Зенон: философия и парадоксы

Алгоритмы консенсуса

Блокчейн работает на основе распределенной сети. Нет единого центра, который управляет этой сетью. Для организации безопасной работы блокчейна необходимо договориться, кто будет майнером и как он будет создавать блоки. Майнеры работают по строго определенным правилам, которые называются алгоритмом консенсуса. 

Алгоритм консенсуса — метод, который описывает как выбирается майнер в блокчейне и по каким правилам он создает блоки.

Чтобы лучше понять, для чего нужен консенсус в системе блокчейн, представим жильцов многоквартирного дома. Блокчейн им необходим, чтобы взаимодействовать друг с другом и принимать решения о развитии дома: собирать деньги на капитальный ремонт, выбирать обслуживающую организацию или назначать дежурства. Есть три способа договориться — три разных алгоритма консенсуса. Каждый из них основывается на некой математической модели.

Proof of Work (PoW) — алгоритм доказательства работы. Майнером может стать любой жилец дома. Чтобы создавать новые блоки, он должен будет использовать свой компьютер для решения сложных криптографических задач.

Алгоритм будет считать верной версией блокчейна ту, в которой больше всего блоков. А больше всего блоков будет в той версии, на создание которой жильцы потратили больше всего компьютерных мощностей. Получается очень демократичный метод: если 51% майнеров считают, что транзакции в блоки правильные, так и будет. Поэтому блокчейн почти невозможно взломать.

Новые блоки создают те жильцы, у которых включен компьютер

Proof of Stake (PoS) — алгоритм доказательства доли владения. Майнерами становятся те, у кого больше всего активов в блокчейне. У нас это будут жильцы с самыми большими квартирами. А в блокчейне Эфириума, например, это будут пользователи, у которых на счету больше всего криптовалюты ETH. При таком алгоритме затраты на электроэнергию минимальны, так как создание блоков в блокчейне больше не требует решения сложных криптографических задач. Чем больше твоя доля в блокчейне, тем чаще ты будешь создавать новые блоки.

Верной версией блокчейна, как и в Proof of Work, будет считаться та, в которой больше всего блоков. Но Proof of Stake нельзя назвать демократичным. Больше всего блоков создадут не большинство жильцов, а самые богатые жильцы. Однако, это еще более безопасно. Если майнерам принадлежит большая часть дома, то действовать злонамеренно им будет невыгодно.

Новые блоки создают жильцы с самыми большими квартирами

Proof of Authority (PoA) — алгоритм доказательства личности. Может быть так, что жильцы собрались и решили, что создавать блоки будет одна квартира. Данный алгоритм распространен в частных, закрытых блокчейнах. Например, он хорошо подходит для управления многоквартирным домом из нашего примера. 

Избранный майнер сам выбирает истинную версию блокчейна. Он должен будет идентифицировать себя, чтобы все жильцы верили ему. Если в какой-то момент жильцы перестанут быть согласными с решениями майнера, они смогут назначить другого. Новый майнер начнет строить свою цепочку блоков, а старый блокчейн останется существовать отдельно. Такой процесс в блокчейне называется хардфорком.

Новые блоки создает тот жилец, которого выбрали заранее

Алгоритмов консенсуса очень много. Постоянно изобретаются новые, но эти три наиболее известные, проверенные временем и часто применяемые.

Что такое блокчейн?

Вы должны понимать блокчейн, чтобы хорошо проектировать его. Существование криптовалют, таких как Биткойн и Эфириум, стало возможным благодаря технологии блокчейн.

По сути, это распределенный реестр, в котором транзакции записываются открыто и в хронологическом порядке. Затем каждая транзакция сохраняется в блоке данных, который трудно подделать после криптографического подтверждения сетевыми узлами.

Несмотря на то, что Биткойн и Эфириум используют разные формы технологии блокчейна, у них есть несколько общих черт.

Децентрализованная природа блокчейна — самое яркое сравнение. Он хранит информацию о транзакциях независимо от какого-либо центрального органа. Группа взаимосвязанных компьютеров образует сеть блокчейна, которая получает копии блокчейна и проверяет транзакции для сохранения целостности реестра.

