Τι Είναι η Τεχνολογία Blockchain και Πώς Λειτουργεί;

Τα blockchain είναι βάσεις δεδομένων. Αντί να αποθηκεύονται σε έναν κεντρικό διακομιστή στον οποίο έχουν πρόσβαση όλοι οι χρήστες, τα αρχεία ενός blockchain αποθηκεύονται στους υπολογιστές των χρηστών σε όλο τον κόσμο. Αυτό καθιστά το blockchain μια κατανεμημένη βάση δεδομένων με αρχιτεκτονική peer-to-peer. «Κατανεμημένη» σημαίνει ότι τα δεδομένα αποθηκεύονται σε πολλές τοποθεσίες και «peer-to-peer» (ελληνιστί «ομότιμη») σημαίνει ότι δεν υπάρχει κεντρική αρχή που να κατέχει ένα πρωτότυπο αντίγραφο των δεδομένων.

Το Bitcoin του Satoshi Nakamoto δεν ούτε η πρώτη κατανεμημένη ούτε η πρώτη peer-to-peer βάση δεδομένων. Δεν είναι η πρώτη αλυσίδα blockchain. Αποτελεί όμως τη βάση για το πρώτο σύγχρονο κρυπτονόμισμα και είναι η αφετηρία για τα blockchain που ακολούθησαν.

Πώς Λειτουργεί Το Blockchain;

Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να αποθηκεύσουμε δεδομένα σχετικά με μια παρτίδα πόκερ σε μια βάση δεδομένων. Θα ξεκινήσουμε αντιστοιχίζοντας σε κάθε ένα από τα χαρτιά της τράπουλας έναν αριθμό: το 1 είναι ο άσος μπαστούνι, το 2 είναι το 2 μπαστούνι, το 3 είναι το 3 μπαστούνι, μέχρι το 52, ο βασιλιάς κούπα. Το χέρι σας μπορεί να μοιάζει ως εξής:

Εγγραφή	Τιμή φύλλου
1	12
2	44
3	4
4	31
5	27

Σκεφτείτε τους αριθμούς εγγραφών ως τους αριθμούς σειρών σε ένα υπολογιστικό φύλλο. Οι προγραμματιστές βάσεων δεδομένων τα αποκαλούν αρχεία και οι προγραμματιστές blockchain τα αποκαλούν μπλοκ. Σειρά, εγγραφή, μπλοκ – όλα αναφέρονται σε ένα μόνο κομμάτι δεδομένων. 

Το χέρι του αντιπάλου σας θα καταλάβει τις σειρές 6-10, ένα άλλο χέρι μπορεί να αποθηκευτεί στις σειρές 11-15, και ούτω καθεξής. Έτσι, αν θέλετε να προσδιορίσετε για ποιο χέρι μιλάτε, πρέπει μόνο να πείτε στη βάση δεδομένων σε ποια σειρά βρίσκεται το πρώτο φύλλο.

Σύνδεσμοι στην Αλυσίδα

Φυσικά, σε μια κατανεμημένη βάση δεδομένων peer-to-peer, άλλοι χρήστες μπορεί να μοιράζουν τα χέρια τους την ίδια στιγμή που μοιράζετε εσείς. Τα χαρτιά σας είναι απίθανο να εμφανίζονται σε διαδοχικές σειρές. Έτσι, μπορούμε να προσθέσουμε δείκτες στο προηγούμενο και στο επόμενο φύλλο για να συνδέσουμε τα δεδομένα σε μια αλυσίδα:

Εγγραφή	Τιμή φύλλου	Προηγούμενο φύλλο	Επόμενη φύλλο
15	12	0	37
37	44	15	118
118	4	37	121
121	31	118	199
199	27	121	999

Το πρώτο φύλλο στο χέρι σας αποθηκεύεται στη σειρά 15. Η τιμή του φύλλου είναι 12, που το καθιστά τη ντάμα μπαστούνι. Δεν υπάρχει προηγούμενη σειρά στο χέρι σας, οπότε βάζουμε ένα 0 στη στήλη «Προηγούμενο φύλλο». Το επόμενο φύλλο αποθηκεύεται στη σειρά 37.

