Часто приходится слышать слово "блокчейн", но мало кто знает, что это просто одна из технологий распределенных реестров, абсолютно различных между собой по архитектуре, по масштабируемости, по принципу работы и даже по философии. Блокчейн был первым, как паровая машина, с которого все и началось. Идет становление новой индустрии, слово прижилось настолько, что им теперь обобщенно называют всю эту совокупность технологий и в этой статье я хочу рассмотреть их основные виды и особенности.
1. Блокчейн (Blockchain)
Собственно, сам блокчейн. Появился он в 2009 году, бок-о-бок с биткоином, первой криптовалютой, по причине того, что является его "домом". Его структура линейна и циклична, как это показано на рисунке. Генезис блок (блок, с которого все начинается, зеленый), последующие блоки (синие) и сиротские блоки - заброшенные (серые). В блокчейне каждый новый блок добавляется путем выполнения определенных условий, участникам сети необходимо регулярно согласовывать текущее состояние блокчейна - в зависимости от алгоритма консенсуса, на котором работает данная сеть.
(Справка) Что такое хэш? Предположим, ваш номер телефона - 1 234 567 88 99. Так вот, если сложить все цифры в следующем порядке: 1+2+3+4+5+6+7+8+8+9+9=62, а далее 6+2, то получаем 8 - это и будет хэшем вашего телефонного номера.
Наиболее известные алгоритмы консенсуса:
- Proof-of-Work (PoW). Доказательство работы. Блоки добываются путем использования вычислительных мощностей специального оборудования (ASIC'и, видеокарты), тратится электроэнергия. Награда в виде монет приходит майнеру, "нашедшему" новый блок.
- Proof-of-Stake (PoS). Доказательство доли. Добыча нового блока происходит за счет простого хранения определенного количества монет на кошельке. Чем "жирнее" ваш кошелек, тем чаще им будет добываться новый блок, и, соответственно, чаще будет прилетать награда.
- Delegated-Proof-of-Stake (DPoS). Делегирование. Примерно то же, что и PoS, но только за тем исключением, что монеты делегируются определенным доверенным лицам, от которых потом прилетают проценты. Своего рода депозит.
- Byzantine Fault Tolerance (BFT). "Задача византийских генералов". Консенсус основан на принципе известной одноименной задачи, где действия генералов должны быть согласованы настолько, насколько можно было бы принять наиболее правильное решение - либо всем атаковать осажденный город, либо не трогать его и всем отступить. Грубо говоря, если среди них окажется половина предателей или диверсантов, то разные сообщения от одного к другому приведут к провалу операции - часть отступит, а часть решит атаковать. Каждый "генерал" представляет собой сетевой узел, и этим узлам необходимо достичь консенсуса относительно текущего состояния сети. Поэтому единственным способом достижения консенсуса в данном случае является наличие, по крайней мере ⅔ или более, надежных и честных сетевых узлов.
Кстати, чтобы более наглядно понять, как работает блокчейн, можно поиграться в этом симуляторе.
Виталик Бутерин, создатель Ethereum, в свое время озвучил концепцию так называемой "Блокчейн-трилеммы", состоящую из трех аспектов: децентрализация-безопасность-масштабируемость, в которой могут существовать лишь два из трех. Как показывает практика, в большинстве случаев жертвуют именно масштабируемостью, поэтому наиболее распространенной проблемой многих известных криптовалют является их низкая скорость транзакций. Однако и эта проблема в скором времени, скорее всего, будет решена.
2. Направленный ациклический граф (или DAG - Directed Acyclic Graph)
Вторая рассматриваемая технология распределенного реестра - направленный ациклический граф. Первая имплементация технологии произошла в криптовалюте IOTa под названием "Tangle". Данная технология появилась как логическое развитие идеи в результате невозможности блокчейна справляться с большими нагрузками в сети. Эта проблема и стала катализатором развития DAG. Это другой способ представления структуры данных, которая работает асинхронно. Граф называется «направленным», потому что у каждого узла есть направление, а «ациклическим» называется потому что в нем нет замкнутых циклов.
Поскольку в DAG отсутствуют майнеры, то в качестве валидаторов здесь выступают ноды, через которые проходят все осуществляемые транзакции. DAG функционирует как сеть взаимосвязанных ветвей, растущих наружу в нескольких направлениях. Транзакции могут подтверждаться на порядок быстрее, оставаясь децентрализованными, так как каждый узел подтверждает только предыдущую. То есть в DAG каждая транзакция ссылается на предыдущие (родительские), подписывая их хэши и включая их в свой состав. Таким образом формируется «дерево» транзакций, где каждая из них является подтвержденной и неизменной.
DAG, по мнению многих исследователей отрасли, прекрасно подходит для совершения массовых микроплатежей с практически или около-нулевыми комиссиями, что является прекрасной почвой для массового использования среди машин и робототехники в недалеком будущем. Кроме того, DAG имеет гораздо больший потенциал для масштабирования - а значит и пропускную способность, в отличие от блокчейна.
