Blokķēdes tiek nodrošinātas ar dažādiem mehānismiem, tostarp uzlabotām kriptogrāfijas metodēm un uzvedības un lēmumu pieņemšanas matemātiskajiem modeļiem. Blockchain tehnoloģija ir vairuma kriptovalūtu sistēmu pamatstruktūra un novērš šāda veida digitālās valūtas dublēšanos vai iznīcināšanu.
Blokķēdes tehnoloģijas izmantošana tiek pētīta arī citās jomās, kur datu nemainīgums un drošība ir ārkārtīgi vērtīgi. Daži piemēri ietver labdarības ziedojumu reģistrēšanu un izsekošanu, medicīniskās datu bāzes un piegādes ķēdes pārvaldību (izsekojamību).
Tomēr blokķēdes drošība nebūt nav vienkārša tēma. Tāpēc ir svarīgi izprast pamatjēdzienus un mehānismus, kas nodrošina šo inovatīvo sistēmu efektīvu aizsardzību.
Nemainības un vienprātības jēdzieni
Lai gan ir daudzas funkcijas, kas ietekmē drošību, kas saistīta ar blokķēdi, divas no vissvarīgākajām ir vienprātības un nemainīguma jēdzieni. Vienprātība attiecas uz mezglu spēju sadalītā blokķēdes tīklā vienoties par patieso tīkla stāvokli un darījumu derīgumu. Parasti vienprātības panākšanas process ir atkarīgs no tā sauktajiem konsensa algoritmiem.
No otras puses, nemainīgums attiecas uz blokķēžu spēju novērst jau apstiprinātu darījumu izmaiņas. Lai gan šie darījumi bieži ir saistīti ar kriptovalūtu pārsūtīšanu, tie var attiekties arī uz cita veida nemonetāru digitālo datu ierakstīšanu.
Vienprātības un nemainīguma kombinācija veido datu drošības sistēmu blokķēdes tīklos. Lai gan konsensa algoritmi nodrošina sistēmas noteikumu ievērošanu un visas iesaistītās puses vienojas par pašreizējo tīkla stāvokli, nemainīgums nodrošina datu un darījumu ierakstu integritāti pēc katra jauna datu bloka derīguma apstiprināšanas.
Kriptogrāfijas loma blokķēdes drošībā
Blokķēdes lielā mērā paļaujas uz kriptogrāfiju, lai nodrošinātu savu datu drošību. Ļoti svarīga kriptogrāfijas funkcija šādā kontekstā ir jaukšana. Jaukšana ir process, kurā algoritms, ko sauc par jaukšanas funkciju, saņem datu ievadi (jebkura lieluma) un atgriež noteiktu izvadi ar fiksēta garuma vērtību.
Neatkarīgi no tā, cik liela ir ievade, izvade vienmēr būs vienāda garuma. Ja ieeja mainās, izvade būs pilnīgi atšķirīga. Tomēr, ja ievade nemainās, iegūtais jauktais vienmēr būs vienāds neatkarīgi no tā, cik reižu palaižat jaucējfunkciju.
Blokķēdēs šīs izvades vērtības, ko sauc par jaukšanu, tiek izmantotas kā unikāli identifikatori datu blokiem. Katra bloka jaucējvārds tiek ģenerēts attiecībā pret iepriekšējā bloka jaucējvārdu, un tas ir tas, kas savieno blokus kopā, tādējādi veidojot bloku ķēdi. Turklāt bloka jaucējfunkcija ir atkarīga no šajā blokā esošajiem datiem, kas nozīmē, ka jebkurām datu izmaiņām būs jāmaina arī bloka jaucējfunkcija.
Tāpēc katra bloka jaucējvārds tiek ģenerēts, pamatojoties uz šajā blokā ietvertajiem datiem un iepriekšējā bloka jaucējvārdu. Šiem hash identifikatoriem ir galvenā loma blokķēžu drošībā un nemainīgumā.
Jaucējfunkciju izmanto arī konsensa algoritmi, ko izmanto darījumu apstiprināšanai. Piemēram, Bitcoin blokķēdē Proof of Work (PoW) algoritms, ko izmanto, lai panāktu vienprātību un iegūtu jaunas monētas, izmanto jaucējfunkciju, ko sauc par SHA-256. Kā norāda nosaukums, SHA-256 ņem datu ievadi un atgriež 256 bitu vai 64 rakstzīmju jaucējkodu.
Papildus darījumu ierakstu aizsardzības nodrošināšanai virsgrāmatās kriptogrāfijai ir arī nozīme kriptovalūtas vienību glabāšanai izmantoto maku drošībā. Pārī savienotās publiskās un privātās atslēgas, kas attiecīgi ļauj lietotājiem saņemt un nosūtīt maksājumus, tiek izveidotas, izmantojot publisko atslēgu vai asimetrisko kriptogrāfiju. Privātās atslēgas ļauj ģenerēt ciparparakstus darījumiem, kas palīdz autentificēt sūtīto monētu īpašumtiesības.
