Блокчейн - технология, которая делает реальными NFT, криптовалюты, смарт-контракты и метавселенные

Что объединяет стильные "живые" диджейские вечеринки Decentraland (которые не смог остановить даже вирус Omicron), арт-объект NFT от Beeple стоимостью 69 миллионов долларов и криптовалютный ажиотаж, охвативший весь мир? Ответ - блокчейн, новая технология, которая обещает изменить мир, сделав финансы - и другие сферы деятельности - более децентрализованными. Однако главный вопрос заключается в том, как именно блокчейн приведет к таким радикальным изменениям, и действительно ли эта технология стоит такого внимания?

Технология блокчейн на абстрактном фоне. phive2015/iStock

Что такое блокчейн?

Блокчейн - это цифровые бухгалтерские книги или записи о транзакциях, которые могут просматривать все пользователи сети и которые невозможно подделать; его также называют технологией распределенных бухгалтерских книг (DLT). Единственной целью блокчейна является хранение и обмен данными. В блоках хранятся записи о реальных транзакциях, произошедших в сети.

В блокчейне делается запрос на транзакцию, затем система проверяет подлинность запроса. Затем создается "блок", в котором отражена транзакция, и передается каждому узлу (т.е. участнику) сети. Затем узлы соперничают в проверке транзакции, используя сложные алгоритмы. При успешной проверке блок добавляется к существующим блокам, образуя цепочку. Процесс соревнования за проверку подлинности и добавление блока называется "майнингом".

Обновленный блок передается по сети, и транзакция завершается. Транзакции, происходящие в блокчейне, защищены с помощью криптографической технологии, называемой хэшированием.

Хеширование использует сложные алгоритмы для создания строки символов (называемой "хеш") из любого фрагмента данных. Каждый блок хранит свой собственный хэш и хэш предыдущего блока. Если кто-то попытается подделать блок или подставить фальшивый блок, хэш изменится, нарушив цепочку. В криптовалюте каждый раз, когда добывается хэш и блок добавляется в бухгалтерскую книгу, "майнер" получает токен или часть токена, например, биткойн.

Децентрализация обусловлена тем, что данные распределяются между несколькими узлами, расположенными в разных местах. Это создает избыточность, а также означает, что если кто-то попытается изменить запись в одном месте, другие узлы не будут изменены.

История блокчейн

Впервые о блокчейне стало известно в 2008 году, когда люди впервые познакомились с популярной криптовалютой Bitcoin, созданной анонимным изобретателем или группой изобретателей по имени Сатоши Накамото; поэтому Накамото также считается изобретателем блокчейна. Однако путь блокчейна можно проследить с 1982 года, когда программист из Беркли Дэвид Чам изобрел технологию слепой подписи - неотслеживаемую платежную систему, которая отделяла личность человека от его транзакции.

Эта статуя в Будапеште посвящена изобретателю блокчейна и биткойнов Сатоши Накамото. Источник: Фекист/Викисклад .

 

В настоящее время это считается основой известной вам технологии блокчейн.   

Еще один значительный прорыв был совершен в 1992 году тремя молодыми учеными, Стюартом Хабером, Скоттом Сторнеттой и Дейвом Байером, которые, пытаясь найти способ проверки подлинности цифровых документов, применили дерево Меркла, что позволило собрать несколько сертификатов о подлинности документов в один блок. Дерево Меркла - это иерархическая коллекция узлов, которые играют важную роль в шифровании и проверке данных, хранящихся в блокчейне.

Роль дерева Меркла и хеширования данных в блокчейн

В блокчейн-приложениях, таких как Bitcoin, множество транзакций, помещенных в блок, подвергаются алгоритму для генерации хэша. Хеширование крайне важно для безопасности данных, поскольку после того, как данные прошли через алгоритм хеширования и был получен хеш, его нельзя использовать для восстановления исходного содержимого файла.

