TL; DR
Блокчейн — це децентралізована цифрова книга, яка безпечно записує дані транзакцій на багатьох спеціалізованих комп’ютерах у мережі.
Блокчейн забезпечує цілісність даних через свою незмінну природу за допомогою криптографії та механізмів консенсусу, тобто після запису інформації її не можна змінити заднім числом.
Блокчейн є основою таких криптовалют, як біткойн та ефіріум, і відіграє важливу роль у зміцненні прозорості, безпеки та довіри в різних секторах, окрім фінансів.
Що таке блокчейн?
Блокчейн — це особливий вид бази даних, яку також називають децентралізованою цифровою книгою, яка підтримується численними комп’ютерами, розповсюдженими по всьому світу. Дані блокчейна організовані в блоки, які впорядковані в хронологічному порядку та захищені криптографією.
Найперша модель блокчейну була створена на початку 1990-х років, коли вчений Стюарт Хабер і фізик В. Скотт Сторнетта застосували криптографічні методи в ланцюжку блоків як спосіб захисту цифрових документів від підробки даних.
Хабер і Сторнетта надихнули на роботу багатьох інших комп’ютерників і ентузіастів криптографії, що зрештою призвело до створення першої криптовалюти на базі технології блокчейн — біткойн. Відтоді впровадження технології блокчейн поступово розширилося, і криптовалюти використовуються все більшою кількістю людей у всьому світі.
Хоча технологія блокчейн часто використовується для запису транзакцій криптовалюти, вона підходить для запису багатьох інших типів цифрових даних і може бути застосована в широкому діапазоні випадків використання.
Що таке децентралізація в блокчейні?
Децентралізація в блокчейні означає ідею, що повноваження щодо контролю та прийняття рішень у мережі розподіляються між її користувачами, а не контролюються однією організацією, такою як уряд чи корпорація. Це може бути корисним у ситуаціях, коли людям потрібно координувати дії з незнайомцями або коли вони хочуть забезпечити безпеку та цілісність своїх даних.
У децентралізованій мережі блокчейн немає центрального органу чи посередника, який контролює потік даних або транзакції. Натомість транзакції перевіряються та записуються розподіленою мережею комп’ютерів, які працюють разом, щоб підтримувати цілісність мережі.
Коли люди говорять про технологію блокчейн, вони часто мають на увазі не лише базу даних. Технологія блокчейн забезпечує такі програми, як криптовалюти та незамінні токени (NFT), що дозволяє людям співпрацювати та здійснювати транзакції один з одним, не покладаючись на центральний орган влади.
Як працює блокчейн?
За своєю суттю блокчейн — це цифровий реєстр, який надійно записує транзакції між двома сторонами в захищений від несанкціонованого доступу спосіб. Ці дані транзакцій записуються глобально розподіленою мережею спеціальних комп’ютерів, які називаються вузлами.
Коли користувач ініціює транзакцію, наприклад надсилає певну суму криптовалюти іншому користувачеві, ця транзакція транслюється в мережу. Кожен вузол автентифікує транзакцію шляхом перевірки цифрових підписів та інших даних транзакції.
Після підтвердження транзакції вона додається до блоку разом з іншими вже перевіреними транзакціями. Блоки з’єднуються разом за допомогою криптографічних методів, утворюючи блокчейн. Процес перевірки транзакцій і додавання їх до блокчейну здійснюється за допомогою механізму консенсусу, набору правил, які регулюють те, як вузли в мережі досягають згоди щодо стану блокчейну та дійсності транзакцій.
Криптографія є ключовою для блокчейну для підтримки безпечного, прозорого та захищеного від втручання запису транзакцій. Наприклад, хешування є ключовим криптографічним методом, який використовується в блокчейнах. Це криптографічний процес, який перетворює вхідні дані будь-якого розміру в рядок символів фіксованого розміру.
Хеш-функції, які використовуються в блокчейнах, як правило, стійкі до зіткнень, а це означає, що шанси знайти дві частини даних, які дають однаковий результат, є астрономічно малими. Інша особливість називається ефектом лавини, що стосується явища, коли будь-яка незначна зміна вхідних даних призведе до кардинально іншого результату.
Давайте проілюструємо це за допомогою SHA256, функції, яка використовується в Bitcoin. Як ви бачите, зміна великих літер призвела до того, що результат різко відрізнявся. Хеш-функції також є односторонніми функціями, оскільки обчислювально неможливо отримати вхідні дані шляхом зворотного проектування геш-виходу.
Кожен блок у ланцюжку блоків безпечно містить хеш попереднього блоку, створюючи надійний ланцюжок блоків. Будь-хто, хто хоче змінити один блок, повинен буде змінити всі наступні блоки, завдання, яке є не тільки технічно складним, але й надзвичайно дорогим.
Іншим криптографічним методом, який широко використовується в блокчейні, є криптографія з відкритим ключем. Також називається асиметричною криптографією, вона допомагає встановлювати безпечні та перевірені транзакції між користувачами.
Ось як це працює. Кожен учасник має унікальну пару ключів: закритий ключ, який він зберігає в таємниці, і відкритий ключ, яким відкрито ділиться. Коли користувач ініціює транзакцію, він підписує її за допомогою свого закритого ключа, створюючи цифровий підпис.
