Що таке блокчейн простими словами і як він працює

Блокчейн – це розподілена база даних, у якій інформація зберігається у вигляді послідовно зʼєднаних блоків, а її копії одночасно ведуться на багатьох компʼютерах мережі. Завдяки криптографії й розподіленому зберіганню записи в блокчейні майже неможливо змінити заднім числом, тому цю технологію називають незмінним (immutable) реєстром.

Блокчейн найвідоміший як основа біткоїна та інших криптовалют, але його застосування значно ширше – від смартконтрактів і децентралізованих фінансів до відстеження товарів і цифрової ідентифікації. У цьому матеріалі простими словами розберемо, що таке блокчейн, як він працює, які бувають його види, у чому переваги й недоліки та де його використовують.

Що таке блокчейн

Уявіть спільний журнал обліку, копія якого є в кожного учасника мережі. Коли хтось додає новий запис, він одночасно зʼявляється в усіх копіях, і всі учасники мають узгодити його між собою. Змінити вже зроблений запис непомітно неможливо, бо це одразу суперечитиме копіям інших. Саме так, спрощено, працює блокчейн.

Формально блокчейн – це тип розподіленого реєстру (distributed ledger). Головна відмінність від звичайної бази даних не в тому, які дані зберігаються, а в тому, як вони структуровані й хто ними керує: замість одного центрального сервера копії реєстру зберігаються на безлічі незалежних вузлів.

Хоча найчастіше в блокчейні фіксують транзакції з криптовалютами, туди можна записувати будь-яку інформацію – від юридичних договорів до даних про рух товарів.

Як працює блокчейн

В основі технології лежать три ідеї: блоки, хеш і розподілена мережа.

Блоки, хеш і ланцюг

Дані в блокчейні групуються у блоки – своєрідні контейнери із записами (наприклад, транзакціями). Коли блок заповнюється, він проходить через криптографічний алгоритм, що перетворює його вміст на унікальний рядок символів – хеш. Хеш працює як «цифровий відбиток» блока: щонайменша зміна даних повністю змінює його.

Кожен новий блок містить хеш попереднього. Так блоки зʼєднуються в послідовний ланцюг (звідси й назва – blockchain, «ланцюг блоків»). Якщо хтось спробує змінити дані в одному блоці, його хеш зміниться, і зʼязок із наступними блоками розірветься – мережа одразу помітить невідповідність і відхилить підробку.

Розподілена мережа й вузли

Блокчейн зберігається не на одному сервері, а на багатьох компʼютерах – вузлах (nodes). Кожен вузол має власну копію всього ланцюга й постійно синхронізує її з іншими. Щоб запис вважався дійсним, копії мають збігатися між учасниками мережі.

Такий розподіл дає дві переваги: надлишковість (дані не зникнуть через збій одного вузла) і стійкість до підробки (жоден окремий учасник не може одноосібно змінити реєстр).

Як відбувається транзакція

Хоча деталі відрізняються між мережами, загальна логіка транзакції в блокчейні виглядає так:

Користувач ініціює операцію через криптогаманець – наприклад, надсилає монети на іншу адресу.
Транзакція потрапляє в чергу непідтверджених операцій.
Учасники мережі (майнери або валідатори) збирають транзакції у блок і перевіряють їх.
Мережа досягає згоди щодо дійсності блока за правилами консенсусу.
Підтверджений блок додається до ланцюга, а транзакція стає незворотною.

Час підтвердження залежить від конкретної мережі: в одних це хвилини, в інших – секунди. Що більше підтверджень (наступних блоків) набирає транзакція, то надійніше вона зафіксована.

Механізми консенсусу: PoW і PoS

Оскільки в блокчейні немає центрального органу, мережа потребує способу узгоджувати, який блок додати наступним. Це завдання розвʼязують механізми консенсусу. Найпоширеніші – два.

Proof of Work (PoW, доказ виконаної роботи). Учасники (майнери) змагаються, розвʼязуючи складні криптографічні задачі; перший, хто знайде розвʼязок, додає блок і отримує винагороду. Так працює біткоїн. Метод дуже надійний, але енергоємний.
Proof of Stake (PoS, доказ частки володіння). Право додати блок отримує валідатор, обраний залежно від кількості заблокованих (застейканих) монет. Так із 2022 року працює Ethereum. Метод значно економніший за енергією та швидший.

Простими словами: PoW купує безпеку обчислювальною потужністю, а PoS – заставою монет. Обидва підходи мають на меті зробити нечесну поведінку невигідною.

Чому блокчейн вважають безпечним

Безпека блокчейну тримається на поєднанні криптографії та розподіленості.

По-перше, блоки додаються лінійно й хронологічно, а кожен містить хеш попереднього. Тому зміна одного блока «зламала» б усі наступні, і мережа відхилила б такий ланцюг.

По-друге, щоб переписати історію, зловмиснику довелося б контролювати більшість мережі – це відома атака 51%. У великих мережах, як-от біткоїн, зробити це надзвичайно дорого й практично нереально, бо потрібна колосальна обчислювальна потужність або частка монет. Що більша й децентралізованіша мережа, то вона захищеніша.