Ρίχνουμε λοιπόν μια ματιά στη σειρά 37. Και αυτή, επίσης, προσδιορίζει ένα μόνο φύλλο, δείχνει στη σειρά όπου βρίσκεται το προηγούμενο φύλλο (15) και δείχνει στο επόμενο φύλλο, το οποίο αποθηκεύεται στη σειρά 118.

Στην επιστήμη των υπολογιστών, αυτή η δομή είναι γνωστή ως διπλά συνδεδεμένη λίστα, επειδή συνδέει τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω. Οι δείκτες αποθηκεύονται στη βάση δεδομένων ως δεδομένα μαζί με την τιμή του φύλλου.

Διασφάλιση των Δεδομένων

Δεν υπάρχει τίποτα που να εμποδίζει εμάς – ή τους χάκερ – να αλλάξουμε τις αξίες των φύλλων. Με τη συγκεκριμένη βάση δεδομένων η εξαπάτηση είναι σχετικά εύκολη. Οποιοσδήποτε έχει πρόσβαση στη βάση δεδομένων θα μπορούσε να αλλάξει τις τιμές των τεσσάρων πρώτων φύλλων του χεριού σας σε 1, 14, 27, 40 – δηλαδή τέσσερις άσσους.

Μπορούμε να προστατευτούμε από σφάλματα δεδομένων και χάκερ προσθέτοντας μια στήλη. Για κάθε σειρά, θα προσθέσουμε μια στήλη που περιέχει το άθροισμα των τιμών των φύλλων, ως εξής:

Εγγραφή	Τιμή φύλλου	Προηγούμενο φύλλο	Επόμενη φύλλο	Άθροισμα ελέγχου
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

Βλέπετε πώς λειτουργεί; Για το δεύτερο φύλλο μας, η τιμή του αθροίσματος ελέγχου είναι 56, η οποία είναι το άθροισμα των τιμών των δύο πρώτων φύλλων, του 12 και του 44. Το άθροισμα ελέγχου για το φύλλο τρία είναι το άθροισμα των δύο επόμενων φύλλων. Κάθε φορά που διαβάζουμε την τιμή ενός φύλλου μπορούμε να υπολογίζουμε το άθροισμα ελέγχου και να το συγκρίνουμε με το άθροισμα ελέγχου που είναι αποθηκευμένο στη βάση δεδομένων. Εάν δεν είναι το ίδιο, γνωρίζουμε ότι τα δεδομένα έχουν αλλοιωθεί.

Τα τσιπ μνήμης μέσα στον υπολογιστή και το smartphone σας ανιχνεύουν τα σφάλματα χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα. Το συγκεκριμένο σύστημα χρησιμοποιείται επίσης για την ανεύρεση σφαλμάτων στον σκληρό σας δίσκο.

Αυτό το απλό σύστημα αθροισμάτων ελέγχου αποτελεί βασικό συστατικό της τεχνολογίας blockchain. Είναι γνωστό στους πρωτοετείς φοιτητές πληροφορικής.

Είναι επίσης εξευτελιστικά ευάλωτο στους χάκερ. Οποιοσδήποτε έχει επαρκή δικαιώματα πρόσβασης για να αλλάξει τις τιμές των φύλλων θα μπορούσε επίσης να τροποποιήσει τα αθροίσματα ελέγχου για να καλύψει τη δουλειά του. Επίσης, ένας χάκερ θα μπορούσε να αλλάξει τους δείκτες «προηγούμενο φύλλο» και «επόμενο φύλλο» για να αντικαταστήσει ένα φύλλο στο χέρι σας με ένα φύλλο που είναι αποθηκευμένο σε διαφορετική σειρά. 

Ο Nakamoto προέβλεψε αυτά τα τρωτά σημεία στην αρχιτεκτονική του blockchain. Αντί να χρησιμοποιήσει απλή προσθήκη για τη δημιουργία αθροισμάτων ελέγχου και την παρακολούθηση συνδέσμων στην αλυσίδα των δεδομένων, ο Nakamoto χρησιμοποίησε μια κρυπτογραφική διαδικασία που ονομάζεται «κατακερματισμός».

