Что такое блокчейн простыми словами: полный разбор для новичков

Термин «блокчейн» обычно упоминают, когда речь идёт об инвестициях и новых технологиях. Кажется, что это что-то сложное и «для программистов». Но если разобраться, идея у блокчейна довольно простая. В этой статье расскажем, как работает блокчейн, в каких сферах используется и причём тут криптовалюта.

Что такое блокчейн

Блокчейн — это цифровой реестр, в котором записаны данные о каких-либо операциях, например о денежных переводах. Проще всего представить этот реестр как множество одинаковых тетрадей, в которых записываются данные обо всех транзакциях. Тетради хранятся у разных людей и постоянно сверяются между собой, то есть образуют сеть.

Так как копии данных находятся у множества пользователей на разных компьютерах, такой цифровой реестр называют распределённым. Это отличает его от обычной базы данных, у которой есть центральный компьютер со всеми файлами.

Когда происходит перевод денег — транзакция, — запись о ней появляется сразу во всех «тетрадях». Подделать её незаметно не получится: если в одной тетради что-то изменить, она перестанет совпадать с остальными. В этой ситуации система ориентируется на те записи, которые совпадают между собой, а изменённая версия просто не учитывается.

Каждый участник блокчейна называется узлом. Проще говоря, это отдельный компьютер или сервер с копией всех записей. Сеть устроена как одноранговый механизм: так как нет главного сервера, все участники равны.

Три главных принципа блокчейна

Чтобы понять, в чём особенности блокчейна, можно посмотреть на три его основных свойства.

Децентрализация. В привычной финансовой системе деньги и данные о переводах хранятся централизованно, например в банке. Банк ведёт учёт операций и контролирует информацию о них. В блокчейне данные распределены между множеством участников сети, и никто не управляет ими в одиночку. Все узлы работают по общим правилам и хранят одинаковые записи.

Прозрачность и анонимность. Каждую операцию в блокчейне можно проверить. Участники сети видят одни и те же записи и могут убедиться, что данные совпадают. При этом в системе нет имён и паспортных данных. Вместо этого используются адреса — наборы символов. Поэтому видно не «Иван перевёл деньги Петру», а то, что один адрес отправил средства другому.

Неизменяемость. Записи в блокчейне нельзя просто взять и переписать задним числом. Если информация уже добавлена, она остаётся в системе. Чтобы изменить её, нужно было бы одновременно поменять данные у большинства участников сети, а это технически почти невозможно.

Как работает блокчейн

Представим процесс добавления новой записи шаг за шагом.

Кто проверяет транзакции

Сначала в сети появляется новая операция — допустим, один человек переводит деньги другому. Эту операцию должны проверить специальные участники сети, которых называют валидаторами или майнерами. Таких участников не выбирают вручную — их роль определяется правилами сети и специальными алгоритмами.

Валидаторы и майнеры проверяют, хватает ли у отправителя средств, правильно ли оформлена операция. Затем участники приходят к общему решению, считать ли запись корректной. Если да, операция считается подтверждённой.

Из чего состоят блоки

Подтверждённые операции не записываются в блокчейн по одной. Они собираются в блоки. Блок — это «пачка» операций за некоторое время, обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Например, в блокчейне биткоина новый блок появляется примерно раз в 10 минут. Внутри каждого хранится список транзакций, время их создания и служебная информация, которая помогает связать один блок с другими.

Что такое хеш и зачем он нужен

Чтобы средства были в безопасности, используется криптография и хеширование. Криптография — это защита информации с помощью специальных математических методов. Её цель — зашифровать данные так, чтобы их нельзя было подделать или прочитать без нужного доступа. 

Хеш — это код, который создаётся на основе данных блока. Его можно сравнить с отпечатком: у каждого блока он свой. Если поменять хотя бы одну операцию, хеш полностью изменится. Поэтому подмену данных легко обнаружить.

Как блоки связываются в цепочку

Когда блок готов, он добавляется к предыдущим, причём получает хеш предыдущего блока и сохраняет его у себя. Так блоки связываются между собой в цепочку — отсюда и название «блокчейн», или цепочка блоков. 

Механизмы консенсуса

В блокчейне нет центра, который решает, какие операции считать правильными, поэтому участникам нужно как-то договариваться между собой. Этот процесс называется консенсусом. Есть два самых известных способа достигнуть его — Proof-of-Work и Proof-of-Stake.

Proof-of-Work

Proof-of-Work, или «доказательство работы», — механизм, при котором новые блоки добавляются за счёт вычислений. Специальные участники — майнеры — проверяют операции, собирают их в блоки и пытаются решить вычислительную задачу. Они перебирают варианты, пока не найдут такой, при котором хеш блока соответствует заданным условиям. Для этого нужен мощный компьютер и много электроэнергии. Кто первым решает задачу, тот добавляет блок в цепочку и получает награду — обычно в виде криптовалюты.

