Блокчейн защищен с помощью различных механизмов, в том числе передовых методов криптографии, поведенческих моделей и математического принятия решений. Технология блокчейн — это структура, лежащая в основе большинства систем цифровых валют, и именно она предотвращает дублирование и уничтожение таких цифровых валют.

Полезность технологии блокчейна также исследуется в других контекстах, где ценны неизменность и безопасность данных. Некоторые примеры включают запись данных и отслеживание благотворительных пожертвований, медицинские базы данных и управление цепочками поставок.

Однако безопасность блокчейна — далеко не простой вопрос. Поэтому очень важно понимать основные концепции и механизмы, обеспечивающие надежную защиту этих инновационных систем.

Концепция вечности и консенсуса

Несмотря на то, что существует множество функций, которые играют роль в безопасности, связанной с блокчейном, двумя наиболее важными функциями являются концепции консенсуса и неизменности. Консенсус означает способность узлов в распределенной сети блокчейна согласовывать состояние сети и достоверность транзакций. Как правило, процесс достижения консенсуса основан на так называемом алгоритме консенсуса.

С другой стороны, неизменность означает способность блокчейна предотвращать изменения подтвержденных транзакций. Хотя эти транзакции часто связаны с передачей цифровой валюты, они также могут относиться к другим формам цифровых данных, например, к нефинансовой истории.

В совокупности консенсус и неизменность обеспечивают основу для безопасности данных в сетях блокчейнов. Хотя алгоритм консенсуса определяет системные правила, которым необходимо следовать, и все соответствующие участники должны согласиться с текущим состоянием сети, неизменность обеспечивает целостность данных и истории транзакций после подтверждения достоверности каждого нового блока данных. .

Роль криптографии в безопасности блокчейна

Блокчейны в значительной степени полагаются на криптографию для обеспечения безопасности своих данных. Одной из криптографических функций, которая очень важна в этом контексте, является хеширование. Хеширование — это процесс, при котором алгоритм, известный как хеш-функция, получает входные данные (любого размера) и выдает заранее определенный результат, имеющий значение определенной длины.

Независимо от размера входных данных, выходные данные всегда будут иметь одинаковую длину. Если входные данные изменятся, выходные данные также изменятся. Однако, если ввод не изменится, результат хеширования всегда будет одинаковым — даже если хэш-функция выполняется несколько раз.

В блокчейне выходное значение, известное как хэш, используется в качестве уникального идентификатора блока данных. Хэш каждого результирующего блока связан с хешем предыдущего блока. Более того, хеш-блок зависит от данных, содержащихся в блоке, а это означает, что любые изменения, происходящие с этими данными, потребуют изменений в хеш-блоке.

Таким образом, хэш каждого блока генерируется на основе данных, содержащихся в этом блоке, и хеша предыдущего блока. Эти хеш-маркеры играют важную роль в обеспечении безопасности и неизменности блокчейна.

Хеширование также играет роль в алгоритме консенсуса, используемом для проверки транзакций. Например, алгоритм Proof of Work (PoW), используемый в блокчейне Биткойна для достижения консенсуса и добычи новых монет, использует хэш-функцию под названием SHA-256. Как следует из названия, SHA-256 принимает входные данные и создает хэш длиной 256 бит или 64 символа.

Помимо обеспечения защиты истории транзакций в реестре, криптография также играет роль в обеспечении безопасности кошельков, используемых для хранения цифровой валюты. Пары открытых и закрытых ключей, которые позволяют пользователям получать и отправлять платежи, создаются с помощью шифрования с открытым или «асимметричным» ключом. Закрытый ключ используется для создания цифровой подписи транзакции и позволяет подтвердить право собственности на отправленные монеты.

Хотя многие свойства асимметричной криптографии не рассмотрены в этой статье, эта асимметричная криптография не позволяет никому, кроме владельца закрытого ключа, получить доступ к средствам, хранящимся в кошельке цифровой валюты, и защищает средства до тех пор, пока владелец не решит использовать их. их (при условии, что закрытый ключ не будет раскрыт и скомпрометирован).

Криптоэкономика

Более того, помимо криптографии, новая концепция, известная как криптоэкономика, также играет роль в обеспечении безопасности сетей блокчейнов. Это относится к области обучения, известной как теория игр. Это математическая модель принятия рациональных решений в ситуациях, где определены правила и вознаграждения. Хотя традиционная теория игр может применяться во многих целях, криптоэкономика конкретно моделирует и описывает поведение узлов в распределенных системах блокчейна.

Короче говоря, криптоэкономика — это изучение экономики в рамках протоколов блокчейна и возможных результатов поведения участников. Безопасность, основанная на криптоэкономике, основана на идее о том, что системы блокчейна предоставляют узлам больше стимулов действовать честно, чем злонамеренно или противоправно. Опять же, алгоритм консенсуса Proof of Work, используемый при майнинге биткойнов, является хорошим примером такой структуры стимулирования.

Когда Сатоши Накамото создавал основу для майнинга биткойнов, он намеренно спроектировал его как дорогостоящий и ресурсоемкий процесс. Из-за своей сложности и вычислительных требований майнинг на алгоритме PoW предполагает огромные затраты денег и времени — независимо от того, где и кто находится майнинг-нод. Таким образом, такая структура создает неудобства для злонамеренных действий и преимущества для честной деятельности по майнингу. Нечестные или неэффективные узлы будут быстро удалены из сети блокчейна, где честные и эффективные майнеры смогут получать большие вознаграждения за блоки.

Аналогичным образом, этот баланс риска и выгоды также обеспечивает защиту от потенциальных атак, которые могут нарушить консенсус. Это можно сделать, назначив большую часть хеш-коэффициента сети блокчейн группе или объекту. Подобная атака, известная как атака 51%, может быть чрезвычайно разрушительной, если она будет успешно проведена. Из-за высокой конкурентоспособности майнинга Proof of Work и огромного размера сети Биткойн весьма маловероятно, что кому-то со злым умыслом удастся получить контроль над большинством узлов.

Более того, стоимость вычислительной мощности, необходимой для получения 51% контроля над гигантской сетью блокчейнов, является астрономической, что является прямым недостатком при сравнении этого огромного объема инвестиций с относительно небольшим потенциальным вознаграждением. Это способствует характеристике блокчейна, известной как византийская отказоустойчивость (BFT), которая, по сути, представляет собой способность распределенной системы продолжать нормально работать, если некоторые узлы скомпрометированы или действуют неправильно.

Пока затраты, необходимые для того, чтобы большинство узлов действовали злонамеренно, не являются прибыльными и, с другой стороны, обеспечивают больше стимулов для узлов действовать честно, система сможет продолжать развиваться без серьезных сбоев. Однако важно знать, что небольшие сети блокчейнов очень уязвимы для массовых атак, поскольку общий коэффициент хэширования, выделенный для системы, намного ниже, чем у Биткойна.

Заключение

Благодаря совместному использованию теории игр и криптографии блокчейн может иметь более высокий уровень безопасности как распределенная система. Однако для достижения этой цели почти все системы требуют правильного применения этих двух областей знаний. Правильный баланс между децентрализацией и безопасностью имеет важное значение для развития надежной и эффективной сети цифровой валюты.

По мере развития использования блокчейна их системы безопасности также будут меняться, чтобы удовлетворить потребности различных приложений. Сейчас частные блокчейны начинают разрабатываться для компаний, и они больше полагаются на безопасность посредством контроля доступа, чем на механизмы теории игр (или криптоэкономические), которые не имеют решающего значения для безопасности публичных блокчейнов.