Blockchainy są zabezpieczane przy użyciu różnorodnych mechanizmów, które obejmują zaawansowane techniki kryptograficzne oraz matematyczne modele zachowań i podejmowania decyzji. Technologia Blockchain stanowi podstawową strukturę większości systemów kryptowalut i zapobiega duplikowaniu lub zniszczeniu tego rodzaju cyfrowych pieniędzy.

Zastosowanie technologii blockchain jest również badane w innych obszarach, w których niezmienność i bezpieczeństwo danych mają ogromne znaczenie. Przykładami mogą być rejestracja i śledzenie darowizn na cele charytatywne, bazy danych medycznych i zarządzanie łańcuchem dostaw.

Jednak bezpieczeństwo technologii blockchain nie jest prostym tematem. Dlatego też istotne jest zrozumienie podstawowych koncepcji i mechanizmów, które zapewniają niezawodną ochronę tych innowacyjnych systemów.


Koncepcja niezmienności i konsensusu

Chociaż wiele funkcji odgrywa ważną rolę w bezpieczeństwie technologii blockchain, dwie najważniejsze to koncepcje konsensusu i niezmienności. Konsensus odnosi się do zdolności węzłów w rozproszonej sieci blockchain do uzgodnienia rzeczywistego stanu sieci i ważności transakcji. Zazwyczaj proces osiągania konsensusu opiera się na tzw. algorytmach konsensusu.

Z drugiej strony niezmienność odnosi się do zdolności łańcucha bloków do zapobiegania zmianom już potwierdzonych transakcji. Choć transakcje te często wiążą się z transferem kryptowalut, mogą również wiązać się z rejestrowaniem innych, mniej bezpiecznych form danych cyfrowych.

Połączenie konsensusu i niezmienności stanowi podstawę bezpieczeństwa danych w blockchainie. Podczas gdy algorytmy konsensusu zapewniają przestrzeganie zasad systemu i akceptację przez wszystkie uczestniczące strony bieżącego stanu sieci, niezmienność zapewnia integralność danych i zarejestrowanych transakcji po potwierdzeniu poprawności każdego nowego bloku.


Rola kryptografii w bezpieczeństwie łańcucha bloków

W celu zapewnienia bezpieczeństwa danych technologie blockchain w dużym stopniu opierają się na kryptografii. Jedną z funkcji kryptograficznych, która jest niezwykle istotna w tym kontekście, jest hashowanie. Haszowanie to proces, w którym algorytm znany jako funkcja haszująca przyjmuje dane wejściowe (dowolnego rozmiaru) i zwraca określony wynik zawierający wartość o ustalonej długości.

Niezależnie od rozmiaru danych wejściowych, długość danych wyjściowych będzie zawsze taka sama. Jeżeli dane wejściowe ulegną zmianie, dane wyjściowe będą zupełnie inne. Jeśli jednak dane wejściowe nie ulegną zmianie, wynikowy skrót zawsze będzie taki sam, bez względu na to, ile razy uruchomisz funkcję skrótu.

W łańcuchach bloków wartość wyjściowa nazywana jest skrótem i służy jako unikalny identyfikator bloku danych. Skrót każdego bloku jest generowany w odniesieniu do skrótu poprzedniego bloku i to on łączy je ze sobą, tworząc łańcuch bloków. Co więcej, skrót bloku zależy od danych zawartych w tym bloku, co oznacza, że ​​jakakolwiek zmiana danych będzie wymagała zmiany skrótu tego bloku.

Dlatego skrót każdego bloku jest generowany na podstawie danych zawartych w tym bloku i skrótu poprzedniego bloku. Te identyfikatory skrótu odgrywają ważną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa i niezmienności łańcucha bloków.

Hashowanie jest również stosowane w algorytmach konsensusu służących do weryfikacji transakcji. Na przykład w blockchainie Bitcoina algorytm Proof of Work (PoW) używany do osiągania konsensusu i wydobywania nowych monet korzysta z funkcji skrótu SHA-256. Jak sama nazwa wskazuje, algorytm SHA-256 akceptuje i zwraca dane w postaci skrótu 256-bitowego lub 64-znakowego.

Kryptografia nie tylko zabezpiecza i rejestruje transakcje w księgach rachunkowych, ale również zapewnia bezpieczeństwo portfeli służących do przechowywania jednostek kryptowaluty. Parzyste klucze publiczny i prywatny, które odpowiednio umożliwiają użytkownikom odbieranie i wysyłanie płatności, są tworzone przy użyciu szyfrowania asymetrycznego, czyli kryptografii klucza publicznego. Klucze publiczne służą do generowania podpisów cyfrowych dla transakcji, umożliwiając uwierzytelnienie własności wysyłanych monet.