Proof-of-Stake

В Proof-of-Stake, «доказательстве доли», нет соревнования: блоки проверяют валидаторы. Чтобы стать валидатором, участник должен внести в систему криптовалюту — своего рода залог. Она хранится в специальном кошельке и временно «замораживается».

Сеть выбирает валидатора по определённым правилам — чаще всего с учётом размера его вклада и времени участия. Чем больше доля, тем выше шанс быть выбранным. Если валидатор подтверждает корректные операции, он получает награду — тоже в виде криптовалюты.

История технологии

В 1990-е годы программисты и криптографы искали способы защитить цифровые данные от подделки. Для этого начали использовать специальные математические методы безопасности. А затем возник другой вопрос: как создать систему, в которой можно передавать деньги без банка?

От идеи к первому блокчейну

В 2008 году некто под именем Сатоши Накамото опубликовал документ с описанием новой платёжной сети. Кто такой Сатоши Накамото — до сих пор неизвестно. Есть версии, что это один разработчик или команда специалистов по шифрованию.

В 2009 году идея воплотилась на практике — появился проект «Биткоин». Это первая система, где блокчейн-технология применялась для работы с цифровыми деньгами — биткоинами. Впервые люди смогли переводить средства друг другу без посредников.

Эволюция технологии

Изначально блокчейн использовали в основном для переводов цифровых денег — по сути, это была система для отправки и получения средств. Но в 2015 году канадский разработчик российского происхождения Виталик Бутерин создал второй после биткоина крупный проект — «Эфириум». Это отдельный блокчейн со своей криптовалютой (эфир), который задумывался как платформа для более сложных операций.

Главная идея «Эфириума» — использовать блокчейн для автоматизации сделок с помощью смарт-контрактов. Это программы, которые выполняют условия сделки автоматически.

После этого технология блокчейна начала развиваться быстрее. Появились проекты, которые используют его не только для перевода цифровых денег, но и для других задач.

Где применяется блокчейн

Сегодня блокчейн используют там, где нужно быть уверенным, что данные нельзя незаметно изменить. Речь идёт не только о деньгах, а о любых записях, например информации о сделках или правах.

Финансы и платежи. Самое известное применение блокчейна. На основе этой технологии работают криптовалюты — цифровые деньги, которые можно переводить напрямую получателю, без банка или сторонних платёжных систем.

Логистика. Можно отслеживать путь товара от производства до покупателя. Каждый этап записывается в систему: где был товар, кто и когда его передал. Это помогает бороться с подделками и ускоряет поиск ошибок в поставках.

Здравоохранение. Блокчейн используется для хранения медицинских записей: анализов, диагнозов, истории лечения. Например, если человек переехал или сменил клинику, новый врач может получить доступ к истории болезни. При этом система запоминает, кто и когда открывал запись.

Недвижимость. Право собственности и история сделок фиксируются в единой системе. Перед покупкой объекта можно проверить, кто владел недвижимостью раньше, были ли перепродажи.

Авторские права. Блокчейн применяют для защиты цифрового контента: музыки, изображений, текстов. Например, если пользователь создал иллюстрацию и зафиксировал информацию о ней в блокчейне, запись с датой сохраняется в системе. Если кто-то позже попытается выдать её за свою, пользователю будет легко доказать авторство.

Смарт-контракты

Впервые смарт-контракты появились на платформе «Эфириум». Они помогли автоматизировать сделки в блокчейне.

Смарт-контракт — программа, которая автоматически выполняет заданные условия, то есть это договор, который работает сам. Он устроен по принципу «если — то»: если происходит одно событие, система сразу выполняет нужное действие. Например:

• Если покупатель получил товар, деньги автоматически переводятся продавцу.
• Если рейс задержали, страховая выплата начисляется без заявления.
• Если билет перепродали, он сразу переходит новому владельцу после оплаты.

Все условия такого договора записаны в коде. Их нельзя изменить в процессе, поэтому стороны заранее понимают, как всё будет работать. 

Блокчейн и биткоин: в чём разница

Блокчейн — это технология, на основе которой создаются разные системы. Биткоин — одна из таких систем для перевода денег. В ней используется собственная цифровая валюта — биткоин. Кроме неё, есть десятки тысяч других криптовалют. Некоторые из них работают на собственных блокчейнах, а некоторые — на уже существующих. Например, эфириум — это отдельный блокчейн со своей криптовалютой. Но в этой же сети выпускаются и другие цифровые валюты, например USDT или USDC.

Насколько безопасен блокчейн 

Блокчейн считается надёжной технологией. Его безопасность складывается из нескольких уровней: защиты данных, устройства сети и поведения самих пользователей. 

