Какво e блокчейн технология и как работи?

Блокчейн е вид технология, представляваща съвкупност от бази данни. Вместо обаче те да се съхраняват на централен сървър, който е достъпен за всички потребители, записите в блокчейн се съхраняват на компютрите на потребителите по целия свят. Това превръща блокчейн в разпределена база данни с Р2Р архитектура. Понятието „разпределена“ тук означава, че данните се съхраняват на много места, а „Р2Р“ означава, че в системата няма централен орган, където да се поддържа основно копие на данните.

Интересно е, че всъщност Биткойн, създаден от Сатоши Накамото, не използва първия в света блокчейн и не е първата разпределена база данни от типа Р2Р. Но пък нейния блокчейн служи като основополагаща точка за първата съвременна криптовалута и е отправна точка за развитието на блокчейн.

Как работи блокчейнът?

Нека предположим, че искаме да съхраним данни за определена ръка от играта на покер в база данни. За начало ще трябва да обозначим всяка една от картите в тестето: 1 е асо пика, 2 е двойка пика, 3 тройка пика и така чак до 52, поп купа. Ръката ви може да изглежда по следния начин:

Запис	Стойност на картата
1	12
2	44
3	4
4	31
5	27

Трябва да гледате на цифрите като на цифри от част от редовете в електронна таблица. Програмистите на бази данни ги наричат записи, а програмистите на блокчейн ги наричат блокове. Ред, запис, блок – всички те се отнасят до едно парче данни.

Ръката на опонента ви ще заеме редове 6-10, друга ръка може да се съхранява в редове 11-15 и т.н. Така че, ако искате да уточните за коя ръка става дума, трябва само да кажете на базата данни на кой ред се намира първата карта.

Връзки във веригата

Разбира се, в разпределената база данни от тип Р2Р едновременно заедно с други потребители можете да работите с ръцете. Малко вероятно е вашите карти да се появят в последователни редове. Затова можем да добавим указатели към предишните и следващите карти, за да свържем данните във верига:

Запис	Стойност на картата	Предишна карта	Следваща карта
15	12	0	37
37	44	15	118
118	4	37	121
121	31	118	199
199	27	121	999

Първата карта в ръката ви се съхранява в ред 15. Стойността на картата е 12, което я прави дама пика. В ръката ви няма предишен ред, затова поставяме 0 в колоната „Предишна карта“. Следващата карта се съхранява в ред 37.

Поглеждаме към ред 37. Той също посочва една карта, посочва реда, на който може да се намери предишната карта (15), и посочва следващата карта, която се съхранява в ред 118.

В компютърните науки и информационните технологии тази структура е известна като двойно свързан списък, тъй като свързва както напред, така и назад. Указателите се съхраняват в базата данни като данни заедно със стойностите на картите.

Защита на данните

Какво пречи на вас или на хакерите да променят стойностите на картите – НИЩО. Тази база данни улеснява измамата. Всеки, който има достъп до базата данни, може да промени стойностите на първите четири карти в ръката ви на 1, 14, 27, 40 – това са четири аса.

Можем да се предпазим от грешки в данните и от хакери, като добавим колона. За всеки ред ще добавим колона, която ще съдържа сумата от стойностите на картите, както е показано по-долу:

Запис	Стойност на картата	Предишна карта	Следваща карта	Контролна сума
15	12	0	37	12
37	44	15	118	56
118	4	37	121	48
121	31	118	199	35
199	27	121	999	58

Виждате ли какво се случи? Стойността на контролната сума на втората ни карта е 56, което е сумата от стойностите на първите две карти – 12 и 44. Контролната сума за третата карта е сумата от следващите две карти. Всеки път, когато прочетем стойността на картата, можем да изчислим контролната сума и да я сравним с контролната сума, записана в базата данни. Ако те не са еднакви, знаем, че данните са били подправени.