Диаграмма бинарного хэш-дерева. Источник: Davidgothberg/Wikimedia Commons

 

Таким образом, каждому файлу присваивается уникальный идентификатор, который может быть использован для проверки и защиты данных от копирования. Дерево Меркла - это, по сути, структура, в которой организованы хэшированные данные. В приведенной выше схеме хэш 0 является результатом конкатенации или сквозного соединения хэша 0-0 и хэша 0-1. То есть хэш 0 = хэш (хэш (0-0) + хэш (0-1)), где "+" обозначает функцию конкатенации.

Теперь, если нужно проверить целостность блока L2 в нашем дереве, можно вернуться назад, объединить хэшированные значения хэша 0-0 и хэша 1 с хэшированным значением блока данных L2 и сравнить результат с верхним хэшем.

Дерево Меркла помогает быстро проверить целостность блоков данных благодаря применению модульного подхода к процессу проверки, поскольку можно быстро загрузить небольшую ветвь, а затем запустить проверку целостности только для нее. После завершения процесса пользователь может начать загрузку файлов.

Основная идея, лежащая в основе блокчейна, заключалась в необходимости создания системы, включающей документы, временные метки которых невозможно подделать. Стюарт Хабер считал, что "время - это глобально согласованная социальная конструкция. Поэтому использование времени означает, что, по сути, весь мир сможет подтвердить, что ваш документ существовал в определенной форме в определенное время".

В 1997 году Адам Бек представил первый успешный алгоритм доказательства работы (Proof-of-Work), а в 2004 году компьютерный ученый Хэл Финни разработал многоразовый протокол Proof-of-Work на основе предыдущей работы Бека, который позволял пользователям передавать цифровые токены. В то же время криптограф и компьютерный ученый Ник Сабо запустил протокол, объединивший концепцию децентрализации многоразового доказательства выполнения работы, для создания Bit Gold, криптовалюты, которая послужила предшественником Bitcoin.

В 2008 году разработчик (или разработчики) под псевдонимом Сатоши Накамото выпустил документ, в котором изложил модель блокчейна, каким мы его знаем сейчас. В документе электронная монета определялась как "цепочка цифровых подписей", где монеты передавались путем "цифровой подписи хэша предыдущей транзакции и открытого ключа следующего владельца и добавления их к концу очередной монеты".

Типы блокчейна

В основном существует четыре типа блокчейнов:

1. Публичные блокчейны

Эти блокчейны полностью лишены прав доступа, и любой желающий может стать участником этих блокчейнов. Более того, каждый участник имеет равные права на доступ к публичному блокчейну, поскольку он полностью децентрализован. Такие криптовалюты, как Bitcoin, Ethereum, Litecoin и т.д., работают на публичных блокчейнах.

2. Частные блокчейны

Частные блокчейны управляются и контролируются одной организацией, поэтому центральный орган имеет право определять, кто может получить доступ к узлам таких блокчейнов. Хорошим примером частных блокчейнов являются такие популярные блокчейн-проекты, как Ripple и Hyperledger.

3. Гибридные блокчейны

Хотя они контролируются одной организацией, но за ними следит публичный блокчейн, который выполняет определенные проверки транзакций. Сочетание частного и разрешительного доступа в этих блокчейнах позволяет центральной организации контролировать доступ к определенным видам данных. Система IBM Food Trust, которая была разработана для повышения эффективности всей цепочки поставок продуктов питания, работает на основе гибридной блокчейн-системы.

4. Консорциумные блокчейны

Консорциумные блокчейны управляются группой организаций и требуют разрешения доступа для узлов. Такие блокчейны обладают большей степенью децентрализации, но сложны в настройке и обслуживании, требуя согласованной работы нескольких организаций.