В результате не может быть единой точки отказа, и система не может быть изменена или управляема одним лицом.

Технология Blockchain чаще всего используется в криптографии, и, вероятно, именно так вы впервые услышали этот термин. Однако эту технологию можно использовать для всего: от финансовых транзакций до отслеживания медицинской информации и многого другого.

Название «блокчейн» относится к системе, в которой хранятся данные, которые нельзя изменить.

Способность технологии блокчейн поддерживать децентрализацию — это другая ее сторона, помимо того, что она делает возможным существования криптовалюты.

Децентрализация блокчейна отодвигает принятие решений от централизованного места или органа.

Децентрализация повышает эффективность и результативность организации за счет избавления от бесполезных компонентов, сокращения дублирования и предотвращения единых точек отказа. Члены децентрализованных сетей должны действовать независимо, не запрашивая одобрения централизованной сети.

Три основные сетевые структуры — централизованная, децентрализованная и распределенная — часто используются при рассмотрении технологической установки.

Хотя децентрализованные сети обычно используются блокчейн-технологией, приложение блокчейна может быть, а может и не быть децентрализованным. Поэтому децентрализацию следует осуществлять дальше по сети, как на технологическом, так и на административном уровнях.

Поэтому крайне важно помнить о принципах проектирования при работе над продуктом, поддерживающим децентрализацию

Что такое Blockchain

Чтобы окончательно разобраться с понятием данной технологии, обратитесь за помощью к следующим правилам:

• Блокчейн — это непрерывная цепочка блоков с данными, где каждый последующий блок связан с предыдущим путём набора определённых записей;
• Каждый блок включает в себя все сведения цепочки (с самого первого блока);
• Новые блоки присоединяются к самому концу цепочки, позволяя ей нарастать словно снежному кому;
• Все блоки сети имеют строгую хронологию и криптографическую подпись из сложных математических алгоритмов;
• Каждое изменение в системе поддаётся криптографической подписи;
• Операции внутри сети проходят регистрацию и обработку без участия сторонних ресурсов;
• Текущее состояние Blockchain регулярно выгружается и синхронизируется миллионами компьютеров в мире, которые называются узлами или нодами;
• Узел (нод) — это отдельно взятый компьютер, который хранит полную информацию об актуальном состоянии блокчейна.

Определения ключевых терминов, разобранных в статье

Для того чтобы проще и быстрее запомнить их, можно изучить краткое определение каждого из них:

1. Блокчейн-технология. Высокотехнологичная система, необходимая для хранения и передачи информации и основанная на цепочке, состоящий из блоков, которые связаны между собой при помощи криптографии;
2. Децентрализация. Принцип работы системы, который не подразумевает наличие управляющего органа и позволяет хранить данные на многочисленных сетевых узлах;
3. Прозрачность. Повышенный уровень доступ к информации и ее видимости для каждого участника транзакции;
4. Безопасность. Постоянная автоматическая защита, обеспечиваемая наличие криптографических алгоритмов;
5. Исключение подделок. Любое несанкционированное изменение даже в одной цепочке и блоке будет обнаружено и пресечено;
6. Распределенные реестры. Базы данных, расположенные в сетевых узлах и синхронизирующаяся между собой;
7. Консенсус. Механизм, который добивается подлинности и согласованности данных, находящихся в блокчейне.

Для того чтобы понять технологию и изучить ее, сперва необходимо пройти первый этап – введение в нее и все принципы работы. С помощью него можно открыть огромное количество новых возможностей в разных отраслях, например, финансах, здравоохранении, информационных технологиях, логистике и так далее. Именно распределенные реестры и консенсус выполняют главную роль в поддержании основных принципов существования системы.

Блокчейн можно назвать революционным продуктом, который позволяет по-новому хранить информацию и распоряжаться ей. В ее основе заложены распределенные реестры, в которых абсолютно все сетевые узлы обладают копией блокчейна и поддерживают постоянное сотрудничество для того, чтобы достичь консенсуса.

Благодаря этому перед человечеством открываются новые возможности подхода к работе практически во всех сферах жизнедеятельности. Но даже несмотря на это, необходим понимать, что технология имеет ряд ограничений и особенностей, к примеру, трудоемкость, масштабируемость, сложность и так далее.