Κατακερματισμός και Κρυπτογράφηση

Ο κατακερματισμός δημιουργεί ένα μοναδικό αναγνωριστικό συνδυάζοντας την τιμή της προηγούμενης εγγραφής με την τιμή της τρέχουσας εγγραφής σε μια μονόδρομο μαθηματική διαδικασία που καταλήγει σε μια τιμή κατακερματισμού όπως το 06C4D99F32047. Ονομάζεται μονόδρομος επειδή δεν υπάρχει καμία αντίστοιχη μαθηματική διαδικασία που να μετατρέπει το 06C4D99F32047 πίσω στα αρχικά δεδομένα.

Σε ένα blockchain, η τιμή κατακερματισμού για κάθε μπλοκ βασίζεται στην τιμή κατακερματισμού του προηγούμενου μπλοκ, η οποία βασίζεται στην τιμή κατακερματισμού του προηγούμενου μπλοκ, μέχρι το μπλοκ 0 του Nakamoto. Μπορείτε να υπολογίσετε την τιμή κατακερματισμού για οποιοδήποτε μπλοκ και να τη συγκρίνετε με την τιμή κατακερματισμού που είναι αποθηκευμένη στο μπλοκ. Αν δεν ταιριάζουν, τα δεδομένα έχουν αλλοιωθεί.

Σε μια συμβατική βάση δεδομένων, κάποιος θα μπορούσε να αλλοιώσει τα δεδομένα, στη συνέχεια να υπολογίσει νέες τιμές κατακερματισμού και να τις εισάγει σε επόμενα μπλοκ ή εγγραφές για να αποκρύψει τα αποτελέσματα. Αυτό δεν λειτουργεί με μια κατανεμημένη, peer-to-peer βάση δεδομένων τύπου blockchain, επειδή ο χάκερ θα έπρεπε να αλλάξει ταυτόχρονα αντίγραφα της βάσης δεδομένων που είναι αποθηκευμένα σε εκατοντάδες ή χιλιάδες υπολογιστές.

Μια συνέπεια αυτού είναι ότι, αν και είναι δυνατή η προσθήκη νέων μπλοκ δεδομένων στην αλυσίδα του blockchain, τα προηγούμενα μπλοκ δεν μπορούν να διαγραφούν ή να τροποποιηθούν. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορείτε να στείλετε στον εαυτό σας 100.000 δολάρια σε Bitcoin και να διαγράψετε τη συναλλαγή.

Κάθε συναλλαγή στο blockchain επικυρώνεται με τη χρήση αυτού του μηχανισμού κατακερματισμού.

Επιπλέον, ο Nakamoto εφάρμοσε κρυπτογράφηση για να διασφαλίσει ότι τα δεδομένα που αποθηκεύονται στο blockchain θα είναι ορατά από κάθε χρήστη, αλλά θα μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν μόνο από εκείνους που έχουν τα κατάλληλα κλειδιά αποκρυπτογράφησης. Χωρίς το κλειδί, το μόνο που βλέπετε είναι μια ροή από ανούσιους χαρακτήρες.

Η Δύναμη της Τεχνολογίας Blockchain

Η τεχνολογία blockchain καθιστά τα δεδομένα ιδιωτικά, μόνιμα και επαληθεύσιμα. Το αρχείο των δεδομένων και των συναλλαγών είναι δημόσιο, αλλά η κρυπτογράφηση το προστατεύει από τα αδιάκριτα βλέμματα και την αλλοίωση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η αλυσίδα μπλοκ του Bitcoin αναφέρεται συχνά ως το «ανοιχτό καθολικό» του Bitcoin.

