Про блокчейн понятным языком

<p>Модные ныне технологии блокчейна, децентрализации, финтеха будоражат умы сильных мира сего. Биткоин — плохо, блокчейн — хорошо! Такое мнение сейчас у отечественного регулятора, который, как и все централизованные органы исповедует подход: «там что-то новое возникает у масс, я не знаю что такое, но на всякий случай запрещу». Вокруг блокчейн стартапов сегодня много хайпа, и по настоящему реально никто не понимает, зачем это, где и как применить и что из этого будет. Но, веротяно, понимают, что это вторая серьезная революция после интернета, и не хотят ее упустить. Многие криптоэнтузиасты полагают, что блокчейн не имеет самостоятельной ценности без биткоина, ведь блокчейн просто технология для безопасной передачи цифровой наличности и гарантия отсутствия двойной траты и подделки криптоактива. Действительно, коллективное бессознательное под псевдонимом Сатоши Накамото не применил блокчейн для отслеживания тунца от моря до стола, не применил блокчейн для сохранения и ведения реестра документов или для хранения информации по пулям и оружию. Он использовал блокчейн только для работы биткоина. Имеет или не имеет частный блокчейн самостоятельную силу и ценность без биткоина покажет время. В рамках данной статьи мы расскажем понятным простым языком об этой технологии в целом и способам ее применения.</p>
<p> </p>
<hr id=«system-readmore» />
<p class=«MsoNormal»><span lang=«EN-US»>1.</span> Введение</p>
<p class=«MsoNormal» style=«text-indent: 35.4pt;»>Блокчейн (Blockchain, Цепочка блоков транзакций) — децентрализованная база данных, устойчивая к попыткам злонамеренных и ошибочных манипуляций и предназначенная для упорядоченного хранения информации с привязкой ко времени. Исторически была впервые применена в 2009 году в криптовалюте Bitcoin в качестве механизма для хранения истории транзакций, где обеспечивает с одной стороны возможность внесения в неё новых записей произвольным пользователем (при условии наличия ненулевого баланса в системе и определенного количества вычислительных ресурсов и электроэнергии), а с другой — единственность базы данных для всех её пользователей.</p>
<p class=«MsoNormal»>2. Типы задач, для решения которых применим блокчейн</p>
<p class=«MsoNormal»>В общем случае применение блокчейн-технологий бывает оправдано в тех случаях, когда возникает необходимость в создании механизма хранения информации, одновременно удовлетворяющего следующим требованиям:</p>
<p class=«MsoNormal»>1) Отказоустойчивость</p>
<p class=«MsoNormal»>Созданные с применением блокчейн-технологии средства хранения данных за счет распределенности практически всегда оказываются надежнее централизованных: даже в случае полного или частичного выхода из строя отдельных узлов системы, система в целом сохраняет работоспособность. В криптовалюте Bitcoin, например, ежесуточно включаются и отключаются сотни и тысячи узлов, но при этом сама сеть продолжает безостановочно работать уже на протяжении 7 лет.</p>
<p class=«MsoNormal»>2) Многопользовательность</p>
<p class=«MsoNormal»>Основанные на блокчейн-технологиях базы данных в силу своей распределенности по определению способны к использованию многими пользователями, причем благодаря тому что как правило каждый полноправный пользователь системы одновременно выполняет роль хранителя и источника информации, скорость чтения из базы данных в первом приближении не увеличивается по мере добавления новых пользователей.</p>
<p class=«MsoNormal»>3) Единственность</p>
<p class=«MsoNormal»>В распределенных базах данных, как правило, возникают проблемы с поддержанием единственности информации — в силу того что любой участник сети должен иметь возможность добавлять информацию в базу, возникает опасность возникновения множества различных версий одной и той же базы данных в результате ошибочного и/или злонамеренного её использования.</p>
<p class=«MsoNormal»>Применение блокчейн-технологий позволяет исключить возникновение таких проблем благодаря использованию PoW (Proof of Work), PoS (Proof of Stake) и других блокчейн-специфичных алгоритмов для подтверждения правильности полученного экземпляра БД.</p>
<p class=«MsoNormal»>4) Привязка данных ко времени</p>
