Що таке криптографія у блокчейні

У блокчейні криптографія – це набір захищених кодів, які захищають інформацію та транзакції. Вона використовує математичні методи, щоб зробити дані нечитабельними для будь-кого без правильного «ключа», гарантуючи, що лише уповноважені сторони можуть отримати доступ до них або змінити їх. Це захищає цілісність і конфіденційність блокчейну та його транзакцій.

На практиці це означає: кожна транзакція в блокчейні шифрується, підписується і перевіряється всіма учасниками мережі без потреби довіряти один одному.

Підтримка безпеки учасників і транзакцій, а також захист від подвійних витрат є основним завданням криптографії. Вона гарантує, що транзакції в мережі блокчейн є безпечними, оскільки дані можуть бути отримані, прочитані та оброблені лише тими особами, для яких вони призначені.

Як працює криптографія?

Простіше кажучи, криптографія функціонує шляхом шифрування даних за допомогою спеціальних методів шифрування. Відкритий текст перетворюється на зашифрований текст, який можуть прочитати та зрозуміти лише ті, хто має правильний ключ. Це перетворення здійснюється за допомогою криптографічного алгоритму. Існує два основних типи шифрування: симетричне шифрування та асиметричне шифрування . Обидва методи призначені для захисту даних від несанкціонованого доступу, як під час передачі, так і під час зберігання.

Процес шифрування починається з відкритого тексту, який користувач хоче безпечно передати. За допомогою алгоритму та ключа цей текст перетворюється на зашифрований текст. Ключ діє як тип пароля, необхідний як для шифрування, так і для дешифрування. Стійкість шифрування залежить від складності алгоритму та довжини ключа.

Термін: Криптографія — спосіб кодування інформації так, щоб її міг прочитати лише той, хто має відповідний ключ.

Слово «криптографія» походить від двох грецьких термінів: «криптос», що означає «прихований», і “графейн”, що означає «писати».

Основні висновки:

• Криптографія забезпечує безпечну передачу та збереження даних у блокчейні.
• Це основа довіри в децентралізованих системах.

Хеш-функції: цифрові відбитки даних

У блокчейні хеш-функція – це криптографічний алгоритм, який перетворює вхідні дані (наприклад, деталі транзакції або вміст блоку) в рядок символів фіксованого розміру, відомий як хеш. Цей хеш діє як унікальний відбиток для вхідних даних. Він детермінований (однакові вхідні дані завжди дають однаковий вихід), незворотній (ви не можете відновити початкові вхідні дані з хешу) і стійкий до колізій (вкрай малоймовірно знайти два різних вхідних дані з однаковим хешем).

Блокчейн використовує SHA-256 — надійний алгоритм хешування, який гарантує, що одна й та сама інформація завжди дає однаковий результат, але змінити її назад неможливо.

🔹 Як це працює:

• Ви передаєте транзакцію в мережу.
• Її хеш обчислюється та додається до блоку.
• Будь-яка зміна в даних → змінює хеш → блок стає недійсним якщо хтось захоче підробити дані.

Термін:SHA-256 (Secure Hash Algorithm) — хеш-функція, яка використовується у Bitcoin, забезпечує захист структури блокчейну.

Ось як хеш-функції використовуються в блокчейні:

• Цілісність даних:
  Хеші використовуються для перевірки того, що дані в блоці не були підроблені. Будь-яка зміна даних, навіть незначна, призведе до зміни хешу.
• Зв’язування блоків:
  Кожен блок в блокчейні містить хеш попереднього блоку. Це створює ланцюжок блоків, де цілісність кожного блоку пов’язана з блоками перед ним.
• Майнінг (в Proof-of-Work):
  У деяких блокчейнах (наприклад, Bitcoin) майнери вирішують складну обчислювальну задачу, знаходячи хеш, який відповідає певним критеріям. Цей процес захищає мережу і підтверджує нові транзакції.
• Ефективний пошук даних:
  Хеші можна використовувати для швидкого пошуку та вилучення даних у блокчейні (наприклад у Etherscan).
• Механізми консенсусу:
  Хеш-функції є невід’ємною частиною підтримки консенсусу між різними вузлами децентралізованої мережі блокчейн.

По суті, хеш-функції є фундаментальними будівельними блоками безпеки та цілісності даних блокчейну. Вони дозволяють створити незмінний, безпечний та ефективний розподілений реєстр.

Основні висновки:

• Хеш-функції гарантують цілісність даних.
• Неможливо відновити початкову інформацію з хешу.

Цифрові підписи: підтвердження авторства транзакцій

У блокчейні цифровий підпис – це криптографічний метод, який використовується для перевірки автентичності та цілісності транзакцій і даних. Це як цифровий відбиток пальця, який гарантує, що транзакція дійсна і не була підроблена і дозволяє довести, що транзакцію створив саме її автор.