Chociaż szczegóły wykraczają poza zakres tego artykułu, natura kryptografii asymetrycznej uniemożliwia dostęp do środków przechowywanych w portfelu kryptowalutowym komukolwiek innemu niż właściciel klucza prywatnego, dzięki czemu środki te są bezpieczne, dopóki właściciel nie zdecyduje się ich wydać (pod warunkiem, że klucz prywatny nie jest udostępniany ani naruszony).


Kryptoekonomia

Oprócz kryptografii, stosunkowo nowa koncepcja znana jako kryptoekonomia również odgrywa ważną rolę w utrzymaniu bezpieczeństwa sieci blockchain. Jest to związane z dziedziną nauki znaną jako teoria gier, która zajmuje się modelowaniem matematycznym sposobu, w jaki uczestnicy podejmują racjonalne decyzje w różnych sytuacjach, przy ustalonych z góry zasadach i nagrodach. Podczas gdy tradycyjną teorię gier można w wielu przypadkach szeroko stosować, kryptoekonomia zajmuje się w szczególności modelowaniem i opisem zachowań węzłów w rozproszonych systemach blockchain.

Krótko mówiąc, kryptoekonomia to nauka zajmująca się ekonomiką protokołów blockchain i możliwymi wynikami, jakie mogą one przynieść w oparciu o zachowania ich uczestników. Bezpieczeństwo kryptoekonomii opiera się na założeniu, że systemy blockchain zapewniają węzłom więcej zachęt do uczciwego działania niż do złośliwego lub błędnego zachowania. Dobrym przykładem takiej struktury zachęt jest algorytm konsensusu Proof of Work używany w wydobywaniu bitcoinów.

Kiedy Satoshi Nakamoto tworzył platformę do wydobywania bitcoinów, zakładał, że będzie to proces kosztowny i wymagający dużych zasobów. Ze względu na swoją złożoność i wymagania obliczeniowe, wydobywanie kryptowalut PoW wymaga znacznych nakładów finansowych i czasowych, niezależnie od tego, gdzie i w jaki sposób zlokalizowany jest węzeł wydobywczy. Taka struktura skutecznie odstrasza przed szkodliwą działalnością i stanowi istotną zachętę do uczciwego wydobywania kryptowalut. Nieuczciwe lub nieefektywne węzły zostaną szybko usunięte z sieci blockchain, podczas gdy uczciwi i wydajni górnicy mogą otrzymać znaczne nagrody za bloki.

Podobnie, taka równowaga między ryzykiem i korzyściami zapewnia również ochronę przed potencjalnymi atakami, które mogłyby podważyć cały konsensus, umieszczając większość mocy obliczeniowej sieci blockchain w rękach jednej grupy lub podmiotu. Tego typu ataki, znane także jako ataki 51%, mogą być niezwykle niszczycielskie, jeśli zostaną skutecznie przeprowadzone. Biorąc pod uwagę konkurencyjność algorytmu Proof of Work i rozmiar sieci Bitcoin, prawdopodobieństwo, że atakujący przejmie kontrolę nad większością węzłów, jest niezwykle niskie.

Ponadto koszt mocy obliczeniowej niezbędnej do osiągnięcia 51% kontroli nad ogromną siecią blockchain byłby astronomiczny, co natychmiast zniechęciłoby do tak dużej inwestycji w zamian za stosunkowo niewielki potencjalny zysk. Fakt ten przyczynia się do powstania jednej z cech technologii blockchain znanej jako odporność na błędy byzantynowe (BFT), co w zasadzie oznacza zdolność rozproszonego systemu do kontynuowania normalnej pracy, nawet jeśli niektóre węzły zostaną naruszone lub będą działać złośliwie.

Dopóki koszty tworzenia większości złośliwych węzłów pozostaną zaporowe i będą istniały lepsze zachęty do uczciwej działalności, system będzie mógł się rozwijać bez większych zakłóceń. Warto jednak zauważyć, że małe sieci blockchain są z pewnością podatne na większość ataków, ponieważ ogólna szybkość hashowania tych systemów jest znacznie niższa niż w przypadku Bitcoina.


Wniosek

Łącząc teorię gier i kryptografię, blockchainy mogą zapewnić wysoki poziom bezpieczeństwa w systemach rozproszonych. Jednak, jak w przypadku większości systemów, bardzo ważne jest, aby prawidłowo stosować te dwie dziedziny wiedzy. Zachowanie ostrożnej równowagi między decentralizacją a bezpieczeństwem jest kluczowe dla zbudowania solidnej i wydajnej sieci kryptowalut.

W miarę jak technologia blockchain staje się coraz bardziej powszechna, zmieniają się również systemy bezpieczeństwa, aby sprostać potrzebom różnych zastosowań. Na przykład prywatne blockchainy, które są obecnie opracowywane na potrzeby przedsiębiorstw komercyjnych, opierają się bardziej na bezpieczeństwie poprzez kontrolę dostępu niż na mechanizmach teorii gier (lub kryptoekonomii) wymaganych do zabezpieczenia większości publicznych blockchainów.