Блокчейн: что это на самом деле и как работает

Содержание статьи:

1. Что такое блокчейн?
2. Почему это сложно и затратно?
3. В каких сферах применяется?
4. Проекты со своим блокчейном
5. Обозреватель блокчейна
6. Альтернативы блокчейну
7. Венчурный капитал и бутстрэппинг
8. Другие виды распределенного реестра

Хайп вокруг криптовалют не утихает, но многие не знают, что такое блокчейн. Простыми словами объясняем в этой статье.

Люди вокруг наделяют понятие «блокчейн» уже какими-то сверхъестественными качествами и видят в нем средство для

• справедливого распределения денег,
• вечной безопасности данных,
• эффективного апдейта старых систем,
• борьбы с коррупцией,
• воскрешение, излечение, второе пришествие и т.д. Да, в рекламных проспектах на сайтах ICO можно прочитать про такую важность блокчейна, о какой сами его создатели, наверное, и не подозревали.

Мы не принижаем значимость блокчейн-технологий, напротив, верим в них. Но нужно конструктивнее представлять их суть и не заблуждаться лишний раз.

Что такое блокчейн?

Объясняя простым языком, блокчейн — это цепочка блоков. Буквально, так называемые блоки, в которых содержатся транзакции, собираются последовательно, встают в цепь друг за другом. Образ цепи хорошо подходит, потому что, как цепь соединяет свои звенья, так и части блокчейна связаны друг с другом. Дело в том, что в каждом новом блоке обязательно есть зашифрованная информация о предыдущем.

Блокчейн — цепочка блоков, а блок — группа упорядоченных транзакций.

Как работает технология блокчейн на схеме при осуществлении транзакций:

Главное, что отличает блок-цепочку от традиционной базы данных, состоит в том, что существуют определенные правила, как помещать данные в базу:

• блок не может конфликтовать с другими данными, которые уже находятся в базе данных (непротиворечивость),
• это система Append-Only (неизменяемость — нельзя изменить какую-то часть внутри цепи (один блок), потому что другие блоки содержат информацию о нем),
• сами данные формируются их владельцем (контроль за собственной информацией — у создателя транзакции есть приватные ключи, их никто не знает),
• блокчейн можно копировать и просматривать некоторую информацию (прозрачность),
• система работает без центрального органа (децентрализация — подразумевает отсутствие единой точки отказа: никакая власть не сможет отнять активы или изменить «историю» в соответствии со своим желанием. Однако это преимущество приносит большие издержки).

Blockchain — это один из видов распределенного леджера. Они используют независимые компьютеры (ноды, узлы) для записи, совместного использования и синхронизации транзакций в своих соответствующих электронных леджерах (реестрах). Блокчейн организует данные в блоки, которые соединены вместе в режиме «только добавление».

Многие компании используют слово «blockchain» для обозначения своего рода волшебного устройства, с помощью которого все данные никогда не будут неправильными. Такого устройства, конечно, не существует, по крайней мере, когда речь идет о реальном мире.

Почему это сложно и затратно?

Нечто неизменное и справедливо записывающее историю полезно для общества, но для создания такой системы нужно потратиться. Рассмотрим некоторые проблемы:

Разработка более строгая и медленная

Создание системы, основанной на консенсусе, — непростая задача. Небольшая ошибка может разрушить всю базу данных или привести к ее неоднородности. Кроме того, все такие системы должны быть спроектированы грамотно с самого начала. К тому, как работает технология блокчейн, нельзя применить девиз Фейсбука «Move Fast and Break Things», то есть быстро делай, чтобы войти на рынок, а затем допиливай. Теряется согласованность, а распределенная система становится коррумпированным и бесполезным.

Повторим, что нельзя просто исправить базу данных или начать все заново, как это возможно в централизованной системе. Для изменения децентрализованной базы нужен консенсус, или согласие, всех активных участников системы.