Можно смело сказать, что в ближайшем будущем блокчейн начнет все больше развиваться и проникать во многие отрасли, обучаясь преодолевать трудности и создавая новые решения для старых задач.

Тенденции развития технологии в будущем

В будущем технология, которая позволяет блокам работать в цепочке, будет продолжать свое развитие и станет еще более инновационной. С каждым годом список применений блоков будет расширяться, от финансовых транзакций до управления цепочками поставок и даже в области здравоохранения.

Таким образом, технология блокчейн будет непрерывно развиваться, открывая новые горизонты и возможности для улучшения и упрощения многих аспектов нашей жизни.

Блокчейн или база данных — различия

Основное отличие блокчейна от обычной базы данных заключается в сетевой архитектуре. Базы данных используют архитектуру клиент-сервер, где пользователь может запрашивать данные, которые хранятся на центральном сервере. Управление осуществляется контролирующим органом (администратором).

В отличие от этого, блокчейн состоит из нескольких децентрализованных узлов, которые берут на себя управление.

В этом смысле функциональность блокчейна в основном сосредоточена на следующих моментах:

• Проверка ценности с помощью криптографической защиты
• Обеспечение возможности совершения сделок без посредника
• Безопасное хранение ценностей
• Безопасное кредитование и обмен ценностями
• Безопасные расчеты и оценка движения активов

Кто создаёт новые блоки

Сама по себе транзакция — это просто набор данных, вроде записи в тетради. Чтобы превратить её в блок, нужны вычислительные мощности — и чем больше сеть, тем больше железа она требует для работы. Поэтому созданием новых блоков в больших блокчейнах занимаются специальные люди с мощными компьютерами — майнеры.

Вот как выглядит день из жизни обычного майнера:

• Взять транзакцию из общей очереди.
• Подобрать для неё уникальный хеш.
• Соединить его с хешем предыдущей транзакции.
• Всё это дело снова хешировать и сделать новый блок.

В награду за свой труд майнеры получают кусочек от общего цифрового пирога — например, в случае биткоина это, внезапно, биткоины. Но не стоит думать, что майнинг — золотое дно. Чтобы хоть что-то заработать на добыче цифровой валюты, нужны ресурсы — в основном электричество и графические процессоры.

Если раньше майнить биткоины можно было на обычном компьютере, то теперь для этого строят целые заводы по вычислению хеша — майнинговые фермы. Выглядят они жутковато:

Виды блокчейна

В настоящее время среди множества сервисов и приложений выделяют два основных вида блокчейна: приватный и публичный. Давайте разберём каждый из них более подробно.

Приватный

Приватный Blockhain считается уникальным и создаётся в рамках развития частного бизнеса. Подобный вид блокчейна полностью закрыт и централизован, а также основан на контроле создателями и подчинении корпоративным целям.

Если вы хотите стать полноправным участником приватного Blockchain, то вам нужно выполнить ряд определённых условий. А вот доступ к майнам новых блоков открывается только сертифицированным пользователям.

Публичный

Что касается публичного блокчейна, то здесь дела обстоят гораздо проще. Стать майнером данного вида Blockhain может любой желающий, поскольку за его управление отвечает отвечает само сообщество.

В пример мы с вами можем взять такие криптовалюты с блокчейном как:

• Эфир
• Биткоин
• Monero

Задача византийских генералов

В научной статье 1982 года была сформулирована логическая дилемма. Она иллюстрирует проблему коммуникации узлов одноранговой сети, которые договариваются о следующем шаге. В качестве аналогии была использована Византия — древнее феодальное государство со множеством независимых армий. Отсюда и взялось название — Задача Византийских Генералов.

Действие происходит во время осады города византийской армией. Ночью легионы с разных сторон окружили город. Генералы каждого легиона ждут приказа главнокомандующего. Варианты приказа: «атаковать» или «отступать».