Важливо розуміти: незмінність працює в обидва боки. Помилкову транзакцію теж не можна скасувати, тому в блокчейні особливо важлива уважність – наприклад, при копіюванні адреси гаманця чи збереженні seed-фрази.

Блокчейн проти звичайної бази даних

Ознака	Звичайна база даних	Блокчейн
Керування	Центральний адміністратор	Розподілене між вузлами
Зберігання	Один сервер (чи кластер)	Копії на багатьох вузлах
Зміна записів	Можлива адміністратором	Практично незмінні
Довіра	До власника бази	До правил мережі й криптографії
Прозорість	Зазвичай закрита	У публічних мережах – відкрита

Види блокчейнів

Блокчейни відрізняються за тим, хто має доступ до мережі та право додавати блоки.

Публічні (permissionless). Відкриті для всіх: будь-хто може приєднатися, переглядати дані й брати участь. Приклади – біткоїн та Ethereum. Максимально децентралізовані й прозорі.
Приватні (permissioned). Контролюються однією організацією, яка вирішує, хто має доступ. Використовуються всередині компаній, де важливі контроль і конфіденційність.
Консорціумні. Керуються групою організацій спільно. Компроміс між відкритістю публічних і контролем приватних блокчейнів; поширені в бізнес-рішеннях.

Переваги та недоліки блокчейну

Як і будь-яка технологія, блокчейн має сильні й слабкі сторони.

Переваги:

Децентралізація – відсутність єдиної точки контролю й відмови.
Незмінність – записи практично неможливо підробити заднім числом.
Прозорість – у публічних мережах транзакції можна перевірити.
Зниження ролі посередників – довіра забезпечується технологією, а не третьою стороною.
Простежуваність – історію будь-якого запису можна відстежити.

Недоліки:

Обмежена масштабованість. Багато блокчейнів обробляють менше транзакцій за секунду, ніж централізовані системи. Це частина так званої трилеми масштабованості – складно одночасно мати високу децентралізацію, безпеку й пропускну здатність. Часткове розв’язання – рішення другого рівня (Layer 2).
Енергоспоживання мереж на PoW.
Незворотність помилок – помилкову транзакцію не скасувати.
Складність і регуляторна невизначеність – технологія непроста для новачків, а правове поле ще формується.

Де застосовують блокчейн

Найвідоміше застосування блокчейну – криптовалюти, але воно давно вийшло за їхні межі.

Криптовалюти – біткоїн, ефір та тисячі інших монет.
Смартконтракти – програми, що автоматично виконують умови угоди без посередників; основа DeFi та NFT.
Децентралізовані фінанси (DeFi) – обмін, кредитування й інші фінансові сервіси без банків.
Токенізація активів – перенесення реальних активів у блокчейн, наприклад токенізованих акцій.
Ланцюги постачання – відстеження шляху товарів (зокрема продуктів харчування) для швидкого виявлення проблем.
Цифрова ідентифікація та документи – незмінне зберігання ідентифікаторів і записів.

Великі компанії – від технологічних гігантів до логістичних і фармацевтичних – експериментують із блокчейном саме заради прозорості та простежуваності. Більше термінів зі сфери – у словнику криптовалютних термінів.

FAQ

Що таке блокчейн простими словами?

Це спільний цифровий журнал, копії якого зберігаються на багатьох компʼютерах. Записи в ньому обʼєднані в ланцюжок блоків і захищені криптографією, тому їх майже неможливо підробити заднім числом.

Як працює блокчейн?

Дані групуються в блоки, кожен блок отримує унікальний хеш і містить хеш попереднього, утворюючи ланцюг. Копії ланцюга зберігаються на вузлах мережі, які узгоджують нові блоки за правилами консенсусу.

Чи можна зламати або підробити блокчейн?

У великих децентралізованих мережах це надзвичайно складно. Щоб переписати історію, потрібно контролювати більшість мережі (атака 51%), що потребує колосальних ресурсів. Що більша й децентралізованіша мережа, то вона захищеніша.

Чим блокчейн відрізняється від звичайної бази даних?

Звичайною базою керує центральний адміністратор, який може змінювати записи. Блокчейн розподілений між багатьма вузлами, його записи практично незмінні, а довіра забезпечується правилами мережі та криптографією, а не власником.

Де використовують блокчейн, окрім криптовалют?

У смартконтрактах, децентралізованих фінансах (DeFi), токенізації активів, відстеженні ланцюгів постачання, цифровій ідентифікації та зберіганні документів.

Джерела та матеріали для поглибленого вивчення

Авторитетні джерела для перевірки понять (матеріали англійською):

AWS. What Is Blockchain Technology. https://aws.amazon.com/what-is/blockchain/
IBM. What Is Blockchain. https://www.ibm.com/think/topics/blockchain

Застереження: Цей матеріал має винятково освітній та інформаційний характер і не є інвестиційною чи фінансовою порадою. Криптовалюти й повʼязані з блокчейном активи пов’язані з ризиком; перед будь-якими фінансовими рішеннями проведіть власне дослідження або зверніться до кваліфікованого фахівця.