Blockchainy jsou zabezpečeny různými mechanismy, včetně pokročilých kryptografických technik a matematických modelů chování a rozhodování. Technologie blockchain je základní strukturou většiny kryptoměnových systémů a zabraňuje duplikaci nebo zničení tohoto typu digitální měny.

Využití technologie blockchain se zkoumá i v jiných oblastech, kde jsou neměnnost a bezpečnost dat extrémně cenné. Mezi příklady patří zaznamenávání a sledování charitativních darů, lékařských databází a řízení dodavatelského řetězce (sledovatelnost).

Zabezpečení blockchainu však zdaleka není jednoduché téma. Proto je důležité porozumět základním konceptům a mechanismům, které zajišťují účinnou ochranu těchto inovativních systémů.

Koncepty neměnnosti a konsensu

Ačkoli existuje mnoho funkcí, které hrají roli v bezpečnosti spojené s blockchainem, dva z nejdůležitějších jsou koncepty konsensu a neměnnosti. Konsensus se týká schopnosti uzlů v rámci distribuované blockchainové sítě dohodnout se na skutečném stavu sítě a platnosti transakcí. Obecně platí, že proces dosažení konsensu závisí na tzv. konsensuálních algoritmech.

Na druhé straně neměnnost se týká schopnosti blockchainů zabránit změně již potvrzených transakcí. Ačkoli tyto transakce často zahrnují převod kryptoměn, mohou se také týkat zaznamenávání jiných forem nepeněžních digitálních dat.

Kombinace konsenzu a neměnnosti tvoří rámec pro bezpečnost dat v rámci blockchainových sítí. Přestože konsenzuální algoritmy zajišťují dodržování systémových pravidel a shodu všech zúčastněných stran na aktuálním stavu sítě, neměnnost zajišťuje integritu dat a transakčních záznamů po potvrzení platnosti každého nového datového bloku.

Role kryptografie v bezpečnosti blockchainu

Blockchainy se z velké části spoléhají na kryptografii, aby zajistily bezpečnost svých dat. Mimořádně důležitou kryptografickou funkcí v takovém kontextu je hašování. Hašování je proces, při kterém algoritmus zvaný hašovací funkce přijímá vstupní data (jakékoli velikosti) a vrací určený výstup obsahující hodnotu pevné délky.

Bez ohledu na to, jak velký je vstup, výstup bude vždy stejně dlouhý. Pokud se změní vstup, výstup bude úplně jiný. Pokud se však vstup nezmění, výsledný hash bude vždy stejný, bez ohledu na to, kolikrát hashovací funkci spustíte.

V blockchainech se tyto výstupní hodnoty, nazývané hashe, používají jako jedinečné identifikátory pro bloky dat. Hash každého bloku je generován relativně k hash předchozího bloku, a to je to, co spojuje bloky dohromady, čímž tvoří řetězec bloků. Navíc bloková hash závisí na datech obsažených v tomto bloku, což znamená, že jakékoli změny dat budou vyžadovat také změnu blokové hashe.

Proto je hash každého bloku generován na základě dat obsažených v tomto bloku a hash předchozího bloku. Tyto hash identifikátory hrají klíčovou roli v bezpečnosti a neměnnosti blockchainů.

Hash je také využíván konsensuálními algoritmy používanými k ověřování transakcí. Například na bitcoinovém blockchainu používá algoritmus Proof of Work (PoW) používaný k dosažení konsenzu a těžbě nových coinů hashovací funkci nazvanou SHA-256. Jak název napovídá, SHA-256 přijímá datový vstup a vrací 256bitový nebo 64znakový hash.

Kromě zajištění ochrany transakčních záznamů na účetních knihách hraje kryptografie roli také v zabezpečení peněženek používaných k ukládání jednotek kryptoměny. Spojené veřejné a soukromé klíče, které umožňují uživatelům přijímat a odesílat platby, jsou pak vytvořeny pomocí veřejného klíče nebo asymetrické kryptografie. Soukromé klíče umožňují generování digitálních podpisů pro transakce, což pomáhá ověřit vlastnictví odesílaných mincí.