Όλος αυτός ο κατακερματισμός και η κρυπτογράφηση απαιτούν πολλούς υπολογιστικούς πόρους. Η επεξεργασία είναι αργή. Παγκοσμίως, ολόκληρο το δίκτυο blockchain του Bitcoin περιορίζεται στην διεκπεραίωση 4,6 συναλλαγών ανά δευτερόλεπτο. Οι εταιρείες πιστωτικών καρτών επεξεργάζονται συνήθως κατά μέσο όρο 1.700 TPS (συναλλαγές το δευτερόλεπτο) και ισχυρίζονται ότι είναι σε θέση να χειριστούν 56.000 TPS. Το όριο των 4,6 TPS είναι η κύρια πηγή του προβλήματος κλιμάκωσης του Bitcoin. Οι επιστήμονες πληροφορικής εργάζονται πάνω σε αυτό.

Το δίκτυο υπολογιστών που επικυρώνει τις συναλλαγές Bitcoin λέγεται ότι καταναλώνει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από την Ελβετία.

Πολλοί από τους κόμβους επικύρωσης συναλλαγών του Bitcoin εκτείνονται σε ολόκληρo τo blockchain, το οποίο σήμερα είναι περίπου 250 GB δεδομένων. Αυτοί είναι γνωστοί ως πλήρεις κόμβοι. Το δίκτυο περιλαμβάνει επίσης κόμβους SPV που εκτελούν «απλοποιημένη επαλήθευση πληρωμών» (Simple Payment Verification, ή αλλιώς SPV). Δεν υπάρχει απλός τρόπος για την καταμέτρηση των κόμβων. Ένας ιστότοπος που ονομάζεται Bitnodes παρέχει μια ενημερωμένη καταμέτρηση των κόμβων που είναι επί του παρόντος συνδεδεμένοι και προσβάσιμοι, αλλά μια γρήγορη αναζήτηση στο Google δείχνει ότι οι ειδικοί παρέχουν εκτιμήσεις για τον αριθμό των κόμβων που κυμαίνονται από 6.000 έως 200.000. Κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά πόσοι είναι.

Όλα Για το Ethereum

To πιο ευρέως χρησιμοποιούμενo blockchain είναι το Ethereum, το οποίο περιλαμβάνει τροποποιήσεις που το καθιστούν πιο ευέλικτο από την αλυσίδα του Bitcoin. Το Ethereum διαθέτει το δικό του κρυπτονόμισμα – το Ether – αλλά οι προγραμματιστές έχουν δημιουργήσει πολλά πρόσθετα κρυπτονομίσματα που τρέχουν στην αλυσίδα του Ethereum. Η πλατφόρμα χρησιμοποιείται επίσης για πολλά είδη εφαρμογών εκτός από το εικονικό χρήμα.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα του Ethereum είναι ότι μπορεί να περιέχει εκτελέσιμα προγράμματα εκτός από δεδομένα. Αυτά τα προγράμματα είναι γνωστά ως «έξυπνες συμβάσεις» (smart contracts). Για παράδειγμα, μια έξυπνη σύμβαση για φιλανθρωπική προσφορά θα μπορούσε να συμψηφίζει όλα τα Ether που προστέθηκαν στο λογαριασμό σας αυτό το μήνα και να στέλνει το 10% στην εκκλησία ως δωρεά.

Όπως και η αλυσίδα του Bitcoin, το Ethereum είναι απαραβίαστο. Η εταιρεία κατασκευής πολυτελών ρολογιών Breitling δίνει στους ιδιοκτήτες των ρολογιών της ψηφιακά πιστοποιητικά που αποδεικνύουν τη γνησιότητά τους. Εάν πουλήσετε το ρολόι, μπορείτε να μεταβιβάσετε το πιστοποιητικό στον νέο ιδιοκτήτη, δημιουργώντας μια επαληθεύσιμη αλυσίδα ιδιοκτησίας. Η τεχνολογία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό της προέλευσης των τροφίμων στο παντοπωλείο, παρακολουθώντας κάθε μεταφορά. Όλο και περισσότεροι άνθρωποι ενδιαφέρονται για την ηθική προμήθεια (ethical sourcing) και το blockchain μπορεί να αποτελέσει μέρος αυτού.