Области применения блокчейн

Source: amhnasim/Pixabay

Криптовалюты и НФТ - не единственные технологии, работающие на блокчейне; система распределенных бухгалтерских книг имеет огромный потенциал для применения в различных отраслях, таких как:

Здравоохранение

Традиционная система ведения историй болезни пациентов часто выполняется вручную, что затрудняет процесс разграничения данных пациента и личной информации. Блокчейн обладает потенциалом для революционного изменения того, как ведется история болезни пациента, как осуществляется доступ к информации и обмен ею между заинтересованными сторонами. Блокчейн может позволить обмениваться записями пациентов без ущерба для их конфиденциальности.

Исследования показывают, что интеграция персональных носимых датчиков или медицинских IoT-устройств поможет медицинским работникам получить доступ к аналитическим данным о состоянии здоровья в режиме реального времени. Это может позволить пациентам проводить диагностику и лечение в удаленных местах, а ученым - получать информацию из обезличенных историй болезни для проведения научных исследований. Благодаря хранению данных медицинской аналитики на блокчейне пациенты получат гарантию того, что их конфиденциальность не будет нарушена.

Таким образом, децентрализованная система хранения аналитических данных о состоянии здоровья пациентов на основе блокчейна принесет огромную пользу пациентам и сделает жизненно важную информацию доступной для врачей одним нажатием кнопки.

Еще одна проблема, которую может решить технология блокчейн, - ведение медицинских баз данных. Ранее аудит медицинской учетной информации был дорогостоящим и трудоемким процессом, поскольку администраторам данных приходилось вручную собирать информацию из различных подразделений. Кроме того, поскольку сбор и сортировка данных осуществлялись вручную, вероятность ошибок при записи, ведении или распределении информации была очень велика.

Однако теперь, с помощью блокчейна, медицинские базы данных могут быть сформированы с соблюдением целостности на основе самых простых транзакций, а информация может быть отсортирована и подготовлена к аудиту в режиме реального времени. Отчет Forbes показывает, что немедленное применение блокчейна в здравоохранении может сэкономить расходы в размере 100 миллиардов долларов ежегодно уже к 2025 году.

Банковское дело

Технология блокчейн может предложить банкам и небанковским финансовым институтам (NBFCs) эффективные решения для улучшения систем расчетов и кредитной информации. Она также может повысить безопасность банковских онлайн-транзакций. С помощью блокчейна банки могут объединить свои платежные протоколы со смарт-контрактами, что позволит им установить множество точек данных по каждой транзакции.

Эти информационные потоки позволят банкам контролировать свои кредиты, отслеживать транзакции и легко управлять деятельностью, связанной с выставлением счетов и финансированием.

В банковской системе на основе блокчейна каждому пользователю может быть предоставлен закрытый ключ для регистрации каждой транзакции в бухгалтерской книге; такой ключ работает как уникальная цифровая подпись. Поэтому в любой момент, если банковская запись будет изменена, цифровая подпись станет недействительной, и вся банковская сеть будет уведомлена об аномалии. Таким образом, пользователь защищен от злонамеренных попыток хакеров украсть его деньги.

Валюта

Криптовалюты представляют собой альтернативу традиционному банковскому обслуживанию для людей, которые по разным причинам не пользуются банковскими услугами. Их использование также было предложено в качестве способа отделить валюты от традиционных денежных систем. Например, гиперинфляция, начавшаяся в Венесуэле в 2016 году, привела к резкому обесцениванию национальной валюты. В результате правительство предприняло множество усилий для стабилизации экономики, включая введение цифровой монеты под названием Petro, призванной обойти санкции, введенные США, и позволить правительству привлечь деньги для выплаты долга. Однако пока ситуация не изменилась, поскольку Petro не смогла завоевать популярность, в основном потому, что неясно, насколько правительство контролирует эту монету, и можно ли ее вообще обменять на какие-либо базовые активы.

Так, в 2020 году правительство Венесуэлы на какое-то время закрыло реестр, в котором хранятся все транзакции с Petro. В то время как в действительности настоящий блокчейн не может быть отключен для технического обслуживания подобным образом.

