О блокчейне просто и понятно - с картинками и большими буквами

Все мы знаем про криптовалюты и про то, что в их основе лежит такая технология как блокчейн.  Есть немало людей, считающих криповалюты недоразумением, но их стремительное развитие и постепенное принятие связаны не столько со спекуляциями и хайпом, сколько именно с технологической составляющей.

Блокчейн представляет собой распределенный реестр, содержащий информацию о последовательности транзакций в виде блоков. При его формировании используются криптографическая хеш-функция, которая позволяет добиться неизменности и взаимосвязанности блоков. Блокчейн функционирует благодаря работе распределенной сети, состоящей из множества узлов (на которых находятся его копии), поддерживающих его в актуальном состоянии и формирующих новые блоки. 

^{Схема блокчейна (Источник: Medium)}

Развитие этой технологии позволяет добиться автоматизации множества рутинных операций по проверке и первичной обработке данных в различных отраслях человеческой деятельности. Это позволяет существенно сократить издержки, в том числе за счет сокращения штатов. Совершенствование принципов функционирования блокчейна зависит от развития криптовалют, в которых он наиболее широко применяется. Фактически криптосообщество самостоятельно, без значительных инвестиций со стороны крупного бизнеса или государств способствует формированию и эволюции целой отрасли информационных технологий. 

В этой связи даже международные финансисты, демонизируемые у нас, не могут оказать сколь-либо значительного влияния на западные правительства для запрещения или существенного ограничения криптовалют. Криптовалюты являются первым воплощением блокчейна. Функционирование блокчейна обеспечивается выплатой вознаграждения в криптовалюте за эту работу для узлов сети (нодов).

Блокчейн можно разделить в зависимости от доступности внесения информации на: публичный (открытый), участие в котором доступно любым лицам без каких-либо ограничений; приватный (закрытый), доступ к которому контролируется единственным участником; гибридный (комбинированный), который использует элементы первых двух – проверка информации доступна всем пользователем, а поддержку блокчейна осуществляют только предварительно отобранные узлы. Кроме того существует федеративный блокчейн (блокчейн консорциума), формируемый группой участников по соглашению, в котором доступ к ограничивается в соответствии с утвержденными правилами. 

Открытые блокчейны используются в большинстве криптовалют и множестве других проектов в криптосреде. Закрытые, гибридные и федеративные блокчейны используются главным образом бизнесом и властями (например, Enterprisе Etherium, Hyperledger Fabric, RippleNet).  

Кроме того блокчейны могут отличаться по используемому нодами механизму консенсуса. Основными, используемыми в публичных блокчейнах являются, многим известные: доказательство проделанной работы – Proof of Work (PoW) и доказательство доли – Proof of Stake (PoS). 

^{Основные типы консенсуса (Источник: Xcoins)}

PoW требует поиска решений сложных математических задач, обработки большого объема информации каждым узлом сети (общий хешрейт блокчейна биткоина превышает 250 экзахешей в секунду, а одно устройство Antminer S19 XP Hyd выдает 255 терахешей, что почти в миллион раз меньше) и является крайне энергозатратным механизмом (более 100 тераВатт часов для всей сети и 5,4 кВт для Antminer S19 XP Hyd). Практическая скорость транзакций для такого механизма консенсуса ограничивается десятками операций в секунду. Более того, благодаря встроенным практически в каждый такой блокчейн алгоритмам, периодически происходит снижение выплат в криптовалюте за созданный блок, а также усложнение шифрования. В результате для поддержки большинства основных POW-блокчейнов используется специальное дорогостоящее оборудование, потребляющее значительный объем электроэнергии, которое к тому же быстро устаревает.

PoS основан на случайном выборе узла (нескольких узлов), которому доверяется создание блока и валидация транзакций в нем. Гарантией от внесения недостоверной информации в этом случае служит заморозка определенной суммы в криптовалюте. Скорость транзакций при таком механизме консенсуса значительно выше, от нескольких сотен до сотен тысяч операций в секунду, энергозатраты – низки, а дорогостоящее оборудование не является необходимым. В то же время, в случае неразвитости сети – малого количества узлов, использование PoS может приводить к большей централизации чем PoW. В частности, переход Ethereum на PoS долго готовился и для того, чтобы эта проблема никак себя не проявила.

Помимо PoW и PoS в публичных блокчейнах используются их гибридные варианты –  Proof of Activity, Proof of Burn, Proof of Importance и другие. В приватном и федеративном блокчейнах в основном применяются механизмы консенсуса Proof of Authority и Proof of Vote. 

В блокчейнах для формирования цепочки блоков используются различные криптографические функции (всего более 60): SHA-256 –  для биткоина и основанных на нем; Scrypt – Litecoin, Dogecoin, Syscoin; Equihash –  Monero, Firo; Zhash – Bitcoin Gold и т.д. 

^{Пример работы криптографической хеш-функции (Источник: MANNING)}

На основе блокчейна созданы еще несколько прорывных технологий (о которых выйдет отдельный материал): смарт-контракты – самоисполняемые программируемые алгоритмы и невзаимозаменяемые токены (Non-fungible token) – цифровые права на различные объекты реального и виртуального мира. Они в свою очередь могут существенно ускорить процессы автоматизации во всех отраслях экономики.

В настоящее время основное применение блокчейн находит в пределах ИТ, преимущественно в криптосфере и информационной безопасности. Помимо нее идет активное внедрение блокчейн-решений в сферах финансов и производственных (и логистических) цепочках. 

В дальнейшем, как ожидается, блокчейн будет широко использоваться в областях аналитики и прогнозирования, управлении электроэнергетикой, сделках с недвижимостью, продаже и лизинге транспорта, рекламе, розничной торговле, здравоохранении, образовании, авторском праве, наследственном деле, избирательной системе, правоохранительной деятельности, проведении социальных выплат, управлении предприятием, управлении трудовыми ресурсами, благотворительности и т.д. Ускорение автоматизации, вызванное внедрением блокчейна, будет приводить к сокращению рабочих мест и исчезновению целых групп специальностей.

^{Применение блокчейна (Источник: Medium)}

Главная особенность блокчейна – независимый механизм верификации информации – позволяет получить дешевый и качественный инструмент для сохранения и подтверждения подлинности различных сведений. При этом такая информация не может быть подвергнута несанкционированным изменениям и остается общедоступной. Благодаря этому блокчейн-технологии получают признание не только со стороны крупного бизнеса, но и государств. Наиболее известным примером их использования среди последних является Эстония, где действует специальная платформа KSI, на основе которой функционируют учеты населения, здравоохранения, юридических лиц, недвижимости, наследования, официальной газеты и судебных решений. 

Республика Корея в рамках масштабных планов по реформам страны (Korean New Deal) готовится к запуску платформы на основе блокчейна для национального удостоверения личности и других основных документов.

В США Счетная палата регулярно, на протяжении более 6 лет, проводит исследования, семинары и выпускает рекомендации для госучреждений по внедрению блокчейна для повышения эффективности госуправления и оказания госуслуг.