Сложно спроектировать способы стимулирования

Добавление правильных структур стимулирования и обеспечение того, чтобы все игроки в системе не могли злоупотреблять или искажать блокчейн, — непросто. Нельзя допустить, чтобы информация добавлялась легко (это грозит спамом сети) и слишком дорого (это невыгодно).

Нужно обеспечить такую ситуацию, когда вознаграждение за работу было согласовано с целями существования сети: что заставляет ноды хранить данные, выбирать цепь и прочее. Эти вопросы нужно согласовывать не только в начале, но и на всех вехах развития блокчейна.

Исправить неразумное стимулирование нельзя без консенсуса и форка.

Дорогое обслуживание

• Традиционная централизованная база данных должна быть записана только единожды. Блокчейн же копируется тысячи раз.
• Традиционная база данных должна проверять данные только один раз. Блокчейн — тысячи раз.
• То же самое с передачей данных для хранения.

Затраты на поддержание блокчейна на порядок выше, и стоимость должна быть оправдана полезностью. Большинство приложений, которые выдвигают в преимуществах такие свойства, такие как постоянство и надежность, могут получить их намного дешевле, используя проверки целостности, резервные копии и т. д. (об аналогах блокчейна ниже).

Независимые пользователи

Это хорошо, если компания не стремится взять ответственность за использование пользовательских данных. И это плохо, если пользователь работает по другому сценарию. Невозможно забанить пользователя, который спамит блокчейн или нашел способ получить прибыль как-то иначе, непредусмотренным способом. Пользователь, который находит эксплойт, вряд ли сдаст себя.

В отличие от централизованной службы, отказ в обслуживании затруднен, потому что ни один субъект не имеет права никого банить/запрещать доступ. Блокчейн должен быть беспристрастным и обеспечивать соблюдение запрограммированных правил. Если разработчик «недоглядел», то ошибки придется исправлять уже после их обнаружения.

Сложно масштабирование

Масштабирование, если система не разработана за ранее с учетом него, на порядок сложнее. Причина очевидна: те же данные должны повторяться в сотнях или тысячах узлов, а не в одном месте. Уменьшить нагрузку через уменьшение нод — неправильно, это противоречит децентрализации.

• Централизация — проще.

Централизованная база данных намного быстрее, дешевле, проще в обслуживании и легче обновляется. Так почему люди видят в блокчейне революционное решение?

В каких сферах применяется?

Во-первых, многие из отраслей, в которых продвигается блокчейн, имеют старую IT-инфраструктуру. Например, у здравоохранения ужасное программное обеспечение, финрегуляторы работают на ПО прошлого века. Программное обеспечение для управления цепочками поставок сложно и дорого установить. Большинство компаний в этих отраслях тормозят модернизацию из-за риска. Блокчейн — это способ продать обновления ИТ-инфраструктуры и сделать их более доступными.

Во-вторых, блокчейн — это способ пиара. Нравится вам это или нет, слово «blockchain» дает компаниям дополнительные очки.

В-третьих, людям действительно не нравится государственный контроль над определенными отраслями промышленности и нужен иной механизм судебного разбирательства, чем нормативные рамки, которые часто бывают медленными и дорогими. В этом случае блокчейн — это действительно просто способ избавиться от аппарата государственного регулирования.

Проблема в том, что часто фактические технические детали и затраты скрываются от инвесторов и руководителей.

Единственной причиной, по которой рационально использовать блокчейн, является децентрализация. То есть, устранение единой точки отказа или контроля.

Учитывая, что блокчейн трудно обновить, трудно изменить и трудно масштабировать, большинство отраслей промышленности не нуждаются в нем.

Что хорошо подходит, так это деньги. Финансовая сфера. И первый блокчейн биткоина привнес революции именно судя.

О том, как работает блокчейн в разных сферах, мы писали отдельно:

• в искусстве (для защиты интеллектуальной собственности),
• в логистике,
• в недвижимости,
• для организации дешевого хранилища файлов,
• для условно честных азартных игр,
• в выборах и независимом подсчете голосов,
• для создания независимых контент-площадок.

