Что такое «блокчейн»?

Блокчейн — это концепция, которая делает данные сверхзащищёнными для конкретных целей. Вы, наверное, слышали это в связи с биткойном, но у этой технологии есть применения, выходящие далеко за рамки любимых всеми криптовалют. Эта статья — краткое объяснение того, как работает блокчейн.

Все начинается с шифрования

Чтобы понять блокчейны, вам нужно разбираться в криптографии. Идея криптографии намного старше компьютеров: она просто означает перегруппировку информации таким образом, что вам нужен конкретный ключ для её понимания. Любой, кто найдёт сообщение без ключа, не сможет его прочитать, если только оно не «взломано». Военные использовали более сложную криптографию задолго до компьютеров (например, Enigma Machine кодировала и декодировала сообщения во время Второй мировой войны).

Однако современное шифрование полностью цифровое. Сегодняшние компьютеры используют методы шифрования, которые настолько сложны и настолько безопасны, что их невозможно взломать простыми вычислениями, выполненными людьми. Однако технология компьютерного шифрования несовершенна; его всё ещё можно «взломать», если достаточно умные люди атакуют алгоритм, и данные всё ещё уязвимы, если кто-то помимо владельца найдёт ключ. Но даже шифрование на потребительском уровне, такое как 128-битное шифрование AES, которое теперь является стандартом для iPhone и Android, достаточно, чтобы скрыть заблокированные данные от ФБР.

Блокчейн — это совместный, безопасный реестр данных

Шифрование обычно используется для блокировки файлов, поэтому к ним могут получить доступ только определённые люди. Но что, если у вас есть информация, которую должны видеть все — например, бухгалтерская информация для государственного учреждения, которая должна быть публичной по закону — и при этом должна быть в безопасности? Здесь возникает проблема: чем больше людей могут просматривать и редактировать информацию, тем менее она защищена.

Блокчейны были разработаны для удовлетворения потребностей в безопасности в этих конкретных ситуациях. В блокчейне каждый раз, когда осуществляется доступ к информации и её обновление, изменение записывается и проверяется, а затем блокируется шифрованием и информация не может быть отредактирована снова. Затем набор изменений сохраняется и добавляется к общей записи. В следующий раз, когда кто-то вносит изменения, всё начинается заново, сохраняя информацию в новом «блоке», который зашифрован и прикреплён к предыдущему блоку (отсюда «цепочка блоков»). Этот повторяющийся процесс связывает самую первую версию набора информации с последней, так что каждый может видеть все когда-либо внесённые изменения, но может вносить и редактировать только последний блок.

Эту идею не так легко объяснить образно, поскольку в реальной жизни мы не сталкиваемся с такой концепцией, но представьте, что вы в группе из десяти человек собираете набор LEGO. Вы можете добавлять только один элемент за раз и никогда не можете удалить какие-либо части. Каждый член группы должен конкретно договориться о том, куда пойдёт следующая часть. Таким образом, вы можете увидеть все части в любое время — вплоть до самой первой части проекта, — но вы можете изменить только последнюю часть.

Для чего-то более актуального представьте совместный документ, например электронную таблицу в Google Docs или Office 365. Каждый, у кого есть доступ к документу, может его редактировать, и каждый раз, когда они это делают, изменение сохраняется и записывается в виде новой электронной таблицы, затем оно блокируется в истории документа. Таким образом, вы можете шаг за шагом вернуться к сделанным изменениям, но вы можете только добавлять информацию в последнюю версию, а не изменять предыдущие версии электронной таблицы, которые уже были заблокированы.

Как вы, наверное, слышали, идея безопасной, постоянно обновляемой «бухгалтерской книги» в основном применяется к финансовым данным там, где она имеет наибольший смысл. Распределённые цифровые валюты, такие как Биткойн, являются наиболее распространенным применением блокчейнов — фактически, самая первая из них была создана для Биткойна, и идея распространилась оттуда.

Технические аспекты: шаг за шагом, блок за блоком

Как всё это на самом деле происходит на компьютере? Это сочетание криптографии и одноранговой сети.

Возможно, вы знакомы с одноранговым обменом файлами: такими службами, как BitTorrent, которые позволяют пользователям загружать и скачивать цифровые файлы из нескольких мест более эффективно, чем через одно соединение. Представьте себе «файлы» как основные данные в цепочке блоков, а процесс загрузки — как криптографию, которая обеспечивает их обновление и безопасность.

Или, если вернуться к нашему примеру с Google Документами выше: представьте, что совместный документ, над которым вы работаете, не хранится на сервере. Вместо этого они находятся на компьютерах каждого человека, которые постоянно проверяют и обновляют друг друга, чтобы убедиться, что никто не изменил предыдущие записи. Это делает его «децентрализованным».

Это основная идея, лежащая в основе блокчейна: это криптографические данные, к которым осуществляется непрерывный доступ и которые одновременно защищаются, без какого-либо централизованного сервера или хранилища, с записью изменений, которые включаются в каждую новую версию данных.