Чиповете на паметта в компютъра и смартфона ви откриват грешки с помощта на тази система. Тази система се използва и за откриване на грешки и в твърдия диск.

Тази проста система за контролна сума е съществена част от блокчейн технологията. Тя е добре позната на студентите от първи курс по информатика.

Въпреки това е изненадващо уязвима за хакери. Всеки, който има достатъчно права за достъп да променя стойностите на картите, може да променя и контролните суми, с което да скрие измамата си. Или хакерът би могъл да промени указателите „предишна карта“ и „следваща карта“, за да замени карта в ръката ви с карта, съхранявана в друг ред. 

Накамото е предвидил тези уязвимости в своята блокчейн архитектура. Вместо да използва просто добавяне за създаване на контролни суми и проследяване на връзките във веригата от данни, той използва криптографски процес, наречен „хеширане“. 

Криптиране и хеширане

Хеширането е процес, при който се създава уникален идентификатор чрез комбиниране на стойността на предишния запис със стойността на текущия запис в еднопосочен математически процес, в резултат на което се получава хеш стойност като 06C4D99F32047. Нарича се еднопосочен, защото няма съвпадащ математически процес, който да превърне 06C4D99F32047 обратно в оригиналните данни.

Поглеждайки към блокчейн, хеш стойността за всеки блок се основава на хеш стойността на предишния блок, която се основава на хеш стойността на блока преди него, и така чак до първия блок, създаден от Накамото. Можете да изчислите хеш-стойността за всеки блок и да я сравните с хеш-стойността, която се съхранява в блока. Ако те не съвпадат, значи данните са били подправени.

В една обикновена база данни човек може да подправи данните, след което да изчисли нови хеш стойности и да ги вкара в следващите блокове или записи, за да скрие последиците. Това не работи при разпределената база данни на блокчейн, защото хакерът ще трябва едновременно да промени копията на базата данни, които се съхраняват на стотици или хиляди компютри.

Следователно, въпреки че е възможно да се добавят нови блокове данни към блокчейна, предишните блокове не могат да бъдат изтривани или променяни. Това означава, че не можете да си изпратите 100 000 долара в Биткойн и да изтриете транзакцията.

Всяка транзакция в блокчейна се валидира с помощта на този хеш механизъм. 

Освен това Накамото въвежда криптиране, за да гарантира, че съхраняваните в блокчейна данни ще могат да се виждат от всеки потребител, но ще могат да се дешифрират само от тези, които разполагат с подходящите ключове за дешифриране. Без ключа всичко, което виждате, е поток от безсмислени символи.

Силата на блокчейн технологията

Блокчейн технологията прави данните поверителни, перманентни и проверими. Записът на данните и транзакциите е публичен, но криптирането го защитава от любопитни погледи и промени. Ето защо блокчейнът на Биткойн често е наричан „отворената счетоводна книга на Биткойн“. 

Процесът хеширане и криптиране обаче има своята слабост – изисква огромно количество изчислителна способност. Случва се бавно. В световен мащаб цялата блокчейн мрежа на Биткойн е ограничена до обработката на 4,6 транзакции в секунда. Компаниите за кредитни карти рутинно обработват средно 1700 транзакции в секунда и твърдят, че са способни да обработват 56 000 транзакции в секунда. Ограничението от 4,6 транзакции в секунда е ядрото на проблема с мащабируемостта на Биткойн. Компютърните учени работят по разрешаването му.

Твърди се, че мрежата от компютри, които потвърждават транзакциите с биткойн, консумира повече електроенергия от Швейцария.

Много от възлите на Биткойн, които потвърждават транзакциите, съхраняват целия блокчейн, който понастоящем възлиза на около 250 GB данни. Те са известни като пълни възли. Мрежата включва и възли за опростено удостоверяване на плащането, които извършват опростена проверка на плащанията. Няма пряк начин за преброяване на възлите. Уебсайт, наречен Bitnodes  предоставя актуализиран брой на възлите, които в момента са онлайн и достъпни, но бързо търсене в Google показва, че според експертите броя на възлите варира от 6000 до 200 000. Никой не знае колко всъщност са те.