Также блокчейн нужен в экономике совместного потребления, краудфандинге (все ICO, DAICO), на рынке предсказаний (Augur, Cindicator, Gnosis), IoT (IOTA) и др.

Ясно, что многие компании, которые хотят использовать блокчейн, на самом деле нуждаются не именно в этой технологии, а скорее в обновлении ПО для своей конкретной отрасли. Также зачастую важно, как работает блокчейн, а нужны рабочие смарт-контракты.

То же с государством. Сейчас некоторые чиновники любят заигрывать с этой технологией. Суть блокчейна в распределении его копий по множеству компьютеров, что обеспечивает прозрачность и неизбежность всех операций. Поэтому, если, например, государство говорит: теперь госзакупки на блокчейне, но это самый блокчейн ведется на закрытых серверах структур, то какой в этом смысл? Это обычная база данных, которую можно так же откатывать, делать форки и прочее.

Проекты со своим блокчейном

Самый первый блокчейн — это блокчейн биткоина. От него делалось много форков, он копировался для своих проектов, изменялся.

Блокчейн для работы со смарт-контрактами — Ethereum. О его популярности говорить не приходится: большинство ICO и приложений на нем.

К блокчейну третьего поколения относятся (из работающих продуктов или с минимальной рабочей версией):

Платформы третьего поколения  бьются над созданием протоколов, которые могли бы приблизиться к реальному внедрению. Эти проекты направлены на то, чтобы стать продуманнее, работать быстрее и бесконечно масштабироваться.

• NEO дает функциональную совместимость, масштабируемость и удобство использования, но ценой «настоящей» децентрализации. В NEO соединяется с множество блокчейнов, типа Ontology и Elastos, частные и общедоступные решения. Сообщество NEO сосредоточено на разработке проектов как для бизнеса, так и для пользователей.
• EOS демонстрирует удобство использования как для пользователей, так и для разработчиков. Благодаря горизонтальному масштабированию и эффективному механизму консенсуса dPoS, система может поддерживать сотни тысяч транзакций в секунду и высоко нагруженные приложения.
• MatrixChain объединяет AI с цепочкой блоков. Искусственный интеллект используется несколькими способами, которые в конечном счете упрощают работу пользователя: проверяет смарт-контракты и код на ошибки, переводит команды с «человеческого на компьютерный» язык, оптимизирует протокол в соответствии с экологическими требованиями и потребностями.
• Zilliqa использует PoW вместе с PoS: первый алгоритм для предотвращения атак Sybil и создания идентификаторов узлов. Консенсусная схема Zilliqa снижает сложность связи, линейную по размеру сети. Zilliqa предлагает инновационный специальный язык смарт-контракта и среду исполнения, которая использует базовую архитектуру для обеспечения масштабной и высокоэффективной вычислительной платформы.
• Среди других блокчейнов (на которых запущено более двух проектов с токенами/монетами: Waves, Stellar, Graphene, Bitshares, NEM, Qtum, Omni, Komodo, Ethereum Classic, Hyperledger, Counterparty, Cardano, Steem, Nxt, Dash, Lisk.

Обозреватель блокчейна

Прозрачность сети достигается тем, что всю информацию в блоках можно посмотреть. Для этого используется обозреватель блоков. Для каждого проекта он свой.

Например, для блокчейна биткоина наиболее популярен blockchain.info. На его же базе можно зарегистрировать онлайн-кошелек, посмотреть статистику сети и использовать API.

Например, анализируя этот блок (высоту блока), можно увидеть все основные данные:

• количество транзакций в этом блоке,
• на сколько монет эта транзакция,
• комиссия,
• дата, высота и прочие технические детали,
• все транзакции в этом блоке: от кого, куда и сколько.

