Що таке блокчейн? Як він працює та де застосовується

Блокчейн – це розподілена база даних або реєстр, до якого мають доступ вузли комп’ютерної мережі. Вони найбільш відомі завдяки своїй вирішальній ролі в криптовалютних системах для підтримання безпечного та децентралізованого обліку транзакцій, але їхнє застосування не обмежується криптовалютами. Блокчейн можна використовувати для того, щоб зробити дані в будь-якій галузі незмінними – термін, який використовується для опису неможливості їх зміни.

Оскільки змінити блок неможливо, довіра потрібна лише в момент, коли користувач або програма вводить дані. Цей аспект зменшує потребу в довірених третіх сторонах, які зазвичай є аудиторами або іншими людьми, що збільшують витрати і припускаються помилок.

З моменту появи біткоїна у 2009 році використання блокчейну стрімко зросло завдяки створенню різних криптовалют, додатків для децентралізованих фінансів (DeFi), невзаємозамінних токенів (NFT) та смарт-контрактів.

КЛЮЧОВІ КОРИСНІ ВІДОМОСТІ
Блокчейн - це тип спільної бази даних, яка відрізняється від звичайної бази даних способом зберігання інформації; блокчейн зберігає дані у вигляді блоків, пов'язаних між собою за допомогою криптографії.
У блокчейні можна зберігати різні типи інформації, але найпоширенішим використанням для транзакцій є використання в якості бухгалтерської книги.
У випадку з біткоїном, блокчейн децентралізований, тому жодна особа чи група осіб не має контролю - натомість, всі користувачі колективно зберігають контроль.
Децентралізовані блокчейни є незмінними, а це означає, що введені дані є незворотними. У біткоїні транзакції постійно записуються і доступні для перегляду будь-кому.

Як працює блокчейн?

Ви можете бути знайомі з електронними таблицями або базами даних. Блокчейн дещо схожий на них, оскільки це база даних, в яку вводиться і зберігається інформація. Але ключова відмінність між традиційною базою даних або електронною таблицею і блокчейном полягає в тому, як структуровані дані та доступ до них.

Блокчейн складається з програм, які називаються скриптами, що виконують завдання, які ви зазвичай виконуєте в базі даних: Вводять інформацію та отримують до неї доступ, а також зберігають і зберігають її десь. Блокчейн є розподіленим, що означає, що декілька копій зберігаються на багатьох машинах, і всі вони повинні збігатися, щоб бути дійсними.

Блокчейн збирає інформацію про транзакції і вносить її в блок, як комірку в електронній таблиці, що містить інформацію. Коли блок заповнений, інформація проходить через алгоритм шифрування, який створює шістнадцяткове число, що називається хеш.

Потім хеш заноситься в заголовок наступного блоку і шифрується разом з іншою інформацією в блоці. Таким чином створюється серія блоків, які пов’язані між собою ланцюжком.

Процес транзакції

Транзакції проходять певний процес, залежно від того, в якому блокчейні вони відбуваються. Наприклад, у блокчейні Bitcoin, якщо ви ініціюєте транзакцію за допомогою свого криптовалютного гаманця – додатку, який забезпечує інтерфейс для блокчейну, – він запускає послідовність подій.

У Bitcoin ваша транзакція надсилається в пул пам’яті, де вона зберігається в черзі, поки майнер або валідатор не підхопить її. Як тільки вона потрапляє в блок і блок заповнюється транзакціями, він закривається і шифрується за допомогою алгоритму шифрування. Після цього починається майнінг.

Вся мережа працює одночасно, намагаючись “розгадати” хеш. Кожен майнер генерує випадковий хеш, за винятком “nonce”, скорочення від числа, яке використовується один раз.

Кожен майнер починає з нульового nonce, який додається до випадково згенерованого хешу. Якщо це число не дорівнює або менше цільового хешу, до nonce додається значення одиниці, і генерується новий хеш блоку. Так триває до тих пір, поки майнер не згенерує правильний хеш, вигравши гонку і отримавши винагороду.

Після закриття блоку транзакція вважається завершеною. Однак блок не вважається підтвердженим, поки не буде підтверджено п’ять інших блоків. Підтвердження займає у мережі близько години, оскільки в середньому на один блок йде трохи менше 10 хвилин (перший блок з вашою транзакцією і п’ять наступних блоків, помножені на 10, дорівнюють приблизно 60 хвилинам).

Не всі блокчейни дотримуються цього процесу. Наприклад, мережа Ethereum випадковим чином вибирає одного валідатора з усіх користувачів зі стейком ефіру для перевірки блоків, які потім підтверджуються мережею. Це набагато швидше і менш енергоємно, ніж процес у біткоїні.

Децентралізація блокчейну

Блокчейн дозволяє розподіляти дані в базі даних між кількома мережевими вузлами – комп’ютерами або пристроями, на яких запущено програмне забезпечення для блокчейну – в різних місцях. Це не тільки створює надлишковість, але й зберігає достовірність даних. Наприклад, якщо хтось намагається змінити запис в одному екземплярі бази даних, інші вузли не дадуть цьому статися. Таким чином, жоден вузол в мережі не може змінити інформацію, що зберігається в ньому.

