Kas ir blokķēdes tehnoloģija un kā tā darbojas?

Blokķēdes ir datu bāzes. Tā vietā, lai blokķēdes ieraksti tiktu glabāti centrālajā serverī, kuram var piekļūt visi lietotāji, tie tiek glabāti lietotāju datoros visā pasaulē. Tas padara blokķēdi par izplatītu datu bāzi ar vienādranga arhitektūru. “Izplatīts” nozīmē, ka dati tiek glabāti vairākās vietās, un “vienādranga” nozīmē, ka nav nevienas centrālās iestādes, kas glabātu datu pamatkopijas. 

Satoši Nakamoto Bitcoin blokķēde nav pirmā izplatītā datu bāze, tā nav pirmā vienādranga datubāze un tā nav pirmā blokķēde. Taču tā kalpo par pamatu pirmajai modernajai kriptovalūtai un ir sākumpunkts turpmāk izveidotajām blokķēdēm. 

Kā darbojas blokķēde?

Pieņemsim, ka vēlamies datu bāzē saglabāt datus par pokera spēli. Sāksim ar to, ka katrai kārtij piešķirsim numuru: 1 ir pīķa dūzis, 2 ir pīķa divnieks, 3 ir pīķa trijnieks, un tā līdz pat 52 – ercena karalim. Jūsu kombinācija varētu izskatīties šādi:

Ieraksts	Kārts vērtība
1	12
2	44
3	4
4	31
5	27

Iedomājieties ierakstu skaitļus kā rindu numurus lapā. Datu bāzu programmētāji tos sauc par ierakstiem, bet blokķēdes programmētāji tos sauc par blokiem. Neatkarīgi, vai tā ir rinda, ieraksts vai bloks — tie visi attiecas uz vienu datu daļu.

Jūsu pretinieka kombinācija aizņems 6.–10. rindu, cita kombinācija var tikt saglabāta 11.–15. rindā un tā tālāk. Tātad, ja vēlaties norādīt, par kuru kombināciju jūs runājat, jums tikai jāpaziņo datubāzei, kurā rindā ir pirmā kārts.

Ķēdes posmi

Protams, izplatītā vienādranga datubāzē citi lietotāji var apstrādāt datus vienlaikus ar jums. Maz ticams, ka jūsu kārtis parādīsies secīgās rindās. Tāpēc mēs varam pievienot norādes uz iepriekšējām un nākamajām kārtīm, savienojot datus ķēdē:

Ieraksts	Kārts vērtība	Iepriekšējā kārts	Nākamā kārts
15	12	0	37
37	44	15	118
118	4	37	121
121	31	118	199
199	27	121	999

Pirmā kārts jūsu rokā tiek glabāta 15. rindā. Kārts vērtība ir 12, kas padara to par pīķa dāmu. Jūsu rokā nav nevienas iepriekšējās rindas, tāpēc kolonnā “Iepriekšējā kārts” ievietojam 0. Nākamā kārts tiek saglabāta 37. rindā. 

Aplūkojam 37. rindu. Tā arī norāda uz vienu kārti, norāda uz rindu, kurā var atrast iepriekšējo kārti (15) un norāda uz nākamo kārti, kas tiek saglabāta 118. rindā. 

Datorzinātnē šo struktūru dēvē par divkārši saistītu sarakstu, jo tā ir sasaistīta abos virzienos. Norādes tiek glabātas datu bāzē kā dati kopā ar kāršu vērtībām.

Datu nodrošināšana

Nekas neliedz mums vai hakeriem mainīt karšu vērtības. Šī datu bāze atvieglo krāpšanos. Ikviens, kam ir piekļuve datu bāzei, var mainīt jūsu kombinācijas pirmo četru kāršu vērtības uz 1, 14, 27, 40, proti, uz četriem dūžiem.

 Mēs varam nodrošināties pret datu kļūdām un hakeriem, pievienojot kolonnu. Katrai rindai pievienosim kolonnu, kurā ir kāršu vērtību summa, piemēram: 

Ieraksts	Kārts vērtība	Iepriekšējā kārts	Nākamā kārts	Kontrolsumma
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

Redzat, kā tas darbojas? Mūsu otrās kārts kontrolsummas vērtība ir 56, kas ir pirmo divu karšu vērtību – 12 un 44 – summa. Trešās kartes kontrolsumma ir nākamo divu karšu vērtību summa. Katru reizi, kad nolasām kartes vērtību, mēs varam aprēķināt kontrolsummu un salīdzināt to ar datu bāzē saglabāto kontrolsummu. Ja tās nav vienādas, mēs zinām, ka dati ir viltoti.

Atmiņas mikroshēmas datorā un viedtālrunī, izmantojot šo sistēmu, nosaka kļūdas. Šo sistēmu izmanto arī, lai atrastu kļūdas cietajā diskā.

