Блокчейн обеспечивает усиление безопасности с помощью различных механизмов, включая передовую криптографию и математические модели принятия решений и поведения. Технология блокчейн является инфраструктурой большинства систем цифровых валют и предотвращает копирование и уничтожение цифровых валют.

В других средах, где данные не могут быть подделаны и требования к безопасности очень высоки, применение технологии блокчейна также особенно важно. Примеры включают запись и отслеживание благотворительных пожертвований, медицинские базы данных и управление цепочками поставок.

Однако безопасность блокчейна — далеко не простая проблема. Поэтому крайне важно понять, как основные концепции и механизмы этих инновационных систем обеспечивают надежную защиту блокчейна.


Концепция неизменности и консенсуса

Хотя с блокчейном связано множество функций безопасности, двумя наиболее важными являются консенсус и неизменность. Консенсус означает, что узлы в распределенной сети блокчейна могут прийти к соглашению об истинном статусе сети и действительности транзакций. Процесс достижения консенсуса часто зависит от алгоритма консенсуса, используемого сетью.

Неизменяемость, с другой стороны, означает, что блокчейн предотвращает изменение подтвержденных записей транзакций. Хотя эти транзакции часто связаны с конвертацией цифровой валюты, иногда они также относятся к процессу записи других неденежных форм электронных данных.

В целом, консенсус и неизменность обеспечивают базовую основу для безопасности данных в сетях блокчейнов. Алгоритм консенсуса может гарантировать, что все узлы следуют системным правилам и распознают текущий статус сети, а защита от взлома может гарантировать целостность данных каждого блока и записи транзакции, достоверность которых была проверена.


Роль криптографии в безопасности блокчейна

Блокчейн в основном опирается на технологию шифрования для обеспечения безопасности данных. Криптографическая хэш-функция является ключом к этой технологии. Хеширование — это вычислительный процесс, а алгоритм хеширования — это алгоритм, который может вводить данные любого размера и выводить хэш предсказуемого и фиксированного размера (т. е. хэш-функцию).

Независимо от размера входных данных, на выходе всегда одни и те же байты. Но если входные данные изменятся, выходные данные будут совершенно другими. Пока входные данные не изменяются, независимо от того, сколько раз вы запускаете хеш-функцию, выходное хэш-значение всегда будет одинаковым.

В блокчейне эти выходные значения (то есть хэши) являются уникальными идентификаторами блоков данных. Хэш каждого блока генерируется относительно хеша предыдущего блока, что связывает блоки вместе, образуя блокчейн. Кроме того, хэш блока определяется данными, содержащимися в блоке, а это означает, что любые изменения, внесенные в данные, изменят хеш блока.

Таким образом, данные этого блока и хеш предыдущего блока вместе определяют хеш каждого блока. Эти хэш-идентификаторы играют важную роль в обеспечении безопасности блокчейна и его невозможности подделать.

Хэш-функции также используются в алгоритмах консенсуса для проверки транзакций. Например, в блокчейне Биткойн алгоритм Proof of Work (PoW) использует хеш-функцию SHA-256. Как следует из названия, SHA-256 принимает входные данные и выводит хэш-значение длиной 256 бит или 64 символа.

Помимо обеспечения защиты записей транзакций в распределенных реестрах, криптография также может играть важную роль в безопасности кошельков, в которых хранятся цифровые валюты. Пары открытых и закрытых ключей позволяют пользователям получать и отправлять цифровые валюты с использованием асимметричной криптографии или шифрования с открытым ключом соответственно. Закрытые ключи используются для создания электронных подписей, необходимых для транзакций, тем самым проверяя право собственности на отправляемую валюту.

Хотя подробности выходят за рамки этой статьи, свойства асимметричной криптографии могут помешать кому-либо, кроме владельца закрытого ключа, получить доступ к средствам, хранящимся в кошельке с цифровой валютой, и, таким образом, до того, как владелец средств решит их использовать. . Храните эти средства в безопасности (до тех пор, пока секретные ключи не будут переданы или не будут раскрыты).


Криптоэкономика

Помимо криптографии, новую концепцию, называемую криптоэкономикой, также играет важную роль в обеспечении безопасности сетей блокчейнов. Это тесно связано с областью изучения теории игр, которая использует математические принципы для моделирования решений, принимаемых рациональными субъектами в ситуациях с установленными правилами и вознаграждениями. В то время как традиционная теория игр может широко применяться к ряду бизнес-кейсов, криптоэкономика также самостоятельно моделирует и описывает поведение узлов в распределенных системах блокчейна.

Проще говоря, криптоэкономика — это исследование экономики в рамках протоколов блокчейна, и принципы их построения могут давать разные результаты в зависимости от поведения их участников. Криптоэкономическая безопасность основана на модели, согласно которой системы блокчейна предоставляют узлам больше стимулов действовать аутентично, а не злонамеренно или ошибочно. Кроме того, алгоритм консенсуса «доказательство работы», используемый при майнинге биткойнов, является отличным примером предоставления такого рода стимулов.

Когда Сатоши Накамото разработал систему майнинга биткойнов, она была намеренно задумана как дорогостоящее и ресурсоемкое занятие. Из-за своей сложности и вычислительных требований PoW-майнинг требует значительных затрат денег и времени — независимо от местоположения узла майнинга и того, кто его использует. Таким образом, эта структура обеспечивает надежную защиту от вредоносных действий и поощряет честный майнинг. Вредоносные или неэффективные узлы будут быстро удалены из сети блокчейна, а настоящие и эффективные майнеры, скорее всего, получат крупные вознаграждения за блоки.

Аналогично, баланс между рисками и выгодами также может быть достигнут путем передачи большей части хешрейта сети блокчейна в руки одной организации или субъекта для предотвращения потенциальных атак, которые могут подорвать консенсус. Как и известная атака 51%, в случае успеха она может нанести большой ущерб. Учитывая конкурентный механизм доказательства работы и размер сети Биткойн, вероятность того, что злоумышленник получит контроль над большинством узлов, очень мала.

Кроме того, в огромной сети блокчейнов вычислительная мощность, затрачиваемая на реализацию атаки 51%, будет астрономической цифрой. Следовательно, эти огромные инвестиции и относительно небольшая потенциальная разница в доходности также играют роль в возникновении атаки. ингибирующий эффект. Это также способствует типичной особенности блокчейна, а именно византийской отказоустойчивости (BFT), которая показывает, что даже если некоторые узлы скомпрометированы или происходит вредоносное поведение, распределенная система все равно может продолжать работать нормально.

Пока стоимость создания большого количества вредоносных узлов слишком высока и реальная деятельность по майнингу может быть лучше стимулирована, система может продолжать расти без сопротивления. Однако стоит отметить, что относительно небольшие сетевые системы блокчейна будут уязвимы для атак, поскольку общая скорость хэширования, используемая для этих систем, намного ниже, чем у сети Биткойн.


Подведем итог

Благодаря совместному использованию теории игр и криптографии блокчейн может обеспечить более высокий уровень безопасности, как распределенная система. Однако, как и почти во всех системах, правильное применение этих двух областей знаний имеет решающее значение. Баланс между децентрализацией и безопасностью имеет решающее значение для построения надежной и эффективной сети цифровых валют.

Поскольку блокчейн продолжает развиваться и продвигаться, его система безопасности также будет меняться, чтобы удовлетворить потребности различных приложений. Например, частные блокчейны, разработанные для коммерческих предприятий, сегодня больше полагаются на безопасность, обеспечиваемую контролем доступа, который сильно отличается от механизмов теории игр (или криптоэкономики), используемых большинством публичных блокчейнов.