Blokķēdes tiek nodrošinātas ar dažādām mehānismiem, kas ietver progresīvas kriptogrāfiskas tehnikas un uzvedības un lēmumu pieņemšanas matemātiskos modeļus. Blokķēdes tehnoloģija ir lielākās daļas kriptovalūtu sistēmu pamatstruktūra un ir tas, kas novērš šāda veida digitālās naudas dublēšanu vai iznīcināšanu.

Blokķēdes tehnoloģijas izmantošana tiek izpētīta arī citos kontekstos, kur datu nemaināmība un drošība ir ļoti vērtīgas. Daži piemēri ietver labdarības ziedojumu ierakstīšanu un izsekošanu, medicīnas datu bāzes un piegādes ķēdes pārvaldību.

Tomēr blokķēdes drošība ir tālu no vienkāršas tēmas. Tāpēc ir svarīgi saprast pamata jēdzienus un mehānismus, kas nodrošina robustu aizsardzību šīm inovatīvajām sistēmām.


Nemaināmības un konsensa jēdzieni

Lai gan daudzām iezīmēm ir loma blokķēdes drošībā, divi no vissvarīgākajiem ir konsensa un nemaināmības jēdzieni. Konsenss attiecas uz mezglu spēju izplatītajā blokķēdes tīklā vienoties par patieso tīkla stāvokli un par darījumu derīgumu. Parasti konsensa sasniegšanas process ir atkarīgs no tā sauktajiem konsensa algoritmiem.

Nemaināmība, no otras puses, attiecas uz blokķēdes spēju novērst darījumu, kas jau ir apstiprināti, izmaiņas. Lai gan šie darījumi bieži attiecas uz kriptovalūtu pārskaitījumiem, tie var attiekties arī uz citu nefinanšu digitālo datu ierakstiem.

Kopā konsenss un nemaināmība nodrošina datu drošības ietvaru blokķēdes tīklos. Kamēr konsensa algoritmi nodrošina, ka sistēmas noteikumi tiek ievēroti un ka visas iesaistītās puses piekrīt pašreizējai tīkla stāvoklim - nemaināmība garantē datu un darījumu ierakstu integritāti pēc katra jaunā datu bloka apstiprināšanas par derīgu.


Kriptogrāfijas loma blokķēdes drošībā

Blokķēdes lielā mērā paļaujas uz kriptogrāfiju, lai sasniegtu datu drošību. Šajā kontekstā tā sauktās kriptogrāfiskās hash funkcijas ir fundamentāli svarīgas. Hashing ir process, kurā algoritms (hash funkcija) saņem datu ievadi jebkurā izmērā un atgriež izvadi (hash), kas satur paredzamu un fiksētu izmēru (vai garumu).

Neatkarīgi no ievades izmēra, izvade vienmēr būs tāda paša garuma. Bet, ja ievade mainās, izvade būs pilnīgi atšķirīga. Tomēr, ja ievade nemainās, iegūtais hash vienmēr būs tāds pats - neatkarīgi no tā, cik reižu jūs palaižat hash funkciju.

Blokķēdēs šie izejas vērtības, ko sauc par hash, tiek izmantoti kā unikāli identifikatori datu blokiem. Katras blokā iekļautā hash tiek ģenerēta attiecībā uz iepriekšējā bloka hash, un tas ir tas, kas rada saistītu bloku ķēdi. Bloka hash ir atkarīgs no tajā blokā iekļautajiem datiem, kas nozīmē, ka jebkura izmaiņa datā prasīs izmaiņas bloka hash.

Tādējādi katra bloka hash tiek ģenerēta, pamatojoties gan uz tajā blokā iekļautajiem datiem, gan uz iepriekšējā bloka hash. Šie hash identifikatori spēlē nozīmīgu lomu blokķēdes drošības un nemaināmības nodrošināšanā.

Hashing tiek izmantots arī konsensa algoritmos, kas tiek izmantoti darījumu validēšanai. Piemēram, Bitcoin blokķēdē Pierādījuma par darbu (PoW) algoritms izmanto hash funkciju, ko sauc par SHA-256. Kā norāda nosaukums, SHA-256 ņem datu ievadi un atgriež hash, kas ir 256 biti vai 64 rakstzīmes garš.

Papildus aizsardzības nodrošināšanai darījumu ierakstiem grāmatās, kriptogrāfija arī spēlē lomu, nodrošinot maku drošību, ko izmanto kriptovalūtu vienību uzglabāšanai. Pāra publiskās un privātās atslēgas, kas attiecīgi ļauj lietotājiem saņemt un nosūtīt maksājumus, tiek izveidotas, izmantojot asimetrisko vai publiskās atslēgas kriptogrāfiju. Privātās atslēgas tiek izmantotas, lai ģenerētu digitālos parakstus darījumiem, padarot iespējamu autentificēt īpašumtiesības uz nosūtītajiem monētām.

