Блокчейн — это общий цифровой реестр, в котором записи группируются в блоки и криптографически связаны с блоками, находящимися перед ними. Вместо того чтобы одна организация хранила единственную копию записи, сеть поддерживает и обновляет общую версию в соответствии с согласованными правилами. Связанная структура делает последующие изменения обнаруживаемыми, придавая блокчейну свойства, заметные при подделке и устойчивые к вмешательству, — а не безусловную гарантию того, что данные никогда не будут изменены, или что они были правдивыми на момент ввода.
Блокчейн: общий реестр связанных блоков
Блокчейн — это общий цифровой реестр, поддерживаемый на уровне сети. Его записи сгруппированы в блоки, а криптографические связи соединяют каждый блок с предыдущим; получившаяся цепочка делает изменения обнаруживаемыми. Национальный институт стандартов и технологий описывает это как общий реестр с связанными записями.
То, что попадает в этот реестр, определяется правилами сети. Узлы используют правила валидации и механизмы консенсуса, чтобы согласовать, какие транзакции и блоки принимаются, снижая зависимость от единственного контролирующего посредника.
Это описывает технологию, а не отдельное применение: блокчейн — не синоним Bitcoin, хотя Bitcoin — заметная система на основе блокчейна.
Как транзакция становится частью цепочки
Точная последовательность отличается между сетями, но путь от инструкции пользователя к общему реестру следует узнаваемому шаблону. Сначала пользователь разрешает транзакцию с помощью закрытого ключа. Получившаяся цифровая подпись позволяет сети проверить, что инструкция пришла от владельца соответствующего ключа, не раскрывая сам ключ.
Подписанная транзакция передается в сеть.
Узлы применяют правила валидации сети и отклоняют инструкции, которые им не соответствуют.
Действительные транзакции ждут, пока их выберут для предложенного блока.
Участник сети предлагает блок, а другие участники проверяют его в соответствии с правилами консенсуса.
После завершения требуемого процесса сеть рассматривает блок как часть принятой, или канонической, истории.
Ethereum предлагает полезный пример proof-of-stake. Пользователи подписывают транзакции закрытыми ключами; узлы проверяют корректные и помещают их в mempool — область хранения для ожидающих транзакций. Валидатор предлагает блок, другие валидаторы повторно исполняют его и подтверждают; а каноническую цепочку определяют правила консенсуса Ethereum — согласно документации разработчиков Ethereum Foundation.
Bitcoin использует другой подход к консенсусу: proof of work. Его исходный дизайн описывает одноранговый процесс, в котором цифрово подписанные транзакции передаются, собираются в блоки и защищаются с помощью proof of work. По мере добавления блоков цепочка хэшей делает переписывание более ранней истории транзакций все более сложным — так описано в Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
«Становится все более сложно» — точнее, чем «невозможно». Практическая устойчивость записи в блокчейне зависит от проектирования сети, ее участников и экономической или операционной стоимости попытки заменить принятую историю. Также это зависит от того, что пользователи понимают под окончательностью: некоторые системы дают степень уверенности, которая нарастает со временем, а не обеспечивает мгновенную, необратимую точку окончательных расчетов.
Узлы, криптография и консенсус выполняют разные задачи.
В блокчейне узлы, криптография и консенсус выполняют разные задачи. Узлы взаимодействуют с сетью и могут хранить, валидировать или помогать обновлять общий реестр. Криптография защищает информацию и связывает записи: цифровые подписи позволяют сети проверить, что транзакция с криптовалютой была одобрена владельцем соответствующего закрытого ключа, а хэши делают изменения в более ранних блоках заметными, нарушая их связи с последующими блоками.
Соглашение требует большего, чем использование этих криптографических средств. Сети используют правила валидации и механизм консенсуса, чтобы определить, какие подходящие блоки и история транзакций становятся общими. Обзор технологии блокчейна от NIST выделяет среди подходов, которыми может пользоваться сеть, proof of work (доказательство работы), proof of stake (доказательство доли владения) и proof of authority (доказательство полномочий).
Proof of work (доказательство работы) защищает процесс формирования блоков в Bitcoin за счет вычислительных затрат; proof of stake (доказательство доли владения) в консенсусе Ethereum опирается на валидаторов в рамках консенсусного процесса. Эти подходы предполагают разные компромиссы, и каждая сеть устанавливает правила участия, верификации и разрешения конкурирующих версий событий. Одной только маркировки недостаточно, чтобы реестр был заслуживающим доверия.
Бесразрешительные и разрешенные сети меняют модель доверия
В бесразрешительной (permissionless) блокчейн-сети участие обычно открыто в соответствии с правилами протокола. Люди могут иметь возможность отправлять транзакции, запускать узлы или участвовать в валидации без того, чтобы их допускал центральный оператор. Такая модель может снизить зависимость от традиционного посредника, но она не убирает доверие полностью; доверие переносится на протокол, его реализацию, а также на стимулы и поведение участников сети.