Потім інші користувачі мережі можуть перевірити автентичність транзакції, застосувавши до цифрового підпису відкритий ключ відправника. Цей підхід забезпечує безпечні транзакції, оскільки лише законний власник закритого ключа може авторизувати транзакцію, але кожен може перевірити підписи за допомогою відкритого ключа.
Ще однією особливістю блокчейна є його прозорість. Зазвичай будь-хто може перевірити дані блокчейну, включно з усіма даними транзакцій і блоковими даними, на загальнодоступних сайтах блокчейну. Наприклад, ви можете побачити кожну транзакцію, яка коли-небудь була зареєстрована в мережі Bitcoin, на сайтах дослідника блокчейнів, включаючи ідентифікатори відправника та одержувача, суму переказу та список власників будь-яких біткойнів. Ви також можете відстежити блоки від сьогодні (у блоці 788 995 станом на 18:52:21 GMT 29 травня 2023 року) аж до першого блоку, відомого як блок генезису.
Що таке механізм консенсусу?
Алгоритм консенсусу — це механізм, який дозволяє користувачам або машинам координувати роботу в розподілених умовах. Він повинен гарантувати, що всі агенти в системі можуть узгодити єдине джерело правди, навіть якщо деякі агенти зазнають невдачі. Вони гарантують, що всі вузли в мережі мають однакову копію книги, яка містить записи всіх транзакцій. Механізми консенсусу необхідні для блокчейнів, оскільки немає центрального органу для перевірки транзакцій і підтримки цілісності мережі.
Коли десятки тисяч вузлів зберігають копію даних блокчейну, можуть швидко виникнути деякі проблеми, зокрема узгодженість даних і шкідливі вузли. Щоб забезпечити цілісність блокчейну, існують різні механізми консенсусу, які керують тим, як вузли мережі досягають згоди. Тепер розглянемо основні з них.
Типи механізмів консенсусу
Що таке підтвердження роботи?
Доказ роботи (PoW) — це механізм консенсусу, який використовується в багатьох мережах блокчейну для перевірки транзакцій і підтримки цілісності блокчейну. Це оригінальний механізм консенсусу, який використовує біткойн.
У PoW майнери змагаються, щоб вирішити складну математичну задачу, щоб додати наступний блок до блокчейну. У процесі, відомому як майнінг, перший майнер, який вирішить проблему, отримує винагороду криптовалютою.
Майнери повинні використовувати потужні комп’ютери для вирішення математичних задач, щоб видобути нові монети та захистити мережу. Ось чому процес видобутку вимагає значної кількості обчислювальної потужності і, отже, енергії.
Що таке Proof of Stake?
Proof of Stake (PoS) — це консенсусний механізм, розроблений для усунення деяких недоліків Proof of Work (PoW). У системі PoS замість того, щоб майнери змагалися у розв’язанні складних математичних задач для перевірки транзакцій і додавання нових блоків до блокчейну, валідатори вибираються на основі кількості криптовалюти, яку вони «ставлять» у мережу.
Валідатори тримають певну кількість криптовалюти як заставу або «частку» для участі в процесі консенсусу. Потім вони випадковим чином вибираються для створення нових блоків і перевірки транзакцій на основі розміру їхньої частки. Валідатори отримують комісію за транзакції за створення нових блоків і як стимул діяти в інтересах мережі.
Інші популярні механізми консенсусу
Proof of Work і Proof of Stake є найпоширенішими консенсусними алгоритмами, але є й інші. Деякі є гібридами, які поєднують елементи обох систем, тоді як інші є зовсім різними методами.
Наприклад, делеговане підтвердження частки (DPoS) схоже на PoS, але замість того, щоб усі валідатори мали право створювати нові блоки, власники токенів обирають менший набір делегатів, щоб робити це від їх імені.
З іншого боку, у Proof of Authority (PoA) валідатори ідентифікуються за їх репутацією чи ідентичністю, а не за кількістю криптовалюти, яку вони мають. Валідатори вибираються на основі їхньої надійності та можуть бути видалені з мережі, якщо вони діють зловмисно.
Переваги Blockchain
1. Децентралізація
Децентралізований характер блокчейну означає, що немає єдиної точки контролю або збою, що може зробити його більш безпечним і стійким до атак або порушень даних.
2. Прозорість
Транзакції в блокчейні видимі для всіх учасників, що полегшує відстеження та перевірку транзакцій і забезпечує їх точність.
3. Незмінність
Після запису транзакції в блокчейні її неможливо змінити або видалити. Він створює постійний запис усіх транзакцій, який може перевірити кожен, хто має доступ до мережі блокчейн. Це значний відхід від традиційних систем, де транзакції є оборотними.
4. Ефективність
Блокчейн може забезпечити швидші та ефективніші транзакції, оскільки для цього не потрібні посередники, наприклад банки.
5. Нижчі комісії
Усуваючи посередників і автоматизуючи процеси, блокчейн може зменшити транзакційні витрати та зробити певні бізнес-операції більш ефективними.