Šī vienkāršā kontrolsummu sistēma ir būtiska blokķēdes tehnoloģijas sastāvdaļa. Par to māca jau pirmā kursa datorzinātņu studentiem.

Šī sistēma ir arī neaizsargāta pret hakeriem. Ikviens, kuram ir pietiekamas piekļuves tiesības, lai mainītu kātrs vērtības, var mainīt arī kontrolsummas, lai slēptu savu darbības. Tāpat hakeris var mainīt norādes “iepriekšējā kārts” un “nākamā kārts”, lai aizstātu rokās esošo kārti ar kārti, kas saglabāta citā rindā. 

Nakamoto paredzēja savas blokķēdes arhitektūras ievainojamības iespējas. Tā vietā, lai izmantotu vienkāršu papildinājumu, lai izveidotu kontrolsummas un izsekotu saites datu ķēdē, viņš izmantoja kriptogrāfijas procesu, ko sauc par “jaukšanu”. 

Jaukšana un šifrēšana 

Jaukšana izveido unikālu identifikatoru, apvienojot iepriekšējā ieraksta vērtību ar pašreizējā ieraksta vērtību vienvirziena matemātiskā procesā, kā rezultātā tiek iegūta jaucējvērtība, piemēram, 06C4D99F32047. To sauc par vienvirzienu, jo nav atbilstoša matemātiska procesa, lai 06C4D99F32047 pārvērstu atpakaļ sākotnējos datos. 

Blokķēdē katra bloka jaucējvērtība ir balstīta uz iepriekšējā bloka jaucējvērtību, kas ir balstīta uz bloka jaucējvērtību pirms tam, līdz pat Nakamoto blokam 0. Jūs varat aprēķināt jaucējvērtību jebkuram blokam un salīdzināt to ar blokā saglabāto jaucējvērtību. Ja tās nesakrīt, dati ir bojāti. 

Parastā datu bāzē var manipulēt ar datiem, pēc tam aprēķināt jaunas jaucējvērtības un ievadīt tās nākamajos blokos vai ierakstos, lai paslēptu efektus. Izplatītajā vienādranga blokķēdes datu bāzē tas nav iespējamas, jo hakerim būtu vienlaikus jāmaina datu bāzes kopijas, kas tiek glabātas simtos vai tūkstošos citos datoros. 

Lai gan blokķēdei ir iespējams pievienot jaunus datu blokus, iepriekšējos blokus nevar dzēst vai mainīt. Tas nozīmē, ka jūs nevarat sev nosūtīt 100 000 USD Bitcoin un dzēst darījumu.

Katrs darījums blokķēdē tiek apstiprināts, izmantojot šo jaucējmehānismu. 

Lai nodrošinātu, ka blokķēdē saglabātos datus varētu apskatīt ikviens lietotājs, bet atšifrēt tikai tie, kam ir atbilstošas atšifrēšanas atslēgas, Nakamoto ieviesa šifrēšanu. Bez atslēgas viss, ko jūs redzēsiet, ir bezjēdzīgu rakstzīmju plūsma.

Blokķēdes tehnoloģijas spēks

Blokķēdes tehnoloģija padara datus privātus, pastāvīgus un pārbaudāmus. Datu un darījumu ieraksti ir publiski, bet šifrēšana aizsargā tos no ziņkārīgo acīm un izmaiņām. Tāpēc Bitcoin blokķēde bieži tiek dēvēta par Bitcoin “atvērto virsgrāmatu”.

Jaukšana un šifrēšana prasa daudz skaitļošanas resursu. Tas ir lēns process. Visā pasaulē Bitcoin blokķēdes tīkls ir ierobežots un spēj apstrādāt 4,6 darījumus sekundē. Kredītkaršu uzņēmumi regulāri apstrādā vidēji 1700 darījumus sekundē un apgalvo, ka spēj apstrādāt līdz pat 56 000 darījumiem. 4,6 darījumu ierobežojums ir galvenais Bitcoin mērogojamības problēmas avots. Pie tā strādā datorzinātnieki. 

Tiek apgalvots, ka datoru tīkls, kas apstiprina Bitcoin darījumus, patērē vairāk elektroenerģijas nekā Šveice.

Daudzi Bitcoin darījumu apstiprināšanas mezgli satur visu blokķēdi, kas pašlaik ir aptuveni 250 GB liela. Tie ir pazīstami kā pilnie mezgli. Tīklā ir iekļauti arī SPV mezgli, kas veic vienkāršotu maksājumu pārbaudi. Nav vienkārša veida, kā saskaitīt mezglus. Vietne Bitnodes nodrošina atjauninātu pašlaik tiešsaistē esošo un sasniedzamo mezglu skaitu, taču ātra meklēšana Google liecina, ka ekspertu lēstais mezglu skaits ir no 6000 līdz 200 000. Taču to faktisko daudzumu neviens nezina.