Завдяки такому розподілу – і зашифрованому доказу того, що робота була виконана – інформація та історія (як і транзакції в криптовалюті) є незворотними. Такий запис може бути списком транзакцій (наприклад, з криптовалютою), але блокчейн також може зберігати різноманітну іншу інформацію, як-от юридичні контракти, державні ідентифікатори або інвентаризацію компанії.

Прозорість блокчейну

Через децентралізовану природу блокчейну Біткоїна, всі транзакції можна прозоро переглядати, маючи особистий вузол або використовуючи дослідники блокчейну, які дозволяють будь-кому бачити транзакції, що відбуваються в реальному часі. Кожен вузол має власну копію ланцюжка, яка оновлюється при підтвердженні та додаванні нових блоків. Це означає, що при бажанні ви можете відстежити біткоїн, куди б він не пішов.

Наприклад, в минулому біржі зламували, що призводило до втрати великих сум криптовалюти. Хоча хакери могли бути анонімними – за винятком адреси їхніх гаманців – криптовалюту, яку вони видобули, легко відстежити, оскільки адреси гаманців публікуються в блокчейні.

Звичайно, записи, що зберігаються в блокчейні біткоїна (як і в більшості інших), зашифровані. Це означає, що лише особа, якій присвоєно адресу, може розкрити свою особу. В результаті, користувачі блокчейну можуть залишатися анонімними, зберігаючи прозорість.

Чи безпечний блокчейн?

Технологія блокчейн забезпечує децентралізовану безпеку та довіру кількома способами. Почнемо з того, що нові блоки завжди зберігаються лінійно і хронологічно. Тобто, вони завжди додаються в “кінець” блокчейну. Після того, як блок додано в кінець блокчейну, попередні блоки не можуть бути змінені.

Зміна будь-яких даних змінює хеш блоку, в якому вони були. Оскільки кожен блок містить хеш попереднього блоку, зміна в одному з них змінить наступні блоки. Мережа відхилить змінений блок, оскільки хеші не збігатимуться.

Наприклад, уявіть, що хакер керує вузлом у мережі блокчейн і хоче змінити блокчейн і вкрасти криптовалюту у всіх інших. Щоб змінити свою копію, він повинен переконати інші вузли, що їхня копія є дійсною.

Для цього їм потрібно було б контролювати більшу частину мережі і вставити її в потрібний момент. Ця атака відома як атака 51%, тому що для її проведення потрібно контролювати більше 50% мережі.

У цьому типі атаки все залежить від часу – до того моменту, як хакер зробить будь-яку дію, мережа, швидше за все, вже пройде повз блоки, які він намагався змінити. Це пов’язано з тим, що швидкість, з якою ці мережі хешують, надзвичайно висока – 21 квітня 2023 року мережа Біткоїн хешувала зі швидкістю 348,1 екзахешів за секунду (18 нулів).

Де можливо застосовувати Блокчейн?

Блокчейн можна використовувати для незмінного запису будь-якої кількості даних. Це можуть бути транзакції, голоси на виборах, інвентаризація товарів, державні ідентифікатори, документи на будинки та багато іншого.
Наразі десятки тисяч проектів намагаються впровадити блокчейн у різні способи, щоб допомогти суспільству, окрім простого запису транзакцій – наприклад, як спосіб безпечного голосування на демократичних виборах.

Незмінність блокчейну означає, що фальсифікувати голосування стане набагато складніше. Наприклад, система голосування може працювати таким чином, що громадянам кожної країни буде видана єдина криптовалюта або токен.

Потім кожному кандидату буде надана певна адреса гаманця, а виборці надсилатимуть свій токен або криптовалюту на адресу того кандидата, за якого вони хочуть проголосувати. Прозорий і відстежуваний характер блокчейну усунув би необхідність підрахунку голосів вручну і можливість зловмисників фальсифікувати фізичні бюлетені.

Як ми вже знаємо, блоки в блокчейні Біткоїна зберігають дані про транзакції. Сьогодні на блокчейні працює понад 23 000 інших криптовалютних систем. Але виявляється, що блокчейн є надійним способом зберігання даних про інші типи транзакцій.

Серед компаній, які експериментують з блокчейном, – Walmart, Pfizer, AIG, Siemens, Unilever та інші. Наприклад, IBM створила свій блокчейн Food Trust, щоб відстежувати шлях, який проходять продукти харчування, щоб дістатися до місця їхнього розташування.

Навіщо це робити? Харчова промисловість стала свідком незліченних спалахів кишкової палички, сальмонели та лістерії; в деяких випадках небезпечні матеріали випадково потрапляли до продуктів харчування. У минулому на те, щоб знайти джерело цих спалахів або причину хвороби, пов’язану з тим, що люди їдять, йшли тижні.

Використання блокчейну дозволяє брендам відстежувати маршрут харчового продукту від його походження, через кожну зупинку, яку він робить, до доставки. Мало того, тепер ці компанії також можуть бачити все, з чим він міг контактувати, що дозволяє виявити проблему набагато раніше – потенційно рятуючи життя. Це один із прикладів застосування блокчейну на практиці, але існує багато інших форм реалізації блокчейну.

Це один із можливих способів застосування блокчейну на практиці, залишайтеся з нами та будьте в курсі всього цікавого у світі блокчейну!

Джерела інформації для статті: