Технология блокчейн, что это такое и как работает

Начнем от печки…

Первое, о чем вспоминает человек, когда говорят о технологии блокчейн – это криптовалюта. Треть россиян именно так и думает. На самом деле, это не так. С каждым годом блокчейн проникает в жизнь человека глубже и глубже. Области деятельности претерпевающие изменения:

• образование
• юриспруденция: сфера авторских прав, сделок с дорогостоящими активами, идентификация личности
• логистика
• экономика
• отрасль производства
• финансы
• медицина и фармацевтика
• энергетика
• кибербезопасность
• мультимедиа и развлечения
• розничная торговля
• NFT
• другие сферы деятельности.

Разработка технологии blockchain связана с насущной проблемой человечества: защитой и неизменностью информации. С каждым годом объемы и скорость обработки цифровых данных в мировом масштабе растут. Уже с 2020 года объемы информации удваиваются каждые 2 месяца. Появилось даже такое понятие «информационный взрыв». Поэтому проблемы сохранности информации выходят на первый план.

История вопроса

Изначально человечество решало вопросы безопасности информации с помощью криптографии. С конца 1990-х годов разработаны и внедрены технологии криптографических ключей, но эти разработки имели серьезный недостаток – централизацию информации в одних руках. В таких условиях, при наличии заинтересованности и технической возможности, информация могла быть искажена, откорректирована, уничтожена.

В конце 70х годов прошлого столетия возникли blockchain технологии. Американский криптограф Ральф Меркл разработал «дерево Меркла» - конструкцию данных, упорядоченную в информационные блоки в виде хеш-дерева Связь и неизменность информации гарантировалась хеш-шифрованием, методом криптографии.

В конце 90х годов W. Scott Stornetta и Stuart Haber применили "дерево Меркла" к защите электронных документов с помощью штампов времени. Ученые таким образом решили проблему защиты цифровых деловых бумаг от подделок и оформления задним числом с помощью временных меток.

Следующим толчком была разработка современной модификации blockchain. До сих пор неизвестно был это один человек или группа разработчиков. Известен только ник Satoshi Nakamoto.

31 октября 2008 года Nakamoto разместил статью «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System» в рассылке о криптографии. В этой публикации он или они описали распределенную базу данных, с помощью которой можно децентрализовать электронные денежные средства. Уникальность разработки заключалась в том, что система не нуждалась в посредниках. В начале 2009 года Накамото создал первый в мире виртуальный кошелек и запустил сеть Биткойн.

Спустя несколько лет blockchain получила возможность развиваться в других сферах деятельности человека. Например, благодаря smart-контрактам, технология активно применяется в сделках с активами и по сей день.

Что такое блокчейн?

Блокчейн – (англ. blockchain, изначально block chain - цепь из блоков) это технология работы с распределенными базами данных. Цифровая методика обработки информации гарантирует безопасное хранение и обмен цифровыми средствами в сети: криптовалютой, произведениями искусства, персональными данными людей и т.д, и т.п.

Эта технология имеет следующие характеристики:

• полная децентрализация хранения информации;
• неизменность информации: записи допустимы только в виде добавления.
• возможности исправления и удаления записей нет;
• новые операции регистрируются только с согласия большинства участников blockchain сети (одобрение).

Ключевые компоненты блокчейн

В новых реалиях участники информационного процесса более не нуждаются в посредниках в части:

• банковских переводов, покупки и продажи валюты, операций с аккредитивами и т.д.
• регистрационных действий в части регистрации авторских прав, сделок с имуществом и ценными бумагами и т.д.

Например, цифровая валюта, созданная на основе блокчейн, существует вне юрисдикции государств, финансовых и правовых институтов. При чем каждая транзакция публична и записывается в blockchain.

Сохранность и неизменность информации достигается с помощью децентрализации хранения информации. Система хранения информации в виде блоков цепи (blockchain) и методика хеш-шифрования ключей создают возможность децентрализовать и распределить информацию на компьютеры всех участников блокчейн сети.

Методика хранения информации в виде блоков цепи (blockchain). Информация об всех транзакциях участников blockchain сети децентрализована и хранится в виде информационных блоков, связанных друг с другом с помощью хеш-шифрования. Эти информационные блоки имеют определенный размер и хранятся у каждого участника сети. Информацию в блоке можно изменять ровно до того момента, пока участники системы не придут к общему одобрению транзакции, и информационный блок не закроется для изменений.

Методика хеш-шифрования (хеширования) создает взаимосвязь между информационными блоками, данные которых не подлежат изменению. Хеш-код – это уникальный комплект буквенных и цифровых знаков, присущих конкретному блоку информации. Исправление одного знака в хеш-коде влечет изменение в других информационных блоках.

