Blockchain забезпечує посилення безпеки за допомогою різноманітних механізмів, включаючи передову криптографію та математичні моделі прийняття рішень і поведінки. Технологія блокчейн є інфраструктурою більшості систем цифрових валют, і вона запобігає копіюванню та знищенню цифрових валют.

В інших середовищах, де неможливо підробити дані і вимоги до безпеки дуже високі, застосування технології блокчейн також є особливо важливим. Приклади включають запис і відстеження благодійних пожертв, медичні бази даних і управління ланцюгом поставок.

Однак безпека блокчейну – це далеко не просте питання. Тому дуже важливо зрозуміти, як основні концепції та механізми цих інноваційних систем забезпечують надійний захист блокчейну.

Поняття незмінності та консенсусу

Хоча багато функцій безпеки пов’язані з блокчейном, двома найважливішими є консенсус і незмінність. Консенсус означає, що вузли в розподіленій мережі блокчейн можуть досягти згоди щодо справжнього статусу мережі та дійсності транзакцій. Процес досягнення консенсусу часто залежить від алгоритму консенсусу, який використовується мережею.

З іншого боку, незмінність означає, що блокчейн запобігає зміні підтверджених записів транзакцій. Хоча ці операції часто пов’язані з конвертацією цифрової валюти, іноді вони також стосуються процесу запису інших негрошових форм електронних даних.

Загалом консенсус і незмінність забезпечують базову структуру безпеки даних у мережах блокчейнів. Алгоритм консенсусу може гарантувати, що всі вузли дотримуються системних правил і розпізнають поточний статус мережі, а відсутність втручання може гарантувати цілісність даних кожного блоку та запису транзакції, які були перевірені на дійсність.

Роль криптографії в безпеці блокчейна

Блокчейн в основному покладається на технологію шифрування для забезпечення безпеки даних. Криптографічна хеш-функція є ключем до цієї технології. Хешування — це обчислювальний процес, а алгоритм хешування — це алгоритм, який може вводити дані будь-якого розміру та виводити передбачуваний хеш із фіксованим розміром (тобто хеш-функцію).

Незалежно від розміру вхідних даних, на виході завжди однакові байти. Але якщо вхід зміниться, вихід буде зовсім іншим. Поки вхідні дані не змінюються, незалежно від того, скільки разів ви запускаєте хеш-функцію, вихідне хеш-значення завжди буде однаковим.

У блокчейні ці вихідні значення (тобто хеші) є унікальними ідентифікаторами для блоків даних. Хеш кожного блоку генерується відносно хешу попереднього блоку, який пов’язує блоки разом у блокчейн. Крім того, хеш блоку визначається даними, що містяться в блоці, тобто будь-які зміни, внесені до даних, змінюватимуть хеш блоку.

Таким чином, дані цього блоку та хеш попереднього блоку разом визначають хеш кожного блоку. Ці хеш-ідентифікатори відіграють важливу роль у забезпеченні безпеки блокчейну та його неможливості підробити.

Хеш-функції також використовуються в консенсусних алгоритмах для перевірки транзакцій. Наприклад, у блокчейні Bitcoin алгоритм Proof of Work (PoW) використовує хеш-функцію під назвою SHA-256. Як випливає з назви, SHA-256 приймає вхідні дані та виводить хеш-значення довжиною 256 біт або 64 символи.

Окрім забезпечення захисту записів транзакцій у розподілених книгах, криптографія також може відігравати важливу роль у безпеці гаманців, які зберігають цифрові валюти. Пари відкритого та закритого ключів дозволяють користувачам отримувати та надсилати цифрові валюти за допомогою криптографії з асиметричним або відкритим ключем відповідно. Приватні ключі використовуються для створення електронних підписів, необхідних для транзакцій, тим самим підтверджуючи право власності на валюту, що надсилається.

Хоча деталі виходять за рамки цієї статті, властивості асиметричної криптографії можуть перешкодити будь-кому, крім власника закритого ключа, отримати доступ до коштів, що зберігаються в гаманці цифрової валюти, і, отже, до того, як власник коштів вирішить ними скористатися. . Зберігайте ці кошти в безпеці (до тих пір, поки приватні ключі не поширюються або не витікають).