Напротив, в разрешенной (permissioned) сети ограничивается часть действий: чтение, отправка транзакций, работа узлов или валидация блоков — в любой комбинации. Это подходит группе известных учреждений, которым нужен общий реестр, при сохранении определенных уровней доступа и подотчетности. Это все еще распределенная система реестра, но ее модель управления существенно отличается от открытой публичной сети.
Выбор влияет на надзор. Базельский комитет по банковскому надзору отмечал, что в бесразрешительных системах могут участвовать неизвестные третьи стороны, что усложняет due diligence (надлежащую проверку) и надзор. Поэтому для организации, рассматривающей систему блокчейна, вопрос заключается не только в том, децентрализована ли она. Важно, кто устанавливает правила, кто может их изменить или обеспечить их соблюдение, кто управляет инфраструктурой и что происходит, когда участники не согласны.
Где блокчейн может быть полезен помимо криптовалют
Криптовалюты — это самый известный вариант использования блокчейна, но модель ведения реестра может также поддерживать отслеживание цепочек поставок, реестры данных, цифровую идентификацию и управление записями. NIST перечисляет эти варианты как потенциальные применения технологии. В каждом случае возможная ценность заключается в согласовании записи между сторонами, а не просто в хранении информации в новом формате.
Рассмотрим отслеживание цепочки поставок. Производитель, перевозчик, склад и розничный продавец могут каждый по отдельности нуждаться в фиксации передачи или обновления статуса. Общий реестр мог бы предоставлять общую последовательность таких записей, чтобы уполномоченные участники работали с одной и той же историей. Дизайн не доказывает, что пакет был обработан при заявленной температуре или прибыл в заявленное время; эти факты по-прежнему зависят от надежности людей, устройств и процессов, поставляющих данные.
Реестры и управление записями дают похожий случай. Блокчейн может помочь создать аудируемый след подач и изменений, когда нескольким сторонам нужна видимость. Однако обычная база данных, управляемая доверенной организацией, может оставаться лучшим выбором, когда доступ должен быть строго контролируемым, изменения нужно быстро и просто исправлять, или когда стоимость и сложность эксплуатации распределенной сети превышают выгоды от обмена контролем.
Ограничения блокчейна: видимые данные, дорогая эксплуатация и риски управления
В зависимости от своего проектирования блокчейн может делать информацию о транзакциях публично видимой, а не частной. Такая видимость может помочь аудируемости, но чувствительные коммерческие или персональные данные требуют модели доступа и дизайна обработки данных, соответствующих этому варианту использования.
Блокчейн не устраняет риск расчетов и не гарантирует немедленную окончательность (finality). Банк международных расчетов указывает вычислительные издержки, публичную видимость транзакций и вероятностную, а не мгновенную окончательность расчетов в качестве возможных компромиссов, зависящих от проектирования. Запись инструкции в цепочку — это не то же самое, что завершение ее юридического или финансового результата вне сети.
Комитет по банковскому надзору Базельского комитета выявляет операционные риски, риски кибербезопасности, юридические риски, риски комплаенса, риски управления и риски окончательности расчетов в системах блокчейна. Эти вопросы выходят за рамки криптографии и затрагивают управление ключами, эксплуатацию программного обеспечения, стимулы участников, применимые правила и доступные процедуры, когда возникает ошибка, простой (отказ) или спор.
Блокчейн лучше всего понимать как общий реестр, управляемый правилами, который помогает нескольким сторонам координироваться без необходимости полностью полагаться на одного центрального хранителя реестра.
Часто задаваемые вопросы
Блокчейн — это то же самое, что Bitcoin?
Нет. Bitcoin — это система, которая использует технологию блокчейна и proof of work, чтобы поддерживать свою историю транзакций. Блокчейны также можно проектировать для других целей, включая реестры, управление идентификацией и управление записями.
Можно ли изменить данные в блокчейне?
Изменение принятой исторической информации задумано так, чтобы это было обнаруживаемо, и с добавлением дальнейших блоков становится все сложнее. Однако это не то же самое, что абсолютная гарантия неизменяемости; порядок исправления ошибок зависит от правил сети.
Кто проверяет (валидирует) транзакции в блокчейне?
Сети используют узлы и назначенных участников в рамках своих правил валидации и консенсуса. Например, в Ethereum валидаторы предлагают блок, повторно исполняют (re-execute) его и подтверждают (attest) его; в конструкции Bitcoin для защиты блоков используется proof of work (доказательство работы).
Все блокчейны частные?
Нет. Бесразрешительные сети могут раскрывать информацию о транзакциях публично, тогда как разрешенные системы могут ограничивать доступ. Конфиденциальность зависит от конкретной архитектуры и правил системы, а не от слова «блокчейн».
Когда блокчейн лучше, чем обычная база данных?
Это может подходить ситуациям, когда нескольким сторонам нужен общий реестр, и при этом они не хотят, чтобы одна сторона была единственным оператором. Когда допустим доверенный центральный администратор, обычная база данных может быть проще и эффективнее.
Отказ от ответственности: эта статья предоставляется только в информационных целях. Она не предлагается и не предназначена для использования в качестве юридической, налоговой, инвестиционной, финансовой или иной консультации.