Таким образом, blockchain - это методика распределения информации по информационным блокам с определенным объемом и уникальным хеш-кодом. Эта система хранения и шифрования информации доступна каждому пользователю сети.

Smart-контракты – это программные алгоритмы в системе blockchain, автоматически начинающие свою работу при выполнении определенного правила «если… то». Эти технологии применяются в бизнесе для управления бизнес-соглашениями без посредников. Примером может служить выполнение требований аккредитива. Например, «ЕСЛИ товар поступил перевозчику, ТО происходит оплата товара».

Криптографическая защита – система ключей, однозначно идентифицирующая каждого клиента сети. Один общий ключ для всех пользователей сети для доступа и ознакомления с информацией. Второй уникальный личный ключ, которым инициатор сделки подписывает транзакцию. Второй участник сделки может расшифровать транзакцию с помощью общего ключа и ознакомиться с ней, изменить информацию он не сможет.

Транзакция – это не сделка, просьба не путать с понятием из финансов и менеджмента. В сфере блокчейна, транзакция – это операция сохранения данных в цепи, в процессе которой происходит передача информации между соучастниками. Отправка трансакции происходит после её подписания цифровой подписью посредством личного ключа. Подтвержденная транзакция включается в информационный блок цепочки (blockchain), к которому имеют доступ все пользователи.

Алгоритм работы блокчейн

Этап 1. Создание транзакции предполагает регистрацию следующей информации:

• идентификация участников трансакции
• предмет транзакции
• дата и время транзакции
• место проведения сделки
• условия проведения транзакции

Этап 2. Одобрение

Большинство пользователей сети подтверждает действительность транзакции, и запись закрывается для изменений. Правила подтверждения устанавливаются системой перед процедурой.

Этап 3. Увязка блоков в цепь

После достижения согласия большинства участников, транзакция сохраняется в информационный блок (модуль), куда также привносится криптографический хеш-ключ. Ключ связывает блоки blockchain в одну цепочку. Если намеренно или случайно содержимое информационного модуля меняется, значение хеша автоматически видоизменяется. Этот алгоритм помогает обнаружить фальсификацию информации.

Информационные модули в цепочке крепко связаны, возможности их редактирования нет. Каждый дополнительный модуль усиливает защиту предшествующего информационного пакета и цепочки в целом.

Этап 4. Доступ к цепочке информации

Система распределяет среди пользователей сети последнюю версию центрального реестра. Каждый участник имеет доступ к записям и является гарантом неизменности и сохранности информации.

Виды блокчейн сетей

В блокчейн существуют четыре основных вида сетей:

• открытые
• закрытые
• открытые с разным уровнем разрешений
• консорциумы

Открытые блокчейны разрешают примкнуть каждому. Они не требуют выполнения каких-либо условий и получения разрешения. Все участники blockchain имеют равные права на работу с информацией. В создании и обороте криптовалют Bitcoin, Ethereum и Litecoin задействованы именно открытые блокчейны.

Закрытые блокчейны патронируются одним хозяином. Компания-держатель определяет, требования к участникам и их права в сети. Закрытые блокчейны имеют ограничения доступа, поэтому распределены частично. Примером частного blockchain является Ripple – платформа-обменник диджитал валюты. Или еще можно привести пример использования blockchain в системе госконтрактов. С одной стороны система открыта для сторонних пользователей. Но доступ к некоторым данным открыт не для всех.

Открытый блокчейн с разным уровнем разрешений имеет свойства открытых и закрытых сетей. Компания-хозяин открывает доступ к общим данным и регулирует доступ к закрытым данным. Держатели системы используют smart-контракты, разрешающие сторонним пользователям убедиться в проведении частных транзакций. Например, гибридные blockchain разрешают общий доступ к диджитал валюте, сохраняя закрытый доступ к фиатной валюте.

Блокчейн консорциумами управляет группа организаций. Консорциум компаний разделяет ответственность за работу blockchain и определяет права доступа к данным, децентрализуя хранение информации. Компании-совладельцев объединяет общая цель. Например, Global Shipping Business Network - это некоммерческий блокчейн консорциум, развивающий цифровизацию в судоходной отрасли и способствующий взаимодействиям операторов морских перевозок.

Сфера применения

Ниже описаны распространенные направления развития блокчейн технологий:

Главное направление – это криптоиндустрия. В этой сфере блокчейн стал технологической основой выпуска и существования криптовалют. Многие из них: Bitkoin, Ethereum имеют уже глобальный характер обращения.