Svarīgākais par Ethereum

Visplašāk izmantotā blokķēde ir Ethereum. Tā ietver modifikācijas, kas padara to elastīgāku par Bitcoin blokķēdi. Ethereum ir sava kriptovalūta – Ether -, taču izstrādātāji ir izveidojuši daudzas papildu kriptovalūtas, kas darbojas Ethereum blokķēdē. Platforma papildu virtuālajai naudai tiek izmantota arī dažādām lietojumprogrammām. 

Viena no galvenajām Ethereum priekšrocībām ir tā, ka tajā papildu datiem var būt arī izpildāmas programmas. Šīs programmas ir pazīstamas kā “viedie līgumi”. Piemēram, viedais līgums par desmito tiesu varētu summēt visu šomēnes jūsu kontam pievienoto Ether un nosūtīt 10% baznīcai kā ziedojumu.

Tāpat kā Bitcoin blokķēde, arī Ethereum ir drošs pret viltojumiem. Luksusa pulksteņu ražotājs Breitling izsniedz savu pulksteņu īpašniekiem digitālos sertifikātus, kas apliecina autentiskumu. Pārdodot pulksteni, sertifikātu jūs varat nodot jaunajam īpašniekam, izveidojot pārbaudāmu īpašumtiesību ķēdi. Šo tehnoloģiju var izmantot arī, lai izsekotu pārtikas izcelsmi pārtikas preču veikalā, izsekojot katru nodošanu. Arvien vairāk cilvēku rūpējas par ētisku ieguvi, un blokķēde var būt daļa no šī procesa.

2020. gadā Associated Press ik minūti publicēja ASV prezidenta vēlēšanu rezultātus Ethereum blokķēdē, lai radītu nemainīgu ierakstu ar pārbaudītiem oficiālajiem datiem par balsu skaitu.

Ethereum blokķēde apstrādā aptuveni 30 darījumus sekundē. Izstrādātāji turpina izstrādāt tālākās Ethereum versijas, kas izmantos paņēmienu, ko sauc par sadalīšanu. Tas ļauj vienlaikus palaist vairākas blokķēdes, un konsolidētie darījumi tiek asinhroni publicēti centrālajā blokķēdē. Izstrādātāji cer, ka jaunās Ethereum blokķēdes versijas apstrādās līdz 100 000 darījumus sekundē.

Tā kā Ethereum izmanto viedos līgumus, tas kalpo kā platforma daudzām ar blokķēdi saistītām lietojumprogrammām. Lielākā daļa decentralizēto lietojumprogrammu, kuru pamatā ir blokķēde, — jo īpaši decentralizētās finanšu lietotnes — ir balstītas uz Ethereum galveno ķēdi vai privātajām Ethereum blokķēdēm. 

Ethereum ir arī labākā izvēle korporācijām, kuras vēlas ieviest uz žetoniem balstītu ekonomiku. Piemēram, uzņēmums var ieviest lojalitātes programmu, kurā klienti par katru pirkumu saņem Acme monētas. Tad, piemēram, kādā dāvanu veikalā Acme monētas varētu apmainīt pret dažādām priekšrocībām. Tāpat uzņēmums varētu izveidot uzņēmumu tīklu, kas pieņem Acme monētas, piešķirot žetoniem de facto vērtību, lai gan tos nevarētu apmainīt ne pret dolāriem, ne eiro. 

Un Ethereum specifikācija ERC-721 definē protokolu neaizvietojamo žetonu izveidei. Tas ir NFT tirgus pamats. 

Citas blokķēdes

Bitcoin un Ethereum ir visplašāk izmantotās blokķēdes, taču mūsdienās pastāv vēl simtiem vai tūkstošiem citu blokķēžu, kas balstās uz Nakamoto sākotnējo konceptu. Blokķēdes var būt publiskas, kā, piemēram, Bitcoin blokķēde, vai privātas, ko izmanto iekšējai datu pārvaldībai.

Pētnieki ir izveidojuši daudzas galvenās blokķēdes arhitektūras variācijas. Daudzās no tām ir iekļauti jauninājumi, kas nodrošina ātrāku apstrādi, lielāku mērogojamību vai zemākas darījumu maksas. Projektos visā kriptogrāfijas pasaulē tiek izmantoti vienprātības mehānismi, pakārtoto apakšķēžu koordinēšana, privātās blokķēdes un citas galvenās tehnoloģijas.

Kas ir blokķēde? Tagad jūs to zināt!

Kāda ir blokķēdes definīcija? Kā darbojas blokķēdes tehnoloģija? Mēs ceram, ka šis blokķēdes skaidrojums ir palīdzējis labāk izprast šo ievērojamo, revolucionāro vienādranga datu bāzes arhitektūru un tās pielietojumu.