Lai gan šī specifika ir ārpus šī raksta darbības jomas, asimetriskas kriptogrāfijas būtība neļauj nevienam īpašniekam, izņemot privātās atslēgas turētāju, piekļūt kriptovalūtas makā glabātajiem līdzekļiem, tādējādi saglabājot šos līdzekļus drošībā līdz brīdim, kad īpašnieks nolemj tos tērēt (kā kamēr atslēga netiek kopīgota vai apdraudēta).
Kriptoekonomika
Papildus kriptogrāfijai, salīdzinoši jauna koncepcija, ko sauc par kriptoekonomiku, arī spēlē lomu blokķēdes tīklu drošības uzturēšanā. Tas ir saistīts ar studiju jomu, ko sauc par spēļu teoriju, kas matemātiski modelē racionālu dalībnieku lēmumu pieņemšanu situācijās ar iepriekš noteiktiem noteikumiem un atlīdzību. Lai gan tradicionālo spēļu teoriju var plaši pielietot daudzos gadījumos, kriptoekonomika īpaši modelē un apraksta mezglu uzvedību sadalītajās blokķēdes sistēmās.
Rezumējot, kriptoekonomika ir pētījums par ekonomiku blokķēdes protokolos un iespējamos rezultātus, ko to modelis var sniegt, pamatojoties uz tā dalībnieku uzvedību. Drošība, izmantojot kriptoekonomiku, ir balstīta uz priekšstatu, ka blokķēdes sistēmas nodrošina lielāku stimulu mezgliem rīkoties godīgi, nevis iesaistīties ļaunprātīgā vai nepareizā rīcībā. Kārtējo reizi Bitcoin ieguvē izmantotais Proof of Work konsensa algoritms sniedz labu šīs stimulēšanas struktūras piemēru.
Kad Satoshi Nakamoto izveidoja Bitcoin ieguves sistēmu, viņš apzināti to izstrādāja kā dārgu un resursu ietilpīgu procesu. Sarežģītības un skaitļošanas prasību dēļ PoW ieguve ir saistīta ar ievērojamu naudas un laika ieguldījumu neatkarīgi no ieguves mezgla atrašanās vietas un atrašanās vietas. Tāpēc šāda struktūra spēcīgi attur no ļaunprātīgām darbībām un ievērojami stimulē godīgas ieguves darbības. Negodīgi vai neefektīvi mezgli tiks ātri izmesti no blokķēdes tīkla, savukārt godīgiem un efektīviem kalnračiem būs iespēja iegūt lielu bloku atlīdzību.
Turklāt šis risku un ieguvumu līdzsvars pasargā arī no iespējamiem uzbrukumiem, kas varētu apdraudēt vienprātību, nododot blokķēdes tīkla vairākuma jaukšanas ātrumu vienas grupas vai uzņēmuma rokās. Šādi uzbrukumi, ko sauc par 51% uzbrukumiem, var būt ārkārtīgi kaitīgi, ja tie tiek veiksmīgi izpildīti. Taču, ņemot vērā Proof of Work ieguves konkurētspēju un Bitcoin tīkla mērogu, iespēja, ka ļaunprātīgs dalībnieks pārņems kontroli pār lielāko daļu mezglu, ir ārkārtīgi minimāla.
Turklāt izmaksas par skaitļošanas jaudu, kas nepieciešamas, lai iegūtu 51% kontroli pār tik lielu blokķēdes tīklu, būtu astronomiskas, kas nekavējoties attur veikt šādus ieguldījumus par salīdzinoši nelielu iespējamo atlīdzību. Šis aspekts izceļ blokķēžu īpašību, kas pazīstama kā “Bizantijas ģenerāļu problēma” vai Bizantijas kļūdu tolerance (BFT), kas būtībā ir sadalītas sistēmas spēja turpināt normāli darboties pat tad, ja daži tās mezgli ir apdraudēti vai darbojas ļaunprātīgi.
Kamēr lielākās daļas ļaunprātīgo mezglu izveides izmaksas joprojām ir pārmērīgas un ir labāki stimuli godīgai darbībai, sistēma varēs attīstīties bez būtiskiem traucējumiem. Tomēr jāatzīmē, ka mazāki blokķēžu tīkli noteikti ir jutīgāki pret vairākuma uzbrukumiem, jo kopējais šīm sistēmām veltītais jaukšanas ātrums ir ievērojami zemāks nekā Bitcoin.
Secināt
Kombinējot spēļu teoriju un kriptogrāfiju, blokķēdes spēj sasniegt augstu drošības līmeni kā sadalītas sistēmas. Tomēr, tāpat kā gandrīz visās sistēmās, ir svarīgi, lai šīs divas kompetences jomas būtu pareizi integrētas. Delikāts līdzsvars starp decentralizāciju un drošību patiešām ir būtisks, lai izveidotu uzticamu un efektīvu kriptovalūtu tīklu.
Tā kā blokķēdes lietojumi turpina attīstīties, to drošības sistēmas arī pielāgojas dažādu lietojumu vajadzībām. Piemēram, privātās blokķēdes, kas tiek izstrādātas uzņēmumiem, daudz vairāk paļaujas uz drošību, izmantojot piekļuves kontroli, nevis uz spēļu teorijas (vai kriptoekonomikas) mehānismiem, kas ir būtiski vairuma publisko blokķēžu drošībai.