Το 2020, το Associated Press δημοσίευσε λεπτό προς λεπτό τα αποτελέσματα των αμερικανικών προεδρικών εκλογών στην αλυσίδα του Ethereum για να δημιουργηθεί ένα αμετάβλητο αρχείο με τις επαληθευμένες επίσημες καταμετρήσεις των ψήφων.

Η αλυσίδα του Ethereum διαχειρίζεται περίπου 30 TPS (συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο). Οι προγραμματιστές εργάζονται σκληρά σε μελλοντικές εκδόσεις του Ethereum που θα χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται sharding για την ταυτόχρονη εκτέλεση πολλαπλών blockchains, με ενοποιημένες συναλλαγές που θα αναρτώνται ασύγχρονα στο κεντρικό blockchain. Οι προγραμματιστές ελπίζουν ότι οι νέες εκδόσεις της αλυσίδας του Ethereum θα διαχειρίζονται έως και 100.000 TPS.

Επειδή το Ethereum εκτελεί έξυπνες συμβάσεις, χρησιμεύει ως πλατφόρμα για πολλές εφαρμογές που σχετίζονται με τα blockchain. Οι περισσότερες αποκεντρωμένες εφαρμογές που βασίζονται σε blockchain – ειδικά οι αποκεντρωμένες οικονομικές εφαρμογές – βασίζονται στην κύρια αλυσίδα του Ethereum ή σε ιδιωτικές αλυσίδες Ethereum.

Το Ethereum είναι επίσης η κορυφαία επιλογή για εταιρείες που θέλουν να εφαρμόσουν οικονομίες που βασίζονται σε tokens (εναλ. «διακριτικά»). Για παράδειγμα, μια εταιρεία μπορεί να εφαρμόσει ένα πρόγραμμα αφοσίωσης στο οποίο οι πελάτες λαμβάνουν κέρματα Acme με κάθε αγορά. Στη συνέχεια, θα μπορούσε να υπάρξει ένα κατάστημα δώρων στο οποίο τα νομίσματα Acme θα ανταλλάσσονται με κάποια οφέλη. Η εταιρεία θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα δίκτυο εταιρειών που δέχονται επίσης κέρματα Acme, δίνοντας στα token μια de facto αξία, παρόλο που δεν μπορούν να ανταλλάσσονται με δολάρια ή ευρώ.

Παράλληλα, η προδιαγραφή ERC-721 του Ethereum ορίζει ένα πρωτόκολλο για τη δημιουργία non-fungible tokens (δηλαδή «μη ανταλλάξιμα» ή «μη αντικαταστάσιμα» tokens, αλλιώς NFTs). Είναι η βάση της NFT αγοράς.

Άλλα Blockchains

Το Bitcoin και το Ethereum είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα blockchain, αλλά τώρα υπάρχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες άλλα, όλα βασισμένα στην αρχική ιδέα του Nakamoto. τα blockchain μπορούν να είναι δημόσια, όπως η αλυσίδα του Bitcoin, ή ιδιωτικά, τα οποία χρησιμοποιούνται για εσωτερική διαχείριση δεδομένων.

Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει πολλές παραλλαγές της βασικής αρχιτεκτονικής blockchain. Πολλές περιλαμβάνουν καινοτομίες για την υποστήριξη ταχύτερης επεξεργασίας, μεγαλύτερης επεκτασιμότητας ή χαμηλότερων τελών συναλλαγής. Οι μηχανισμοί συναίνεσης, ο συντονισμός κατώτερων υποαλυσίδων, τα ιδιωτικές blockchain και άλλες βασικές τεχνολογίες εξετάζονται σε πρότζεκτ σε ολόκληρο τον κόσμο των κρυπτονομισμάτων.

Τι είναι ένα Blockchain; Τώρα Γνωρίζετε

Ποιος είναι ο ορισμός του blockchain; Πώς λειτουργεί η τεχνολογία blockchain; Ελπίζουμε ότι αυτή η παραπάνω επεξήγηση έχει αυξήσει την κατανόηση και την εκτίμησή σας για αυτήν την αξιοσημείωτη, επαναστατική αρχιτεκτονική βάσεων δεδομένων peer-to-peer και τις εφαρμογές της.