Криптографическая защита

Основа безопасности блокчейна — криптография, то есть защита данных с помощью математических алгоритмов. Один из её методов — цифровая подпись, с помощью которой подтверждается каждая операция в сети. Подпись создаётся с помощью приватного ключа — это своего рода секретный код, который есть только у владельца.

Защита через децентрализацию

Данные хранятся у множества участников. Если один компьютер или сервер выйдет из строя, система продолжит работать. Чтобы повлиять на сеть, нужно контролировать большую часть её участников. 

Самая известная потенциальная угроза — так называемая «атака 51%». Это ситуация, когда один участник получает контроль над большей частью сети. Теоретически это возможно, но на практике для крупных блокчейнов крайне сложно, так как требует огромных вычислительных ресурсов.

Уязвимости и риски

Риски блокчейна связаны не с самой технологией, а с тем, как люди ей пользуются. Например:

• Если потерять приватный ключ, доступ к средствам восстановить не получится.
• Встречаются мошеннические сайты, где пользователя обманом заставляют передать доступ к криптовалютному кошельку или приватному ключу.

Чаще всего взламывают не сам блокчейн, а сервисы, через которые люди с ним работают — криптобиржи или кошельки. Например, за всё время существования биткоин не был взломан на уровне технологии, но известны крупные атаки на связанные с ним сервисы. Например, в 2014 году была взломана крупная биржа Mt. Gox: злоумышленники похитили около 850 000 биткоинов, и биржа фактически прекратила работу.

Виды блокчейна

Виды блокчейна различаются тем, кто может участвовать в сети и кто её контролирует. Выделяют три основных типа: публичные, приватные и консорциумные.

Публичный блокчейн

Это открытая сеть, к которой может подключиться любой человек. Она не контролируется одной организацией, единого владельца нет. Пользователи могут проводить операции, проверять данные и участвовать в работе сети. Самые известные примеры публичных блокчейнов — биткоин и эфириум.

Приватный блокчейн

Это закрытая сеть, которой управляет одна компания. Такие сети используют для учёта операций, проведения расчётов и хранения информации. Обычно у них нет собственной криптовалюты.

Приватные системы делают упор на конфиденциальность. Например, американский банк Citigroup разработал сервис Citi Token Services для своих корпоративных клиентов. Он использует приватный блокчейн, чтобы переводить средства между компаниями почти мгновенно. При этом доступ к системе остаётся только у клиентов банка, а операции проходят внутри его инфраструктуры.

Консорциумный блокчейн

Это промежуточный вариант. Несколько крупных компаний объединяются и используют общий блокчейн для взаиморасчётов, то есть сетью управляет группа организаций. Пример такого проекта — платформа R3 Corda, которую создали крупные банки из США и Европы. Она используется для обмена финансовыми данными и проведения расчётов между компаниями без посредников.

Преимущества и недостатки

У технологии есть несколько плюсов, благодаря которой её используют в разных сферах:

• Высокая безопасность и неизменяемость данных. Записи очень сложно подделать, их нельзя удалить или переписать задним числом.
• Прозрачность операций. История операций сохраняется и доступна участникам сети.
• Отсутствие единого владельца. Любой участник не может в одиночку менять правила работы системы.
• Автоматизация операций. Смарт-контракты позволяют выполнять условия сделок без участия человека.

Несмотря на преимущества, у технологии есть и ограничения:

• Небольшая скорость в публичных сетях. Например, сеть биткоина обрабатывает в среднем около семи операций в секунду.
• Перегрузки сети. При большом количестве операций растут комиссии и время ожидания.
• Высокие энергозатраты. Сетям с майнингом (Proof-of-Work) нужно много электроэнергии для работы оборудования, которое проверяет операции и создаёт новые блоки.
• Ответственность на пользователе. Потеря доступа к кошельку или приватного ключа влечёт безвозвратную потерю средств.

Будущее блокчейна

Изначально блокчейн стал основой для криптовалют — с его помощью люди смогли переводить цифровые деньги без банков. Сегодня эту технологию используют шире: не только в финансах, а для хранения и проверки разных данных. Например, блокчейн применяется для отслеживания товаров, защиты авторских прав, хранения документов и подтверждения права собственности.

Специалисты стараются сделать системы на основе блокчейна более быстрыми и удобными, чтобы они обрабатывали больше операций и не создавали задержек. 

Пока технологию нельзя назвать полностью зрелой: остаются вопросы регулирования и удобства использования. Тем не менее возможности блокчейна используется всё активнее, и в ближайшие годы он может стать привычной частью цифровой инфраструктуры — так же, как сегодня интернет.

Блокчейн — это технология для передачи денег и данных без посредников. Разобраться в ней проще, чем кажется, и это помогает лучше понимать, как устроен современный финансовый мир. Остаётся только дождаться повода применить знания на практике. Кто знает, может, покупка билета «Столото» станет тем самым первым шагом, который откроет дорогу к новым возможностям?