<p class=«MsoNormal»>Базы данных, созданные с использованием блокчейн-технологий, хранят данные в виде последовательности блоков данных, порядок расположения которых определяется временем их добавления: таким образом изменение порядка их расположения практически невозможно. Как следствие, для любой записи в БД есть возможность с заданной во время создания БД точностью определить время её добавления, что крайне важно для ряда применений. Например, при создании базы транспортировки грузов, такой подход позволяет гарантировать что груз сначала прибыл в точку А и только потом в точку Б, и любая попытка сфальсифицировать запись будет почти наверняка обречена на провал.</p>
<p class=«MsoNormal»>5) Устойчивость к попыткам фальсификации данных участниками системы</p>
<p class=«MsoNormal»>БД, построенные с помощью блокчейн-технологий, обладают свойством устойчивости к попыткам фальсификации вносимых в них данных: так как для того чтобы новая внесенная в нее запись была принята системой необходимо согласие 51% пользователей этой системы, внесение ложных данных в систему практически невозможно.</p>
<p class=«MsoNormal»>Это позволяет, в частности, создавать системы взаиморасчетов, в которых участники не имеют возможности полностью или даже частично доверять друг другую.</p>
<p class=«MsoNormal»>Также основанные на блокчейн БД могут (но не должны) удовлетворять требованию</p>
<p class=«MsoNormal»>6) Общедоступности</p>
<p class=«MsoNormal»>Реализованная с использованием блокчейн-технологий система может быть частично или полностью общедоступной, что позволяет реализовывать крупные распределенные системы любого масштаба, в том числе глобального.</p>
<p class=«MsoNormal»>3. Принцип работы блокчейна</p>
<p class=«MsoNormal»>1) БД, созданная с использованием блокчейн-технологий представляет собой распространяемую через пиринговую сеть её участниками постоянно растущую последовательность записей (блоков), упорядоченных по времени их добавления.</p>
<p class=«MsoNormal»>2) В случае если пользователь получает от других пользователей системы несколько разных соответствующим остальным правилам версий БД, корректной считается та из них, длина которой больше.</p>
<p class=«MsoNormal»>3) В каждый блок добавляется временная отметка и т.н. хэш-сумма (в первом приближении хэш-сумму любого блока можно считать его уникальным отпечатком) предыдущего блока, что позволяет связать блоки в цепочку (chain) в строго определенном порядке: при попытке переставить местами блоки B и C в последовательности A -> B -> C блоки B и C перестанут быть корректными из-за того что, во-первых, порядок временных меток будет неправильным (они, очевидно, должны в каждом последующем блоке быть больше чем в предыдущем), а во-вторых хэш-суммы не будут соответствовать исходным данным что сделает их некорректными.</p>
<p class=«MsoNormal»>4) Очевидно, что изложенных в (3) правил недостаточно для обеспечения свойств единственности и привязки ко времени: любой желающий может изменить временную отметку и пересчитать хэш-суммы так, чтобы сформировать цепочку блоков, корректную с точки зрения системы использующей только принципы изложенные в (3).</p>
<p class=«MsoNormal»>Для предотвращения этого используется множество различных способов, большую часть которых можно разделить на две категории: Proof of Work (PoW, доказательство работы) и Proof of Stake (PoS, доказательство владения). В обеих системах основополагающим принципом является принцип дороговизны формирования блока, в частности в PoW-системах для создания корректного блока кроме условий изложеных в (2) блок должен удовлетворять ещё одному: для формирования корректного блока необходимо произвести вычислительно сложную и энергетически затратную операцию (как правило — подбор записи, при добавлении которой в блок его хэш-сумма будет удовлетворять некоторым заранее определенным условиям).</p>
<p class=«MsoNormal»>Таким образом, при условии, что значительное число участников сети формируют новые блоки, для перезаписи содержимого базы данных злоумышленнику потребуется сконцентрировать в своих руках вычислительные и энергетические мощности сопоставимые с вычислительной мощностью большинства участников сети.</p>
<p class=«MsoNormal»>Кроме того, существует альтернативный подход, в котором для формирования блока следует получить согласие большей части участников сети (как правило оно выражается посредством цифровой подписи каждого из участников). Такой подход малоприменим для создания глобальных блокчейн-систем со свободным доступом, но вполне пригоден для создания малых отраслевых блокчейн-баз, например, для системы взаиморасчетов разноуровневых поставщиков и крупных потребителей электроэнергии.</p>