I když tato specifika přesahují rámec tohoto článku, povaha asymetrické kryptografie brání jakémukoli jinému držiteli než držiteli soukromého klíče v přístupu k prostředkům uloženým v kryptoměnové peněžence, čímž jsou tyto prostředky v bezpečí, dokud se vlastník nerozhodne je utratit za cokoliv (např. pokud klíč není sdílen nebo kompromitován).

Kryptoekonomie

Kromě kryptografie hraje roli v udržování bezpečnosti blockchainových sítí také relativně nový koncept zvaný kryptoekonomie. Souvisí se studijním oborem zvaným teorie her, který matematicky modeluje rozhodování racionálních aktérů v situacích s předem definovanými pravidly a odměnami. Zatímco tradiční teorii her lze široce aplikovat na velké množství případů, kryptoekonomie specificky modeluje a popisuje chování uzlů na distribuovaných blockchain systémech.

Stručně řečeno, kryptoekonomie je studium ekonomiky v rámci blockchainových protokolů a možných výsledků, které jejich model může přinést na základě chování jeho účastníků. Zabezpečení prostřednictvím kryptoekonomie je založeno na představě, že blockchainové systémy poskytují větší pobídky pro uzly, aby jednaly čestně, než aby se zapojovaly do škodlivého nebo nesprávného chování. Dobrým příkladem této motivační struktury je opět konsenzuální algoritmus Proof of Work používaný při těžbě bitcoinů.

Když Satoshi Nakamoto vytvořil rámec pro těžbu bitcoinů, záměrně jej navrhl jako nákladný proces náročný na zdroje. Vzhledem ke své složitosti a výpočetním nárokům zahrnuje těžba PoW značné finanční a časové investice bez ohledu na umístění a umístění těžebního uzlu. Taková struktura proto silně odrazuje od škodlivých činností a významně podněcuje k poctivé těžařské činnosti. Nepoctivé nebo neefektivní uzly budou rychle vyhozeny z blockchainové sítě, zatímco poctiví a efektivní těžaři budou mít možnost získat velké blokové odměny.

Kromě toho tato rovnováha rizik a výhod také chrání před potenciálními útoky, které by mohly ohrozit konsenzus tím, že by většinový hash rate blockchainové sítě vložil do rukou jediné skupiny nebo subjektu. Takové útoky, nazývané 51% útoky, by mohly být extrémně škodlivé, pokud by byly úspěšně provedeny. Ale vzhledem ke konkurenceschopnosti těžby Proof of Work a rozsahu bitcoinové sítě je pravděpodobnost, že by zlomyslný aktér ovládl většinu uzlů, extrémně minimální.

Kromě toho by náklady na výpočetní výkon potřebné k získání 51% kontroly nad tak velkou blockchainovou sítí byly astronomické, což okamžitě odrazuje od takové investice za relativně malou potenciální odměnu. Tento aspekt zdůrazňuje charakteristiku blockchainů známou jako „problém byzantských generálů“ nebo byzantská odolnost proti chybám (BFT), což je v podstatě schopnost distribuovaného systému pokračovat v normálním fungování, i když jsou některé jeho uzly kompromitovány nebo jednat zlomyslně.

Dokud náklady na vytvoření většiny škodlivých uzlů zůstanou neúměrné a budou existovat lepší pobídky pro poctivou činnost, systém bude schopen prosperovat bez výrazného narušení. Je však třeba poznamenat, že menší blockchainové sítě jsou určitě náchylnější k většinovým útokům, protože celkový hash rate věnovaný těmto systémům je podstatně nižší než u bitcoinu.

Na závěr

Díky kombinovanému použití teorie her a kryptografie jsou blockchainy schopny dosáhnout vysoké úrovně bezpečnosti jako distribuované systémy. Stejně jako u téměř všech systémů je však nezbytné, aby tyto dvě oblasti odbornosti byly řádně integrovány. Křehká rovnováha mezi decentralizací a bezpečností je skutečně nezbytná pro vytvoření spolehlivé a efektivní sítě kryptoměn.

Vzhledem k tomu, že se využití blockchainu neustále vyvíjí, jejich bezpečnostní systémy se také přizpůsobí potřebám různých použití. Soukromé blockchainy vyvíjené pro podniky se například mnohem více spoléhají na zabezpečení prostřednictvím řízení přístupu než na mechanismy teorie her (nebo kryptoekonomie), které jsou nezbytné pro bezpečnost většiny veřejných blockchainů.