Виртуальный мир и новые технологии

Блокчейн упрощает владение цифровыми товарами в виртуальном мире; уже сейчас можно использовать криптовалюту для покупки виртуальной недвижимости в метавселенных, таких как Decentraland, Sandbox и т.д., а также покупать любимые произведения искусства, мемы, видео, изображения и т.д. в виде неиграбельных токенов (NFT). Как и в случае с криптовалютами, вы можете торговать этими цифровыми активами на онлайн-рынке и зарабатывать реальные деньги.

Такая деятельность также стимулирует людей присоединяться к виртуальным мирам и способствует развитию технологий, связанных с AR и VR. Например, в 2019 году объем рынка VR составлял всего 15 млрд долларов, но с тех пор он рос по экспоненте, и ожидается, что в ближайшие пару лет его стоимость достигнет более 70 млрд долларов.

Недвижимость

Блокчейн может позволить пользователям загружать и вести учет своей недвижимости в децентрализованных сетях, а затем смарт-контракты могут быть использованы для покупки и продажи недвижимого имущества. Смарт-контракты уже разрешены законодательством многих стран. Например, закон о легализации смарт-контрактов для продажи недвижимости был принят в Аризоне, США в 2017 году.

Любопытно, что это лишь малая часть из множества отраслей, которые может изменить блокчейн. Эксперты считают, что в ближайшие годы после масштабного внедрения технологии распределенных книг полностью изменится функционирование таких отраслей, как фармацевтика, логистика, страхование, образование, биржевая торговля, гостиничный бизнес, игорный бизнес, краудфандинг и т.д.   

Ограничения блокчейна

Инфраструктура блокчейна требует большого энергопотребления. Источник: Pixabay/pxels

Низкая скорость транзакций

Поскольку блокчейн зависит от проверки хэша через огромную сеть, время утверждения транзакций в блокчейне сравнительно медленнее, чем в традиционных методах цифровых операций. Так, например, блокчейн Bitcoin обрабатывает всего 4,6 транзакций в секунду, в то время как скорость обработки транзакций Visa составляет 1700 операций в секунду.

Высокие затраты на электроэнергию

Десятки тысяч компьютеров и дата-центров для майнинга потребляют электроэнергию из электросетей для выполнения операций хэширования с помощью которых транзакции подтверждаются и верифицируются, поэтому для поддержки инфраструктуры блокчейна требуется большое количество энергии. Это также приводит к большому выбросу углекислого газа, что, безусловно, не лучшим образом сказывается на окружающей среде.

Десятки тысяч компьютеров и дата-центров для майнинга по всему  миру выполняют  операции хэширования с помощью которых транзакции подтверждаются и верифицируются, для чего требуется огромное  количество энергии. Кроме того, это приводит к большому выбросу углекислого газа, что, безусловно, не лучшим образом сказывается на окружающей среде.

В 2021 году исследование Кембриджского университета показало, что для одной транзакции биткоина требуется 2203,5 кВт/ч энергии, что равно потреблению электроэнергии средним домохозяйством США в течение 75,51 дня.

Потеря активов

Блокчейн децентрализован и не имеет центрального органа, как банк, который позволяет сбросить пароль. Поэтому если пользователь теряет свой уникальный цифровой идентификатор, пароль или ключ, то он навсегда теряет доступ к своим активам. Более того, известны случаи, когда покупатели обнаруживали, что их дорогие НФТ исчезли из их криптокошельков, потому что они не выполнили условия онлайн-площадки, на которой они были представлены. В этих случаях пользователи не получали никакой компенсации за свои потери.

Блокчейн уже далеко шагнул вперед и стал мощным движущим фактором во многих отраслях, начиная от финансов и заканчивая здравоохранением. Несомненно, эта децентрализованная технология способна произвести революцию в нашей жизни.

Многие эксперты считают, что децентрализация цифровых услуг ведет к появлению нового интернета, известного как Web 3.0. Однако еще предстоит преодолеть множество трудностей, прежде чем мы все войдем в мир, работающий на блокчейне.