Генералы ждут приказа главнокомандующего, чтобы решить «атаковать» или «отступать»

Первая сложность задачи — империя находится в упадке. Любой из генералов и даже главнокомандующий могут быть предателями Византии, заинтересованными в поражении. Генералам надо это учитывать, чтобы не допустить неблагоприятного исхода. Всего возможно три исхода сражения:

Благоприятный исход. Если все генералы атакуют — Византия уничтожит противника.

Промежуточный исход. Если все генералы отступят — Византия сохранит свою армию.

Неблагоприятный исход. Если некоторые генералы атакуют, а некоторые отступят — противник со временем по частям уничтожит всю армию Византии.

Если каждый генерал будет действовать на свое усмотрение, то вероятность благоприятного исхода весьма низка. Поэтому генералы нуждаются в обмене информацией между собой, чтобы прийти к единому решению.

Вторая сложность в задаче — отсутствие надежного канала коммуникации между генералами. Даже если среди генералов не окажется предателей, информация может оказаться ложной. Например, курьер задержится или попадет в плен. Такая ситуация собьет с толку других генералов и будет принято неверное решение. В таких условиях нужно выработать единую стратегию действий, которая будет выигрышной для всех генералов.

Один из генералов не отправил верное сообщение, поэтому другие не знают, атаковать им или отступать

Математики доказали, что получить решение в данной задаче всегда возможно, если верных генералов больше двух третей от общего числа. В разных системах задача может быть решена по-разному. 

Византийская отказоустойчивость — способность сети продолжать работать, даже если некоторые из узлов отказали или действуют злонамеренно. Другими словами, это свойство сети, в которой решена Задача Византийских Генералов.

Византийская отказоустойчивость бывает необходима в системах двигателей самолетов, на атомных электростанциях и практически в любой системе, действия которой зависят от результатов работы большого количества датчиков. Даже SpaceX рассматривает ее как потенциальное требование к своим системам.

Если данную задачу применить к контексту блокчейна, то генералы представляют собой майнеров. Они должны договориться и признать транзакцию действительной, чтобы она попала в блокчейн. Данный процесс называется достижением консенсуса.

Майнеры рассматривают все транзакции и решают подтверждать их или отклонять

Например, майнеры видят, что один пользователь хочет отправить биткоины другому. Первый майнер считает, что такая транзакция должна быть одобрена. Второй подозревает, что данную операцию производит злоумышленник. Третий отключился от сети и не проверил транзакцию. Принять единое решение и значит прийти к консенсусу.

Так как у Задачи Византийских Генералов несколько решений, то разные блокчейны добиваются византийской отказоустойчивости с помощью разных алгоритмов консенсуса. Рассмотрим подробнее наиболее распространенные.

История появления блокчейн-технологии

История блокчейн-технологии берет свое начало в конце 1970-х годов. Тогда американским криптографом Ральфом Мерклом было запатентовано такое изобретение как хеш-дерево (дерево Меркла).

Дерево Меркла — это концепция систематизации данных и их безопасного хранения в виде структуры блоков, которые связаны между собой при помощи криптографии (хеш-функции).  

В 1991 году Стюарт Хабер и Скотт Сторнетта сформулировали первую концепцию блокчейна. За основу своего изобретения ученые взяли деревья Меркла. Они заложили фундамент для появления и развития блокчейн-технологии, какой мы ее знаем сегодня, криптографического шифрования и Web3-отрасли. Их исследование было сосредоточено на создании базы неизменяемых публичных данных, зашифрованных при помощи криптографии. Технологию даже запатентовали (срок патента закончился в 2004 году), но так как она была слишком футуристичной для того времени, то не получила поддержки.

Официальная история блокчейна началась в 2008 году с Сатоши Накамото и его white paper первой в мире криптовалюты — биткойна. В этом документе Хабер и Сторнетта — самые цитируемые эксперты.

Кредитка от Сбера! Бесплатная навсегда, до 120 дней без процентов, лимит до 1 млн. Оформляй прямо сейчас! →
------------------------------------------
Счет для бизнеса от АТБ. Бесплатно навсегда - оформи прямо сейчас! Точно когда-нибудь пригодится
------------------------------------------
Накопительный счет от ГазПромБанка - до 16,5%! Положи от 50тр и получи карту с кешбэком в подарок!