6. Недовірливість
Технологія блокчейн забезпечує прозорі транзакції, які перевіряються та підтверджуються самими учасниками мережі без зайвих посередників.
Які є різні типи блокчейн-мереж?
Громадський блокчейн
Загальнодоступний блокчейн — це децентралізована мережа, відкрита для всіх, хто хоче взяти участь. Ці мережі, як правило, є відкритими, прозорими та без дозволу, тобто будь-хто може отримати до них доступ і використовувати їх. Біткойн та Ethereum є прикладами загальнодоступних блокчейнів.
Приватний блокчейн
Приватний блокчейн, як випливає з назви, — це мережа блокчейну, яка не відкрита для громадськості. Приватні блокчейни, як правило, керуються однією організацією, наприклад компанією, і використовуються для внутрішніх цілей і випадків використання.
Приватні блокчейни – це дозволені середовища зі встановленими правилами, які визначають, хто може переглядати та писати в ланцюг. Вони не є децентралізованими системами, оскільки існує чітка ієрархія контролю. Однак їх можна поширювати, оскільки багато вузлів зберігають копію ланцюга на своїх машинах.
Блокчейн консорціуму
Блокчейн консорціуму є гібридом публічних і приватних блокчейнів. У блокчейні консорціуму кілька організацій об’єднуються, щоб створити спільну мережу блокчейну, якою спільно керують і керують. Ці мережі можуть бути як відкритими, так і закритими, залежно від потреб членів консорціуму.
Замість відкритої системи, де будь-хто може перевіряти блоки, або закритої системи, де лише одна організація призначає виробників блоків, ланцюжок консорціумів бачить кілька однаково потужних сторін, які діють як валідатори.
Правила системи гнучкі: видимість ланцюжка може бути обмежена валідаторами, видимою для авторизованих осіб або видимою для всіх. Якщо валідатори зможуть дійти консенсусу, зміни можна легко впровадити. Щодо того, як працює блокчейн, якщо певний поріг цих сторін поводиться чесно, система не зіткнеться з проблемами.
Для чого використовується блокчейн?
Хоча технологія блокчейн все ще перебуває в зародковому стані, вона вже має приклади використання в багатьох різних галузях. Деякі з найпоширеніших сучасних застосувань технології блокчейн включають:
1. Криптовалюти
Технологія блокчейн була розроблена для підтримки створення криптовалют, які використовують блокчейн як безпечну та децентралізовану книгу для запису транзакцій.
2. Цифрова ідентичність
Блокчейн можна використовувати для створення безпечних і захищених від несанкціонованого доступу цифрових ідентифікаторів, які можна використовувати для перевірки особистої інформації та інших конфіденційних даних. Це може стати дедалі важливішим, оскільки все більше нашої особистої інформації та активів переміщується в Інтернет.
3. Голосування
Забезпечуючи децентралізований, захищений від несанкціонованого втручання журнал усіх відданих голосів, технологію блокчейн можна використовувати для створення безпечної та прозорої системи голосування, яка виключає можливість шахрайства виборців і забезпечує цілісність процесу голосування.
4. Управління ланцюгом поставок
Технологію блокчейн можна використовувати для створення книги всіх транзакцій у ланцюжку поставок. Кожна транзакція може бути записана як блок у блокчейні, створюючи незмінний і прозорий запис усього процесу ланцюжка поставок.
5. Розумні контракти
Розумні контракти — це самовиконувані контракти, які можна запрограмувати на автоматичне виконання при дотриманні певних умов. Технологія блокчейн дозволяє створювати та виконувати розумні контракти безпечним і децентралізованим способом. Одним із найбільш перспективних застосувань смарт-контрактів є децентралізовані програми (dApps) і організації (DAO).
Заключні думки
Технологія блокчейн пропонує безпечний і прозорий спосіб запису транзакцій і зберігання даних. Він має потенціал зробити революцію в галузях, забезпечивши новий рівень довіри та безпеки в цифровому світі.
Технологія блокчейн відкриває цілий світ можливостей, незалежно від того, чи забезпечується однорангова транзакція, створюється нова форма цифрових активів чи підтримується децентралізована програма. Оскільки технологія продовжує розвиватися та набуває все більшого поширення, ми можемо очікувати, що в найближчі роки з’являться нові інноваційні та трансформаційні випадки використання.
Подальше читання
Що таке криптовалюта?
Що таке стейблкойн?
Що таке NFT?
Disclaimer and Risk Warning: This content is presented to you on an “as is” basis for general information and educational purposes only, without representation or warranty of any kind. It should not be construed as financial, legal or other professional advice, nor is it intended to recommend the purchase of any specific product or service. You should seek your own advice from appropriate professional advisors. Where the article is contributed by a third party contributor, please note that those views expressed belong to the third party contributor, and do not necessarily reflect those of Binance Academy. Please read our full disclaimer here for further details. Digital asset prices can be volatile. The value of your investment may go down or up and you may not get back the amount invested. You are solely responsible for your investment decisions and Binance Academy is not liable for any losses you may incur. This material should not be construed as financial, legal or other professional advice. For more information, see our Terms of Use and Risk Warning.