Lai arī konkrētie aspekti pārsniedz šī raksta ietvaru, asimetriskās kriptogrāfijas daba novērš ikviena cita kā privātā atslēga turētāja piekļuvi līdzekļiem, kas glabājas kriptovalūtas makā, tādējādi saglabājot šos līdzekļus drošībā līdz īpašnieks nolemj tos iztērēt (kamēr privātā atslēga netiek koplietota vai apdraudēta).


Kriptoekonomika

Papildus kriptogrāfijai, salīdzinoši jauns jēdziens, ko sauc par kriptoekonomiku, arī spēlē lomu blokķēdes tīklu drošības nodrošināšanā. Tas ir saistīts ar studiju jomu, ko sauc par spēļu teoriju, kas matemātiski modelē lēmumu pieņemšanu racionāliem dalībniekiem situācijās ar iepriekš noteiktiem noteikumiem un atlīdzībām. Lai gan tradicionālo spēļu teoriju var plaši pielietot dažādās situācijās, kriptoekonomika īpaši modelē un apraksta mezglu uzvedību izplatītajos blokķēdes sistemas.

Īsumā, kriptoekonomika ir pētījums par ekonomiku blokķēdes protokolos un iespējamajiem rezultātiem, ko to dizains var piedāvāt, pamatojoties uz dalībnieku uzvedību. Drošība, ko nodrošina kriptoekonomika, balstās uz uzskatu, ka blokķēdes sistēmas nodrošina lielākus stimulus mezgliem rīkoties godīgi, nevis pieņemt ļaunprātīgu vai neefektīvu uzvedību. Vēlreiz, pierādījuma par darbu konsensa algoritms, kas tiek izmantots Bitcoin ieguvē, piedāvā labu šo stimulu struktūras piemēru.

Kad Satoshi Nakamoto izveidoja Bitcoin ieguves ietvaru, tas tika apzināti izstrādāts kā dārgs un resursu prasīgs process. Ņemot vērā tā sarežģītību un aprēķinu prasības, PoW ieguve ietver ievērojamu naudas un laika ieguldījumu - neatkarīgi no tā, kur un kas ir ieguves mezgls. Tādējādi šāda struktūra sniedz spēcīgu atturējošu faktoru ļaunprātīgai darbībai un nozīmīgus stimulus godīgai ieguves darbībai. Negodīgi vai neefektīvi mezgli tiks ātri izslēgti no blokķēdes tīkla, kamēr godīgie un efektīvie ieguvēji varēs saņemt ievērojamas bloku atlīdzības.

Līdzīgi, šis risku un atlīdzību līdzsvars arī nodrošina aizsardzību pret potenciālajiem uzbrukumiem, kas varētu apdraudēt konsensu, novirzot lielāko daļu hash likmes blokķēdes tīklā uz vienas grupas vai entitātes rokām. Šādi uzbrukumi, ko sauc par 51 procentu uzbrukumiem, varētu būt ārkārtīgi kaitīgi, ja tie tiktu veikti veiksmīgi. Ņemot vērā Pierādījuma par darbu ieguves konkurenci un Bitcoin tīkla apjomu, ļaunprātīga dalībnieka kontrole pār lielāko daļu mezglu ir ārkārtīgi minimāla.

Turklāt, lai iegūtu 51 procentu kontroli pār lielu blokķēdes tīklu, nepieciešamā aprēķinu jauda būtu astronomiska, radot tūlītēju atturējošu faktoru veikt šādu lielu ieguldījumu salīdzinoši nelielai potenciālai atlīdzībai. Šis fakts veicina blokķēdēm raksturīgo īpašību, ko sauc par Bizantijas kļūdu toleranci (BFT), kas būtībā ir izplatītas sistēmas spēja turpināt normāli darboties, pat ja daži mezgli kļūst apdraudēti vai rīkojas ļaunprātīgi.

Kamēr ļaunprātīgu mezglu izveidošanas izmaksas paliek nepieejamas un pastāv labāki stimuli godīgai darbībai, sistēma varēs attīstīties bez nozīmīgām traucējumiem. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka mazie blokķēdes tīkli noteikti ir pakļauti lieluma uzbrukumiem, jo kopējā hash likme, kas veltīta šīm sistēmām, ir ievērojami zemāka nekā Bitcoin.


Noslēguma domas

Apvienojot spēļu teoriju un kriptogrāfiju, blokķēdes spēj sasniegt augstu drošības līmeni kā izplatītas sistēmas. Tomēr kā ar gandrīz visām sistēmām, ir kritiski svarīgi, lai šīs divas zināšanu jomas tiktu pareizi pielietotas. Rūpīga līdzsvara uzturēšana starp decentralizāciju un drošību ir vitāli svarīga, lai izveidotu uzticamu un efektīvu kriptovalūtu tīklu.

Kā blokķēdes izmantošana turpina attīstīties, to drošības sistēmas arī mainīsies, lai apmierinātu dažādu lietojumu vajadzības. Piemēram, tagad izstrādātās privātās blokķēdes uzņēmējdarbības jomā paļaujas daudz vairāk uz drošību, ko nodrošina piekļuves kontrole, nevis uz spēļu teorijas mehānismiem (vai kriptoekonomiku), kas ir neatņemami lielākās daļas publisko blokķēžu drošībai.