокчейн. Другими словами — с помощью майнеров.
Для того чтобы провести операцию в блокчейне, необходимо ее создать и поместить в mempool — некую область, где хранятся все транзакции, которые в данный момент хотят совершить люди в блокчейне.
Что делают майнеры: они подключаются к mempool и начинают обрабатывать всю очередь. В глобальном смысле это работает так: система узнает о всех транзакциях в мемпуле, обрабатывает их, записывает в блок, высчитывает хеши и переходит к обработке новых заявок. Чтобы подтвердить валидность (правильность) блока, майнеру необходимо предоставить решение в сеть, которое проверяют другие майнеры и, если все хорошо, и большинство участников принимают результат вычисления хешей, блок считается правильным. Или nonce.
Разберемся на жизненном примере:
За круглым столом сидят десять человек. У них есть пять слов, из которых нужно составить предложение, которое может быть единственно верным из всех вариантов, которые можно придумать. Так, один из участников составил предложение первым и записал его на бумагу. После того, как все закончили задание, полученные предложения сравниваются. Так получилось, что первому участнику удалось составить верное предложение, и остальные семеро подтвердили, что у них получилось то же самое. И только один участник представил другое решение — но, так как он является меньшинством, а его предложение отличается от остальных, этот вариант из пяти слов считают недействительным и выкидывают из системы.
Выходит, для подтверждения настоящей информации в сети нужно договориться, чье решение подходит всем участникам в сети. Этим и занимаются криптовалютные майнеры.
Именно поэтому, в момент появления блокчейна, началась гонка за производительностью распределенных вычислений. Ведь чем больше у майнера вычислительной мощности, тем быстрее и больше информации он обработает в сети. Соответственно, как и банковский персонал, майнеры получают вознаграждение за свою работу. Это и есть основная причина, по которой все стремятся принять участие в добыче криптовалюты.
Децентрализация и распределенность
Мы уже выяснили, что для поддержки сети требуется постоянная и непрерывная работа нескольких мощных компьютеров. На сегодняшний день блокчейн обладает самой большой вовлеченностью вычислительных систем на планете. Даже такие гиганты как Google, Amazon и Apple не могут соревноваться с этой сетью по мощности.
Чем больше людей используют блокчейн, тем мощнее и безопаснее он становится.
Участником сети может стать каждый: достаточно установить официальный кошелек и загрузить полную ноду к себе на диск. С этого момента компьютер станет полноправным узлом в сети.
Например, у одного человека на компьютере стоит копия блокчейна. Есть еще один компьютер, на котором есть еще одна копия блокчейна, и таких десятки тысяч по всему миру. Если какой-либо злоумышленник захочет взломать систему и «нарисовать» себе миллион, мало того, что ему придется пересчитывать все эти блоки самостоятельно, ему еще придется сделать это в каждом компьютере, на каждом узле. А это, конечно же, невозможно — система полностью децентрализована и не имеет управляющих узлов. И с каждым днем таких узлов становится все больше, а шансов на взлом все меньше.
В централизованной системе вся информация хранится на сервере, и, если с ним что-то произойдет — можно попрощаться с ценными данными. В случае с централизованной системой злоумышленникам также проще найти уязвимость, чтобы атаковать главные компьютеры. Это может быть простая брешь в программной безопасности или безответственная работа сотрудника безопасности банка.
Такой большой вопрос безопасности можно решить только с помощью такой же большой сети. А под эти критерии как раз подходит система блокчейн, где каждый блок с информацией копируется одновременно на тысячи устройств без главенствующих в структуре систем.
Транзакции в блокчейн
В отличие от банков и электронных счетов, где для работы требуется слишком много конфиденциальной информации, блокчейн не требует от пользователей ничего: для работы понадобятся лишь два ключа, которые система выдаст при регистрации.
У каждого человека, желающего принять участие в блокчейне, есть свой публичный ключ, которым он подписывает транзакцию (как бы замыкает на ключ и пишет «отправить Васе»), а также приватный ключ, которым он может открыть посылку, которую ему прислал Вася обратно.
Публичный ключ — это некая фраза из цифр и символов, доступная к просмотру всем желающим. Если провести аналогию с биткоином, то публичный ключ — это номер кошелька, который можно отправить кому угодно для перевода средств.
Приватный ключ — это самое ценное. С помощью него подписываются все транзакции в пределах личного кошелька, а поэтому его нужно хранить в конфиденциальном месте. Например, как пароли от онлайн-банков.
Например, у Романа и Антона есть кошельки и приватные ключи.
Все, что зашифровано приватным ключом пользователя, любой человек может расшифровать при помощи своего публичного ключа. Но не открыть! Так можно узнать информацию по каждому переводу, по каждой транзакции счета — система полностью прозрачна. И в то же время анонимна — ведь никакой личной информации о человеке ключи, кошельки и блоки не хранят.
Биткоин — это не деньги
Мы привыкли считать, что биткоин это какая-то разновидность валюты, денег. На самом деле, понятия баланса в блокчейне нет. Все потому, что блокчейн — это просто записная книга. Обратимся к примеру на картинке:
Понятно, что блокчейн собирает всю информацию о движениях Романа, Антона и Марины, а затем передает это в виде транзакций в мемпул блокчейна. А там все как по инструкции — майнеры подхватывают информацию, считают хеши и подписывают блоки, чтобы поддержать сеть и получить вознаграждение в виде комиссии, которую ребята заплатили во время своих переводов.
Блокчейн и его применение
Биткоин — это не золото и не деньги, а обобщенный и удачный пример работы децентрализованных сетей, где каждый может стать участником и следить за честным исполнением всех событий.
Стоимость таких технологий нельзя считать оправданной или наоборот, недостаточной — здесь все, как на настоящем фондовом рынке. Если продукт хороший и правда что-то из себя представляет, то и цифровой актив прибавит в капитализации и стоимости. Если наоборот — проект считается провалом.
Конечно, все, что связано с блокчейн и монетами, пока еще является сильно волатильными инструментами, которые порой неподвластны даже очень крутым игрокам на рынке. И все потому, что основной объем инвестиций в этой сфере делают обычные люди, а не профессиональные игроки с Уолл-стрит.
И все же, несмотря на сложность и непонятность некоторых вопросов в этой индустрии, многие уже понимают ценность, удобство и безопасность децентрализованных технологий. Каждый день появляются новости о том, как государства внедряют инновации в привычные для людей сферы. Например, учатся отслеживать подлинность паспортов здоровья с помощью блокчейна, а также разрешают проводить регистрацию ценных бумаг с помощью децентрализованных сетей.
С биткоином или любым другим проектом, децентрализованные технологии станут неотъемлемой частью жизни современных структур. Ведь люди хотят обезопасить себя от мошенников, коррупционеров, хотят научиться контролировать свою жизнь больше, чем когда-либо. А блокчейн — это первый и самый большой шаг к новой системе.
Материал обновлен пользователем Urik26