<p class=«MsoNormal»><span lang=«EN-US»>4.</span> Примеры использования блокчейн-технологий</p>
<p class=«MsoNormal»>Приведем несколько примеров систем, использующих блокчейн-БД</p>
<p class=«MsoNormal»>1) В первую очередь это, разумеется, Bitcoin и другие криптовалюты. Как уже было сказано, блокчейн-системы были впервые разработаны и применены в рамках этих систем, что и сделало возможным само их существование. Используя алгоритмы ассиметричного шифрования совместно с блокчейн-БД, эти системы позволяют их пользователям (которыми могут стать любые желающие пользователи Интернет) осуществлять переводы внутренних единиц обмена (биткоины, лайткоины, и т.д.), причем для этих операций гарантируется их безопасность (система гарантирует что пользователь может переводить средства только со своих счетов, и что список транзакций существует в единственном экземпляре, т.е. его подмена практически невозможна).</p>
<p class=«MsoNormal»>На момент написания этих строк рыночная капитализация пяти самых популярных валют составила 11,5 млрд долларов США, что, по мнению автора, свидетельствует об успешности этих проектов.</p>
<p class=«MsoNormal»>2) Кроме того, в последнее время приобрели популярность проекты альтернативных (т.е. не-Биткоин) криптовалют, позволяющих своим пользователям кроме осуществления транзакций задавать правила обработки этих транзакций с помощью специальным образом сформированного пользователем программного кода, который интегрируется в блокчейн-БД и выполняется всеми участниками сети при обработке этих транзакций. Такой подход дает возможность создавать значительно сложные финансовые приложения, сохраняющие при этом типичные свойства блокчейн-систем, т.е. распределенность, отказоустойчивость и устойчивость к внешним административным воздействиям.</p>
<p class=«MsoNormal»>В качесте примера такого проекта можно привести криптовалюту Ethereum, капитализация который составляет ~1 млрд долларов.</p>
<p class=«MsoNormal»>3) Также блокчейн-технологии находят применение в т.н. «интернете вещей»: благодаря своей децентрализованности и способности несмотря на это сохранять единство данных для всех участников сети, БД, созданные с применением этих технологий находят свое применение в области отказоустойчивого управления и синхронизации работы подключенных к сети устройств, количество которых стремительно растет в последние годы.</p>
<p class=«MsoNormal»>В совокупности с (2), возникает возможность создания комплексов устройств, способных самостоятельно, независимо от работоспособности центральных серверов компании-производителя, принимать оплату за оказание тех или иных услуг, в том числе и от других устройств, что создает возможность автоматического независимого обмена ресурсами (например, электроэнергией).</p>
<p class=«MsoNormal»>Кроме того, гарантированная единственность БД блокчейн-систем и возможность её локальной проверки позволяет осуществлять распространение криптографических ключей для такого рода устройств, что позволяет значительно увеличить её безопасность — ключи могут быть обновлены даже в случае выхода из строя серверов компании-производителя устройства (например из-за DDoS-атаки или из-за ухода компании с рынка).</p>
<p class=«MsoNormal»> </p>
<p class=«MsoNormal»>4. Степень развития блокчейн-технологий и объемы инвестирования</p>
<p class=«MsoNormal»>По мнению многих экспертов, блокчейн-технологии на сегодняшний день находятся в зачаточной стадии развития, за которой последует бурный рост, подобный тому что происходило с сетью Интернет в середине-конце 90х годов, когда узкоспециализированная сеть ученых, корпораций и военных внезапно породила многомиллиардную индустрию. В качестве примера одного из таких мнений можно привести <a href=«dealbook.nytimes.com/2014/01/21/why-bitcoin-matters»>статью</a> Марка Андресена (одного из основателей компании «Адресен Хоровитц», под управлением которой в 2014 году находилось около 4 миллиардов долларов).</p>
<p class=«MsoNormal»>Объем инвестиций в системы, построенные с использованием этих технологий, к первому кварталу 2016 года составил 1.1 млрд долларов США, что свидетельствует о том интерес к таким системам не ограничивается экспертными оценками, а реализуется и в виде вполне осязаемых и реальных денежных вливаний в компании, занимающиеся их разработками.</p>