На любой адрес можно клинкуть (или ввести в поле поиска тот, который интересует вас) и увидеть его историю. Вот чей-то случайный кошелек из рассмотренного нами блока:

Альтернативы блокчейну

Blockchain, используемый в Bitcoin, представляет собой набор различных технологий (алгоритмы консенсуса, криптография с открытым ключом и прочее), который приводит к децентрализованной системе. Те проекты, что пытаются использовать блокчейн, но сохраняют хотя бы небольшой централизованный контроль, разрушают его наиболее важную особенность.

Есть альтернативы, которые используют аспекты технологии блокчейн, но делают это намного дешевле.

Квитанции!

Большинство проектов, продвигая блокчейн, обычно ищут какую-то проблему в конкретной отрасли и пытаются решить ее через распределенный реестр. Часто проблема заключается в целостности данных. То есть стороны не согласны с тем, насколько точны данные, что приводит к конфликту. Обычно одна сторона чувствует себя обманутой, и если все настолько плохо, начинается судебный процесс, который влечет за собой очень дорогой аудит.

Роль блокчейн-технологии на такой площадке — снять блокчейн через объективную базу данных, где правда на всеобщем обозрении, факты можно проверить.

Упускается то, что блокчейн в этой случае является дорогостоящим способом хранения проверяемых данных. Информация для аудита не нуждаются в децентрализации. Более того, размещение проверяемых данных в цепочке может быть хуже, поскольку это нарушает конфиденциальность. Несвязанные лица (конкуренты, журналисты) могут изучить сведения из блоков.

Более подходит для использования здесь, например, криптография с открытым ключом. Вместо того, чтобы хранить одни и те же данные во многих местах, можно выпускать квитанции. Квитанция, подписанная участвующими сторонами, плюс какой-то сторонний аудитор — гораздо более дешевый и быстрый способ доказательства целостности данных.

Квитанции существовали в течение тысяч лет и не без оснований. Добавление криптографии с открытым ключом и вычислительной мощности должно значительно упростить целостность данных и проводить аудит в реальном времени. В этом случае нужна архитектура, где каждая сторона хранит свою собственную базу данных подписанных квитанций.

Центральная база данных с API

Это будет подобие «блокчейна» в том смысле, что существует цепочка блоков (каждая из которых представляет собой группу упорядоченных данных), которые хранятся в ней, но база не имеет децентрализации. Данные по-прежнему проверяются одним объектом и могут быть подписаны контрагентами.

Доступ к данным, доступным для пользователей, определяет уровень прозрачности и конфиденциальности.

Резервное копирование

Другой довольно распространенный случай использования, рекламируемый стартапами на блокчейне, — данные поддерживаются в сохранности.

Это решается покупкой услуг резервного копирования, чтобы сохранить базу данных в последнем состоянии. Они варьируются от долговременного хранения до быстрого аварийного восстановления всего за несколько минут.

Венчурный капитал и бутстрэппинг

Блокчейн точно хорош в сборе денег через ICO. Компании, продающие токены, получают деньги, но условия, при которых токены продаются, не дают инвесторам практически никакой защиты. Вообще с легкими деньгами приходит хаос, какие-то фонды без продуктов, перепродажи, повсеместный аутсорсинг и скам.

Полное отсутствие подотчетности имеет некоторые серьезные последствия. Это дает свободу компании, но опасно для проекта: насколько мудро будут потрачены средства?

Альтернативами здесь являются венчурный капитал или бутстрэппинг: финансирование по раундам, отчет о работе и ответственность за результат.

Другие виды распределенного реестра

Приложения DLT, скорее всего, будут внедряться постепенно и, скорее всего, сначала заменят ручные процессы и действия. Например, поддержание справочных данных в платежных и расчетных системах, кредитные истории и прочее).

К ним относятся:

• Hashgraph — усовершенствованный блокчейн,
• Corda — реестр для финансовых организаций,
• расположение блоков DAG (Направленный ациклический граф),
• блочно-решетчатая структура.

О том, как работают блокчйен-альтернативы, мы поговорим подробнее в следующих, более технических статьях.