Чем примечателен DAG:
- Огромная скорость транзакций;
- Чрезвычайно низкие комиссии в сети;
- Большие возможности для масштабирования;
- Подходящая структура под массовые микроплатежи.
3. Хэшграф (Hashgraph)
Hashgraph, как и блокчейн — это структура передачи данных на основе децентрализованного протокола. Технология Хэшграф была разработана математиком Лимоном Бэрдом, соучредителем и главным техническим директором компании Swirlds в 2016 году и является запатентованным алгоритмом. Хотя хешграф и является запатентованным и используемым в приватных средах с ограниченными правами доступа, проект Hedera Hashgraph направлен на создание общедоступной сети хешграфа, которую он откроет для широкого круга разработчиков.
В Хэшграфе используется так называемый Gossip Protocol, что в дословном переводе означает "Протокол сплетен". То есть, в отличие от Consensus Protocol, что используется в блокчейне и где ноды соревнуются между собой за право открытия нового блока, в хэшграфе все ноды общаются между собой, обмениваясь последними актуальными состояниями (или событиями) как показано на рисунке выше, что в разы ускоряет работу сети. В блокчейне данные хранятся в блоках, где есть хэши текущего и предыдущего блока, сами транзакции и временные метки, а в Хэшграфе данные хранятся в событиях, которые аналогично содержат хэши родительских событий, транзакции и временные метки.
Чтобы лучше понять работу Хэшграфа, вернемся к нашему рисунку. Пять участников (1): A, B, C, D и E. Каждый участник начинает транзакцию, результатом которой является (2) «событие» (он же кружочек). Затем каждый член вызывает другого случайно выбранного участника, и оба они делятся своими историями транзакций. Например, А вызывает С и делится с ним своей историей транзакций. Этот тип вызова происходит неоднократно, причем каждый участник случайно вызывает другого участника и передает историю транзакций. Итак, С теперь случайным образом выбирает другого участника (допустим, В) и делится своей историей транзакций, которая включает историю транзакций А. Одновременно E может меняться с D и т. д. Каждый вызов приводит к событию, и каждое событие содержит хеши всех предыдущих блоков.
Итак, чем интересен Хэшграф?
- во-первых, скоростью. Около 250 000 транзакций в секунду. (для сравнения, bitcoin - 7tps, ethereum - 15tps, но эфир - это пока что);
- во-вторых, математически доказано, что даже если 2/3 нод окажутся недобросовестными, то сеть благополучно продолжит свою работу. То есть для нормальной работы сети вполне достаточно 1/3 всех нод;
- в-третьих, структура не подразумевает проведение хардфорков, что само по себе говорит о гибкости системы.
Проект часто подвергается критике за патент и централизованную природу.
4. Холочейн (Holochain)
Holochain — это более общий тип блокчейна, который ориентируется не на данные, как это делают традиционные блокчейны, а на участников (агентов). Уход от глобального консенсуса дает Holochain практически безграничную масштабируемость. В то время как блокчейн стремится децентрализовать транзакции в сети, Holochain также намерен сделать взаимодействие децентрализованным, но уже между отдельными узлами. Такая архитектура позволяет создавать всевозможные распределенные структуры данных поверх сети.
Таким образом, Холочейн использует уникальную агенто-ориентированную архитектуру. Такая структура позволяет каждому агенту (ноде) запускать свой собственный блокчейн, соединенный с публичным Holochain посредством уникального криптографического ключа.
Holochain можно скорее назвать технологическим предложением, которое берет от блокчейна концепцию и строчки на распределенных хэш-таблицах (DHT) и выборочных проверках данных, чтобы включить другой режим распределенных вычислений. Применение данного алгоритма позволяет сделать сеть Holochain более масштабированной. Идея создания данной технологии в том, что для совершения сделок между людьми внутри сети не обязательно получать подтверждение от участников сети и записывать ее в общий журнал. Для этого, они могут создать собственную цепочку и проводить платежи внутри нее.
Итак, основные отличия Блокчейн / Холочейн:
- Централизованная общесетевая проверка согласия / Распределенная сеть для индивидуальной проверки;
- 99% созданных данных отбрасывается / Все данные сохраняются и считаются ценными;
- Сеть должна обновляться в унисон, создавая суперкомпьютер, который может обрабатывать только одну задачу / Сетевые обновления идут параллельно, а не в унисон;
- Доверие всей сети или отклонение / Доверие генерируется на индивидуальной основе.
Тема технологий распределенных реестров интересна, обширна и все время развивается как и другие отрасли IT, и прямо сейчас, на момент написания этой статьи где-то пилятся новые, еще более совершенные технологические проекты, а какие-то еще только придумываются или существуют пока что лишь на бумаге, потому что современный технологический уровень развития не позволяет реализовать их на сегодняшний день.
Ставьте лайк и подписывайтесь на канал!
Всех обнял.