<p class=«MsoNormal»><img src=«blockchainbitcoinventure.jpg» border=«0» alt=«инвестиции в блокчейн и биткоин стартапы» width=«624» height=«468» /><br /><!--[endif]--></p>
<p class=«MsoNormal»>В России также ведутся работы по интеграции блокчейн-систем в бизнес-процессы компаний: например, 5 октября 2016 года ряд крупных финансовых организаций (Сбербанк, Альфа-Банк, Qiwi и другие) провели совместное тестирование механизма обмена информацией о клиентах, в основе которого находится Мастерчейн Банка России, построенный, свою очередь, на базе исходных кодов криптовалюты Ethereum.</p>
<p class=«MsoNormal»>Очевидно, что существует высокая вероятность того что в ближайшем (3-5 лет) будущем блокчейн-технологии займут свое место как в организационных процессах работы крупных корпораций, так и в повседневной жизни, причем как в России, так и за рубежом. Хотя определенные реализации будут пользоваться т.н. «частыми блокчейнами», подавляющее большинство систем будет базироваться на общедоступных распределенных блокчейнах, например, блокчейнах криптовалют Bitcoin и Ethereum.</p>
<p class=«MsoNormal»>Часть таких систем будут иметь глобальный характер — например система добровольно цифровой идентификации Bitnation ставит своей целью создание независимой от третьих лиц распределенной организации, предоставляющей услуги, традиционно предоставляемых государствами, в частности услуги идентификации личности и нотариального заверения контрактов. Несмотря на то что эта конкретная реализация вряд ли окажется успешной (малая компьютерная грамотность значительной части населения, отсутствие в настоящий момент поддержки государства или крупных организаций, малоразвитость в настоящий момент основанных на блокчейне технологий и т.д.), она, тем не менее, демонстрирует потенциал блокчейн-технологий в области формирования и контроля новых механизмов управления межличностными, межорганизационными и межгосударственными отношениями.</p>
<p class=«MsoNormal»>Таким образом, нельзя исключать возникновения в кратко- и среднесрочной перспективе основанных на блокчейн-технологиях систем, использование которых станет как минимум желательным, а как максимум — необходимым для осуществления юридических, финансовых и политических операций.</p>
<p class=«MsoNormal»> </p>
<p class=«MsoNormal»>5. Значение для цифровой безопасности России</p>
<p class=«MsoNormal»>В связи с этим возникает вопрос безопасности и контроля общедоступных блокчейн-систем: несмотря на то что на протяжении всего существования, например, криптовалютной системы Bitcoin, она ни разу не была взломана, остается вопрос — есть ли у каких-нибудь лиц и\или организаций возможность манипулировать базой данных, лежащей в основе этой и других подобных ей публичных систем?</p>
<p class=«MsoNormal»>Детальный анализ показывает что такая возможность, в принипе, имеется: как уже было упомянуто, для обеспечения единственности базы данных при использовании блокчейн-технологий используются специальные методы, самым популярным и актуальным из которых на сегодняшний день являются основанные на принципе PoW (Proof of Work) — для добавления нового блока в базу пользователь должен произвести ряд вычислительно сложных операций, для чего он должен обладать значительными аппаратными и энергетическими ресурсами. Таким образом, в случае если некоторое лицо или группа лиц будет контролировать значительную часть вычислительных ресурсов сети, у него (них) появится возможность:</p>
<p class=«MsoNormal»>а) Блокировать внесение новой информации в блокчейн</p>
<p class=«MsoNormal»>Для внесения информации в цепочку блоков необходимо, как уже было отмечено, произвести ряд сложных вычислительных операций. Тем не менее далеко не все конечные пользователи системы имеют оборудование и энергоресурсы необходимые для осуществления этих операций.</p>
<p class=«MsoNormal»>В PoW криптовалютах, по совместительству являющихся самыми развитыми блокчейн-базами данных, для решения этой проблемы введено понятие комиссии — пользователь отправляет информацию, которую он хотел бы добавить в цепочку блоков, так называемому «майнеру», который и формирует новый блок для этого и других пользователей. Взамен майнер получает от пользователя вознаграждение в криптовалюте, основанной на этом блокчейне.</p>
<p class=«MsoNormal»>Очевидно, что в случае если лицо или группа лиц имеют какие-то другие, не финансовые интересы, и при этом под их контролем находится значительная часть вычислительных мощностей блокчейн-системы, они получают возможность на некоторое время задерживать внесение информации в блокчейн-БД, путем отклонения запросов пользователей.</p>
<p class=«MsoNormal»>Если, например, возникнет глобальная блокчейн-системы, предназначенная для заверения актов купли-продажи, такое лицо или группа лиц получат возможность на время (в наихудшем случае — навсегда) блокировать проведение таких сделок их конкурентами и\или политическими противниками.</p>
<p class=«MsoNormal»>б) Изменять саму структуру базы данных</p>
<p class=«MsoNormal»>В случае же концентрации более 51% мощности сети в руках этого лица\лиц, оно(и) получает возможность удалять последние блоки из цепочки, тем самым делая внесенную в неё информацию некорректной с точки зрения системы. Для ранее приведенного примера системы заверения актов купли-продажи злоумышленники смогут сделать проведение операции в рамках системы невозможным.</p>
<p class=«MsoNormal»>На сегодняшний день основная часть мощностей популярных публичных блокчейн-сетей (Bitcoin, Litecoin, Ehtereum) сосредоточена на территориях косвенно или напрямую подконтрольных США и КНР. Из вышесказаного следует что в случае серьезного обострения отношений между этими странами и Россией, у них будет принципиальная возможность частично или полностью блокировать использование этих сетей российскими гражданами и организациями. В случае, если блокчейн-технологии получат широкое распростронение в мировых бизнес-процессах, такого рода действия могут иметь последствия, по объему нанесенного экономике вреда сопоставимые, например, с отключением от системы проведения платежей Visa.</p>
<p class=«MsoNormal»> </p>
<p class=«MsoNormal»>6. Майнинг как способ решения проблемы безопасности использования блокчейн-систем</p>
<p class=«MsoNormal»>В связи со указаным выше возникает проблема обеспечения гарантированного доступа российских граждан и организация к глобальным, основанным на технологии блокчейн, базам данных. Одним из решений этой проблемы (на наш взгляд, самым рациональным), является создание условий для концентрации пригодных для майнинга вычислительных мощностей в России. Побочным эффектом этого решения будет получение прибыли: в протоколах Bitcoin и прочих криптовалют кроме транзакционных комиссий предусмотрен механизм поощрения майнеров — при формировании нового блока майнер получает возможность перевести на свой баланс определенную сумму средств (для Bitcoin — 25 BTC ~= 16 тысяч долларов США).</p>
<p class=«MsoNormal»>Организация мощных майнинговых центров на территории РФ позволит обеспечить с одной стороны возможность беспрепятственного использования глобальных систем, основанных на блокчейн-технологиях, а с другой, при условии концентрации значительной части вычислительных мощностей той или иной системы, возможность затруднения доступа к системе со стороны нежелательных лиц и организаций.</p>
<p class=«MsoNormal»>Для осуществления майнинга необходимо, как уже отмечалось раньше, выполнение трех условий:</p>
<p class=«MsoNormal»>1) Наличие вычислительных устройств</p>
<p class=«MsoNormal»>2) Наличие электроэнергии для их работы</p>
<p class=«MsoNormal»>3) Наличие доступа в интернет</p>
<p class=«MsoNormal»>Обеспечение выполнения второго условия, на наш взгляд, целесообразно осуществлять с привлечением государственных организаций и, в частности, госкомпаний: это позволит найти применение избыткам электроэнергии, находящимся в их распоряжении.</p>
<p class=«MsoNormal»>Выполнение третьего условия в промышленно развитых городах и регионах России не должно составлять затруднений.</p>
<p class=«MsoNormal»>Первое же условие выполнять предлагается путем привлечения частных компаний: это позволит резко сократить затраты на организацию майнинговых центров за счёт переноса расходов по покупке оборудования на частные компании. Компенсировать им это будет возможность самостоятельно распоряжаться вознаграждениями, формирующимися сетью в результате майнинга.</p>
<p class=«MsoNormal»>Также для облегчения процесса инвестирования частными лицами предлагается создание единой системы мониторинга и управления вычислительными мощностями. Это позволит:</p>
<p class=«MsoNormal»>- Сократить расходы частных компаний на установку и управление вычислительными мощностями</p>
<p> </p>
<p class=«MsoNormal»>- Создать возможность быстрой консолидации вычислительных мощностей в случае возникновения государственной необходимости</p>