Итак, у нас есть три элемента, которые следует учитывать в этих отношениях. Во-первых, это сеть одноранговых пользователей, в которых хранятся копии записи блокчейна. Во-вторых, данные, которые эти пользователи добавляют в последний «блок» информации, позволяя обновлять его и добавлять в общую запись. В-третьих, криптологические последовательности, которые пользователи генерируют, чтобы согласовать последний блок, фиксируя его на месте в последовательности данных, образующих запись.

Это последний кусочек, который и является секретом бутерброда с блокчейном. Используя цифровую криптографию, каждый пользователь использует мощность своего компьютера, чтобы помочь решить некоторые из этих сверхсложных математических задач, обеспечивающих безопасность записи. Эти чрезвычайно сложные решения, известные как «хеш», решают основные части данных в записи, например, на каком аккаунте добавлялись или вычитались деньги в бухгалтерской книге, и откуда эти деньги пошли или откуда пришли. Чем плотнее данные, тем сложнее криптография и тем больше вычислительных мощностей требуется для их разрешения. (Кстати, именно здесь в игру вступает идея «майнинга» биткойнов.)

Итак, чтобы подвести итог, мы можем думать о блокчейне как о фрагменте данных, который:

• Постоянно обновляется. Пользователи блокчейна могут получить доступ к данным в любое время и добавить информацию в самый новый блок.
• Распределён. Копии данных блокчейна хранятся и защищаются каждым пользователем, и все должны согласиться с новыми дополнениями.
• Проверен. Как изменения в новых блоках, так и копии старых блоков должны быть согласованы всеми пользователями посредством криптографической проверки.
• Безопасный. Подделка старых данных и изменение метода защиты новых данных предотвращается как криптографическим методом, так и нецентрализованным хранением самих данных.

На самом деле, это довольно грубое приближение, в действительности всё ещё сложнее.

Блокчейн в действии: покажите мне (цифровые) деньги!

Итак, давайте рассмотрим пример того, как это применимо к такой криптовалюте, как Биткойн. Допустим, у вас есть один биткойн, и вы хотите потратить его на новую машину. (Или велосипед, или дом, или островное государство малого и среднего размера — сколько бы один биткойн ни стоил на этой неделе.) Вы подключаетесь к децентрализованной цепочке блоков биткойнов с помощью своего программного обеспечения и отправляете свой запрос для передачи вашего Биткойна продавцу машины. Затем ваша транзакция передаётся в систему.

Это может увидеть каждый человек в системе, но ваша личность и личность продавца — это всего лишь временные подписи, крошечные элементы огромных математических задач, которые составляют основу цифровой криптографии. Эти значения включаются в уравнение цепочки блоков, а сама проблема «решается» участниками одноранговой сети, генерирующими криптографические хэши.

После подтверждения транзакции один биткойн переходит от вас к продавцу и записывается в последний блок в цепочке. Блок закончен, запечатан и защищён криптографией. Начинается следующая серия транзакций, и цепочка блоков становится длиннее и содержит полную запись всех транзакций при каждом её обновлении.

Теперь, когда вы думаете о блокчейне как о «безопасном», важно понимать контекст. Отдельные транзакции являются безопасными, а общая запись безопасна до тех пор, пока методы, используемые для защиты криптографии, остаются «невредимыми». (И помните, что это действительно сложно сломать — даже ФБР не может сделать это с помощью одних только вычислительных ресурсов.) Но самое слабое звено в цепочке блоков — это вы — пользователь.

Если вы разрешите кому-то другому использовать ваш личный ключ для доступа к цепочке, или если они найдут его, просто взломав ваш компьютер, они смогут добавлять в цепочку ваши данные, и их невозможно остановить. Именно так «воруют» Биткойн в ходе получивших широкую огласку атак на основные рынки: были скомпрометированы компании, которые управляли рынками, а не сам блокчейн Биткойн. А поскольку украденные биткойны передаются анонимным пользователям посредством процесса, который проверяется блокчейном и сохраняется навсегда, нет никакого способа найти злоумышленника или вернуть украденные биткоины.

Что ещё может делать блокчейн?

Технология блокчейн началась с биткойна, но это настолько важная идея, что она не оставалась там надолго. Система, которая постоянно обновляется, доступна для всех, проверяется в нецентрализованной сети и невероятно безопасна, имеет множество различных применений. Финансовые учреждения, такие как JP Morgan Chase и Австралийская фондовая биржа, разрабатывают системы блокчейнов для защиты и распространения финансовых данных (для обычных денег, а не для криптовалют, таких как Биткойн). Фонд Билла и Мелинды Гейтс надеется использовать блокчейн-системы для предоставления бесплатных распределённых банковских услуг миллиардам людей, которые не могут позволить себе обычный банковский счёт.

Инструменты с открытым исходным кодом, такие как Hyperledger, пытаются сделать технологии блокчейна доступными для более широкого круга людей, в некоторых случаях делая это без необходимости чудовищной вычислительной мощности, необходимой для защиты других проектов. Совместные рабочие системы могут быть проверены и записаны с помощью методов блокчейна. Таким же образом блокчейн можно использовать практически для всего, что необходимо постоянно записывать, получать к нему доступ и обновлять.