NFT (криптографические уникальные токены) – сертификаты, подтверждающие права владельца на предметы цифрового искусства: музыкальные произведения, фотографии, живопись, гифки. Этот вид цифровых активов был самым популярным в 2021 году. Их можно купить на международных торговых он-лайн площадках, таких как OpenSea, Rarible и др. Товарооборот NFT вырос до нескольких миллиардов долларов США. По разным прогнозам, к 2025 году сектор NFT достигнет 20% объема капитализации мирового крипторынка.

В банковской сфере блокчейн меняет многие бизнес-процессы. Процедуры становятся безопаснее, надежнее и прозрачнее. Денежные переводы, расчеты при сделках с ценными бумагами, аккредитивы, идентификация клиентов, рутинный документооборот - эти операции постепенно исчезают из работы банков с приходом этой технологии. Банки часто недооценивают потенциал блокчейна. Повсеместное его внедрение, возможность децентрализовать информационные потоки приведет к ликвидации некоторых участников мировой финансовой системы.

В сфере кибербезопасности технология блокчейн связывает в единой базе реальные идентификационные и криптографические данные. Например, существует стартап но основе блокчейна, который помогает риэлторским компаниям: упрощает управление данными, сокращает время на поиск. Конфиденциальность и прозрачность информации растут. Другое применение – начисление денежных бонусов в криптовалюте Ethereum исходя из показателей репутации участников блокчейн сети.

Удостоверение личности на базе блокчейн технологии станет уже реальностью при жизни современного поколения. Цифровой профиль человека будет использоваться для идентификации личности. Большой перечень государственных услуг уже готов, доступ к которым может быть осуществлен посредством цифрового профиля.

Энергетические компании создают на базе блокчейн платформы электронной коммерции для торговли носителями энергии. Также существуют торговые он-лайн площадки для купли-продажи электроэнергии между частными лицами. Владельцы домов на солнечных батареях, например, используют этот интернет-ресурс для реализации излишков солнечной энергии соседям. Процесс практически полностью автоматизирован. Умные счетчики генерируют записи, блокчейн запоминает операции.

Мультимедиа компании используют блокчейн для контроля за использованием авторских прав. Проверка прав на интеллектуальную собственность авторов помогает корректно определять гонорар создателей. Для фиксации операций с контентом, защищенного авторским правом, продажи или передачи в пользование требуется всего несколько записей. Sony Music Entertainment Japan обращается к блокчейн сервисам для совершенствования защиты авторских прав.

В сфере интернет-развлечений еще одно применение блокчейна. Классические онлайн-игры GameFi, устанавливают новую экономику play-to-earn (играй, чтобы заработать) и записывают в блокчейн весь сценарий игры.

Розничная торговля активно применяет блокчейн для контроля перемещения товаров от поставщика к покупателю. Например, Amazon получила патент на систему распределенного реестра на базе технологии блокчейн. Это программное обеспечение будет использоваться для определения подлинности товаров, продаваемых на интернет-площадке. Поставщики смогут отображать цепочки поставок, позволяя производителям, курьерам, дистрибьюторам, конечным и вторичным пользователям добавлять события в реестр.

Также благодаря smart-контрактам теперь можно отслеживать цепочку поставок и проверить подлинность товара — где и кем он был произведен, как и когда доставлен в магазин. Этот алгоритм полностью исключает контрафакт, помогает узнать год выпуска товара, компанию-производителя, соответствие сертификатам и т.д.

В сфере медицины и фармацевтики блокчейн технологии управляют цепочками поставок, полностью исключая контрафакт, контролируют распределение донорских органов, совершенствуют процедуры выставления счетов и страхования и прохождение других бизнес-процессов. В сфере обслуживания пациентов помогают их удаленному мониторингу, хранят медицинские карты в электронном виде. В сфере эксперементальной науки сохраняют данные клинических и биомедицинских экспериментов, ускоряют анализ медицинских данных и др.

В производственном секторе экономики применение блокчейн технологии просто безгранично. Это отслеживаемость запасов, управление жизненным циклом продукта, автоматизация бизнес-процессов и документооборота, логистика и управление грузоперевозками, управление техническим обслуживанием и ремонтами оборудования, интернет вещей и многое многое другое.

Преимущества и недостатки блокчейна

Технология блокчейн обладает, как любое явление нашей жизни, как достоинствами, так и недостатками. Начнем с недостатков:

• дороговизна технологии
• энергозатратность
• неопределенный правовой статус
• слабая масштабируемость
• низкая распространенность
• опасность мошенничества

Высокая энергозависимость технологии блокчейн делает ее дорогостоящей. Технология блокчейн существенно экономит средства на оплате услуг посредников. В то же время, внедрение системы является очень затратным.