Криптоекономіка

На додаток до криптографії, нова концепція під назвою криптоекономіка також відіграє важливу роль у підтримці безпеки блокчейн-мереж. Це тісно пов’язане з галуззю вивчення теорії ігор, яка використовує математичні принципи для моделювання рішень, прийнятих раціональними акторами в ситуаціях із встановленими правилами та винагородами. У той час як традиційна теорія ігор може бути широко застосована до ряду бізнес-кейсів, криптоекономіка також незалежно моделює та описує поведінку вузлів у розподілених блокчейн-системах.

Простіше кажучи, криптоекономіка — це дослідження економіки протоколів блокчейну, а принципи їх розробки можуть давати різні результати залежно від поведінки їх учасників. Безпека криптоекономіки базується на моделі, згідно з якою системи блокчейну забезпечують більше стимулів для вузлів діяти автентично, а не зловмисно чи помилково. Крім того, консенсусний алгоритм підтвердження роботи, який використовується в майнінгу біткойнів, є чудовим прикладом надання такого роду стимулів.

Коли Сатоші Накамото запропонував інфраструктуру для майнінгу біткойнів, це було навмисно розроблено, щоб бути дорогим і ресурсомістким заходом. Через свою складність і вимоги до обчислень майнінг PoW передбачає значні інвестиції грошей і часу — незалежно від розташування вузла майнінгу та того, хто його використовує. Таким чином, ця структура забезпечує надійний захист від зловмисних дій і заохочує чесну поведінку майнінгу. Зловмисні або неефективні вузли будуть швидко видалені з мережі блокчейну, тоді як справжні та ефективні майнери, ймовірно, отримають великі винагороди за блоки.

Подібним чином баланс між ризиками та вигодами також можна досягти, передавши більшу частину хешрейту мережі блокчейн в руки однієї організації чи організації, щоб запобігти потенційним атакам, які можуть підірвати консенсус. Подібно до добре відомої 51% атаки, після успіху вона може завдати великої шкоди. Враховуючи механізм конкуренції підтвердження роботи та розмір мережі біткойн, можливість того, що зловмисник отримає контроль над більшістю вузлів, дуже мала.

Крім того, у величезній блокчейн-мережі обчислювальна потужність, яка витрачається на здійснення атаки 51%, буде астрономічною. Таким чином, ці величезні інвестиції та відносно невелика різниця потенційних прибутків також відіграють роль у виникненні атаки гальмівний ефект. Це також сприяє типовій функції блокчейну, а саме візантійській відмовостійкості (BFT), яка показує, що навіть якщо деякі вузли скомпрометовані або відбувається зловмисна поведінка, розподілена система може продовжувати працювати в нормальному режимі.

Поки вартість створення великої кількості зловмисних вузлів є занадто високою, а реальну діяльність з майнінгу можна стимулювати краще, система може продовжувати рости без опору. Однак варто зазначити, що відносно невеликі мережеві системи блокчейну будуть уразливі до атак, оскільки загальний хешрейт, який використовується для цих систем, набагато нижчий, ніж у мережі Bitcoin.

Підведіть підсумки

Завдяки спільному використанню теорії ігор і криптографії блокчейн може досягти вищої безпеки, як розподілена система. Однак, як і майже в усіх системах, правильне застосування цих двох областей знань має вирішальне значення. Баланс між децентралізацією та безпекою має вирішальне значення для створення надійної та ефективної мережі цифрових валют.

Оскільки блокчейн продовжує розвиватися та просуватись, його система безпеки також змінюватиметься відповідно до потреб різних програм. Наприклад, приватні блокчейни, розроблені сьогодні для комерційних підприємств, більше покладаються на безпеку, що забезпечується контролем доступу, який дуже відрізняється від механізмів теорії ігор (або криптоекономіки), які використовуються в більшості публічних блокчейнів.