Всичко за Ethereum

Най-широко разпространения и използван блокчейн е Ethereum, който включва модификации, които го правят по-гъвкав от блокчейна на Биткойн. Етериум има своя собствена криптовалута – Ether – но разработчиците са създали много допълнителни криптовалути, които работят използвайки Ethereum блокчейн. Освен като виртуални пари, платформата се използва и за много видове приложения.

Едно от основните предимства на Ethereum е, че освен данни в него могат да се съхраняват и изпълними програми. Тези програми са по-известни като „интелигентни договори“. Например, интелигентен договор за плащане на десятък може да събере всички Етери, добавени към сметката ви този месец, и да изпрати 10% на църквата като дарение.

Подобно на блокчейна на Биткойн, Ethereum също е защитен от фалшифициране. Производителят на луксозни часовници Breitling предоставя на собствениците на своите часовници цифрови сертификати, които доказват автентичността им. Ако продадете часовника, можете да прехвърлите сертификата на новия собственик, създавайки проверима верига на собственост. Технологията може да се използва и за проследяване на произхода на хранителните продукти в магазина за хранителни стоки, като се проследява всяко прехвърляне. Все повече хора се интересуват от етичното снабдяване със стоки и услуги, което пък има потенциал да отвори огромен пазар за блокчейн.

През 2020 г, Асошиейтед прес публикува резултати от американските президентски избори минута по минута в блокчейна на Етериум, за да създаде неизменен запис на проверените официални гласове.

Блокчейнът на Етериум обработва около 30 транзакции в секунда. Разработчиците работят усилено по бъдещи версии на Ethereum, които ще използват техника, наречена раздробяване, за да работят едновременно с няколко блокчейна, като консолидираните транзакции ще се публикуват асинхронно в централния блокчейн. Разработчиците се надяват, че новите версии на блокчейна на Ethereum ще се справят с до 100 000 транзакции в секунда.

Тъй като Ethereum работи с интелигентни договори, той служи като платформа за много приложения, свързани с блокчейн. Повечето децентрализирани приложения, базирани на блокчейн – особено децентрализираните финансови приложения – използват основната верига на Етериум или на частни блокчейн вериги на Етериум.

Етериум също е най-подходящия избор за корпорации, които искат да внедрят в работата си токени. Например, дадена компания може да въведе програма за лоялност, в която клиентите получават Acme Coins при всяка покупка. След това може да има магазин за подаръци, в който монетите Acme да се разменят за придобивки. Компанията може да създаде мрежа от компании, които също приемат Acme Coins, като по този начин токените получават фактическа стойност, въпреки че не могат да бъдат обменени срещу долари или евро.

А спецификацията ERC-721 на Ethereum дефинира протокол за създаване на незаменими токени. Тя е в основата на пазара на NFT.

Други блокчейн-и

Безспорно Биткойн и Етериум са най-широко разпространените блокчейн вериги, но вече има стотици или дори хиляди други, всички базирани на оригиналната концепция на Накамото. Веригите с блокове могат да бъдат публични като блок-веригата на Биткойн или частни, използвани за вътрешно управление на данни.

До момента са създадени много варианти на основната архитектура на блокчейн. Много от тях включват нововъведения за по-бърза обработка, по-голяма мащабируемост или по-ниски такси за транзакции. Механизмите за консенсус, координацията на подчинените подвериги, частните блокчейн и други ключови технологии задвижват проекти в целия криптосвят.

Какво е  Блокчейн? Сега вече знаете

Какво е определението за блокчейн? Как работи блокчейн технологията? Надяваме се, че разяснението, което ви дадохме за блокчейн е повишило разбирането и оценката ви за тази забележителна, революционна архитектура на Р2Р база данни и нейните приложения.