Правовой статус технологии блокчейн и криптовалюты на территории большинства стран находится за пределами законодательного регулирования. В Российской Федерации по состоянию на осень 2022 года действуют три законодательных акта, на рассмотрении в Думе - Закон «О цифровой валюте». Пока официальный статус криптовалют и цифровых активов в России размыт и не ясен.

Масштабируемость является еще одним ограничением из-за размера публичной блокчейн сети. В случае перегруженности базы скорость транзакций существенно снижается. К примеру, в системе биткоин одна операция может совершаться 4–5 часов и более.

Низкая распространенность. Технология Blockchain еще не введена в действие повсеместно, поэтому в некоторых бизнес-проектах может функционировать очень медленно.

Опасность мошеннических действий. На территории Российской Федерации уже выявлены мошеннические схемы, скрывающие истинные источники доходов под модными словами: блокчейн, криптовалюта, токены. Мошенники оперируют такими понятиями, как польза для общества и экономики, государственного управления, бизнеса и производства.

Часто схема выстраиваемых отношений имеет вид сетевого маркетинга. Привлекаемые партнеры и сетевые агенты обязаны купить «лицензии», права на такую деятельность у компании-организатора блокчейна. Их клиенты получают доход от продажи N-ного количества токенов, криптовалют и т.д. Доход от операций с крипто и фиатными валютами поступает в распоряжение организаторов такой криптопирамиды.

С другой стороны, децентрализация, консенсус, криптография – базис, который создает максимально безопасные условия работы. Возможности вмешаться в рабочие процессы со стороны нет. Ни один пользователь не сможет внести изменения в записи.

Технология блокчейн также обладает дополнительными преимуществами:

• открытость и прозрачность информации
• быстрый аудит
• повышенная эффективность
• равенство участников
• отсутствие посредников и низкие комиссии
• универсальность применения

Открытость и прозрачность информации – это парадокс блокчейна. Данные неизвестны никому, но посмотреть их может каждый. Отсюда вытекает возможность быстрого аудита операций: все данные доступны, поиск нужных записей занимает несколько минут, анализ и сопоставление чуть больше.

Прозрачность блокчейн технологии и применение smart-контрактов, ускоряют бизнес-процессы между коммерческими структурами. Наглядным примером является проведение международного аккредитива между S7 Airlines и «Альфа Банком» в виде трансакции через блокчейн Ethereum за 23 секунды вместо обычных 14 дней.

Блокчейн - это равные права участников. Реплики всех блоков blockchain размещены на сотнях тысяч компьютеров мира, образуя единую сеть. Все пользователи сети равны друг другу в правах и обязанностях. Они могут одинаково как исполнять, так и припирать их.

Существует, однако, такая теоретическая возможность – «атака 51%». Если определенный круг пользователей войдет в сговор и сконцентрирует в своих руках 51% вычислительных мощностей, она использует сеть в корыстных целях и будет подтверждать только выгодные для себя операции. Пока в истории блокчейна прецендентов не было.

В блокчейн участники работают напрямую между собой. Для торговых операций и транзакций не нужны посредники, что упрощает и удешевляет процесс. Да, посредники в системе блокчейн тоже существуют, но несколько в ином виде. Майнеры или валидаторы – это физические или юридические лица, которые за вознаграждение предоставляют свои оборудование и вычислительные мощности для реализации блокчейн операций. Конкуренция высокая, поэтому вознаграждения на порядок ниже.

Прогнозы на будущее в России и за рубежом

По итогам 2021 года объем мирового рынка блокчейн технологий достиг уровня в 4,9 миллиардов долларов. Затраты на блокчейн растут. Динамика сохранится и в последующие годы, как предсказывают эксперты. Блокчейн рынок будет увеличиваться каждый год на 70% и к 2026 году составит почти 68 миллиардов долларов. Условия для роста создают следующие факторы:

• рост венчурных инвестиций в блокчейн проекты
• внедрение в области кибербезопасности и в финансовом секторе
• применение блокчейна для цифрового подтверждения личности, платежей, Smart контрактов
• рост количества государственных блокчейн проектов
• объединение технологий блокчейна, искусственного интеллекта и интернета вещей
• рост запросов на анализ данных в режиме реального времени и предиктивное обслуживание систем

Также аналитики отмечают два существенных фактора, противодействующих развитию рынка блокчейна:

• непроработанная правовая база регулирования рынка
• высокие затраты на внедрение технологий

С каждым годом все больше компаний задумываются о внедрении блокчейн платформ. Их привлекает безопасность, скорость и автоматизация бизнес-процессов, снижение расходов на создание добавочной ценности.