Він спирається на криптографію з відкритим ключем, де користувач має приватний ключ (секретний) і відповідний йому публічний ключ (спільний). Закритий ключ використовується для створення цифрового підпису, а відкритий ключ може бути використаний для перевірки підпису та підтвердження особи відправника і того, що дані не були змінені.

Як це працює в блокчейні:

1. Створення транзакції:
   Коли користувач ініціює транзакцію, він використовує свій приватний ключ для створення цифрового підпису для цієї транзакції.
2. Перевірка підпису:
   Потім мережа блокчейн перевіряє цифровий підпис за допомогою відкритого ключа користувача.
3. Автентифікація та цілісність:
   Якщо підпис дійсний, мережа підтверджує автентичність транзакції і те, що дані не були змінені.

Цифрові підписи мають вирішальне значення для підтримки довіри та безпеки в системах блокчейн, гарантуючи, що тільки законний власник приватного ключа може ініціювати транзакцію і що дані не будуть підроблені.

У більшості блокчейн-систем (Bitcoin, Ethereum) застосовується алгоритм ECDSA (еліптична криптографія).

Термін: ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) — криптографічний алгоритм, що використовується для цифрових підписів у більшості криптовалют.

Основні висновки:

• Підпис гарантує, що транзакцію створив власник гаманця.
• Це виключає можливість підробки.

Приватні та публічні ключі: основа безпеки

В контексті блокчейну публічні та приватні ключі є фундаментальними компонентами криптографії, які забезпечують безпеку транзакцій та управління цифровими активами. Публічні ключі діють як номери банківських рахунків, дозволяючи іншим надсилати вам криптовалюту, тоді як приватні ключі – як паролі, надаючи вам ексклюзивний доступ і контроль над вашими коштами.

Публічний ключ:

Використовується для отримання криптовалюти і перевірки транзакцій. Будь-хто може побачити ваш відкритий ключ, оскільки він використовується для ідентифікації вашого гаманця в блокчейні.

Подібно до номера банківського рахунку або адреси електронної пошти, ви можете вільно ділитися ним для отримання платежів.

Зазвичай публічний ключ отримується з вашого приватного ключа за допомогою одностороннього математичного процесу.

Приватний ключ:

Надає повний контроль і право власності на криптовалюту, пов’язану з вашим публічним ключем. Приватний ключ повинен зберігатися в суворій конфіденційності; передача його будь-кому іншому дасть йому доступ до ваших коштів.

Подібно до пароля або PIN-коду, це єдиний спосіб отримати доступ до вашої криптовалюти та керувати нею.

Генерується вами або програмним забезпеченням вашого гаманця, і ви несете відповідальність за його збереження.

Публічні ключі є похідними від приватних ключів, тобто ваш публічний ключ створюється з вашого приватного ключа.

Термін: Гаманець в блокчейні — це не файл або програма, а пара ключів: приватного (секретного) і публічного (доступного).

Основні висновки:

• Втрата приватного ключа = втрата доступу до криптовалюти.
• Публічний ключ не розкриває секретної інформації.

Шифрування та приватність

Шифрування в блокчейні – це процес перетворення читабельних даних у нечитабельний формат, щоб захистити їх від несанкціонованого доступу. Це має вирішальне значення для збереження конфіденційності та безпеки в блокчейні, гарантуючи, що тільки ті, хто має правильний ключ для розшифрування, можуть отримати доступ до інформації. Конфіденційність у блокчейні – це можливість проводити транзакції та зберігати дані, не розкриваючи особи учасників або деталі транзакцій.

Більшість відкритих блокчейнів (Bitcoin, Ethereum) не шифрують транзакції — вони доступні для перегляду всім. Але з розвитком конфіденційності з’явились технології:

🔹 Zero-Knowledge Proofs (ZKP)

Це метод, який дозволяє довести, що ви щось знаєте (наприклад, баланс на гаманці), не розкриваючи саму інформацію.

🔹 Приклади застосування:

• Zcash — повне шифрування відправника, отримувача та суми.
• zkSync, Starknet — застосовують ZKP для приватності та масштабування.

Термін: ZKP (Zero-Knowledge Proof) — криптографічна технологія, яка дозволяє довести факт без розкриття деталей.

Основні висновки:

• Звичайні блокчейни — відкриті, але не приватні.
• Шифрування — важливий компонент Web3 для захисту особистих даних.

Як усе це працює разом

Ось як криптографічні елементи взаємодіють у блокчейні:

Основні висновки:

• Блокчейн — це більше, ніж база даних: він базується на криптографії.
• Саме поєднання механізмів гарантує його надійність.

Висновок

Криптографія є ядром безпеки блокчейну. Вона:

• Забезпечує незмінність даних (через хеші),
• Гарантує автентичність транзакцій (через цифрові підписи),
• Захищає активи користувача (через пару ключів),
• І дає змогу зберігати приватність (через шифрування та ZKP).

Без неї блокчейн не міг би існувати як децентралізована і захищена система.

Список використаних джерел:

• geeksforgeeks.org
• investopedia.com
• cfte.education
• bitcoinwiki.org
• bitpanda.com