Человек или группа людей, известные как Сатоши Накамото, создали протокол Bitcoin в 2008 году для децентрализации контроля над деньгами, когда централизованные организации потерпели крах во всем мире.
В публикации под названием «Bitcoin white paper» был изложен набор правил, которые определяли новый тип распределенной базы данных — блокчейн. Сеть была запущена в январе 2009 года.
Самая известная криптовалюта, Биткоин, является той, для которой была создана технология блокчейн. Криптовалюта — это цифровое средство обмена, которое использует методы шифрования для контроля за созданием денежных единиц и проверки финансовых переводов.
Блокчейн Биткоина относится к данным, хранящимся в «блоках» информации, которые затем соединяются в непрерывную «цепочку». Блок — это коллекция транзакций Биткоина за определенный период. Блоки стыкуются друг за другом, причем каждый новый блок криптографически связан с предыдущим. В результате образуется цепочка (chain) блоков (block), что и породило слово «blockchain».
Каждый раз, когда добавляется новый блок, предыдущие блоки становятся немодифицируемыми. Это гарантирует, что каждый блок со временем становится более безопасным, и является примером того, как технология Биткоин меняет способы проведения банковских и финансовых операций.
Однако блокчейн — это не криптовалюта, это гораздо больше, чем криптовалюта. Это технология, на которой построено большинство криптовалют, включая BTC. Блокчейн Биткоина уникален тем, что он обеспечивает точность всех транзакций. Каждое действие в блокчейне записывается, и нет ничего, что осталось бы за пределами него. Как только действие записывается и сохраняется в одном из информационных блоков, оно маркируется по времени и защищается, а вся запись доступна любому пользователю системы.
Блокчейн Биткоина децентрализован, т. е. не хранится на одном главном компьютере и не контролируется одной компанией. Он распределен по многим компьютерам, входящим в сеть.
В блокчейне Биткоина есть коды, которые называются хэшами. Хэш уникален для каждого блока в блокчейне. Хеширование позволяет каждому пользователю сети идентифицировать каждый блок и отследить последовательность всей цепочки, поскольку каждый блок имеет свой собственный хеш и содержит хеш предыдущего блока.
Учитывая последнее, важнейшими частями блокчейна являются записи, блоки, хэши и цепочка. Блок-записи и транзакционные записи — это два типа записей в блокчейне. Блок содержит самые последние транзакции Биткоина, которые не были записаны ни в одном из предыдущих блоков. Записи транзакций включают данные об активах, суммах и владельцах, которые записываются, утверждаются и распространяются по всем нодам за считанные секунды.
По сути, хэш — это строка фиксированной длины, создаваемая после преобразования входных данных любой длины в сети блокчейн, блок похож на страницу в бухгалтерской книге или книге записей, а цепочка относится к блокам, взаимосвязанным в сети.
Краткая история блокчейна Биткоина
Идея технологии блокчейн была представлена в 1991 году Стюартом Хабером и В. Скоттом Сторнеттой в их работе «Как поставить временную метку на цифровой документ». В этой работе они объяснили использование непрерывной цепочки временных меток для безопасной записи информации.
Электронная платежная система Bitcoin была создана в основном для облегчения обмена криптовалютой BTC. Однако, первые последователи и изобретатели быстро обнаружили, что она обладает гораздо большим потенциалом. Исходя из этого, они разработали блокчейн для хранения не только данных о движении монет.
Технология Bitcoin использует одноранговые (p2p) транзакции, что позволяет функционировать без банков или третьих лиц, управляющих каждым финансовым движением. Это позволяет отправлять онлайн-платежи напрямую от одной стороны к другой, не проходя через какое-либо финансовое учреждение.
Термин «одноранговая» означает, что компьютеры, входящие в сеть, равны друг другу, что нет «особых» узлов и что все узлы разделяют бремя предоставления сетевых услуг. Сеть состоит из тысяч узлов (нод) Bitcoin, которые управляют протоколом. Протокол отвечает за создание и защиту блокчейна.
Формирование одноранговой сети возможно потому, что пользователи не связаны с физическим или юридическим лицом, с которым они взаимодействуют, и они самостоятельно отвечают за поддержание работоспособности распределенной сети.
Что необходимо для того, чтобы блокчейн Bitcoin заработал
Биткоин представляет собой цифровую форму взаиморасчетов, не требующую участия третьей стороны. До появления Биткоина существовала необходимость в доверенной третьей стороне для ведения бухгалтерской книги — системы учета финансовых данных — для записи того, кому сколько принадлежит. В сети Биткоин у каждого есть копия этой бухгалтерской книги, поэтому необходимость в третьих сторонах отпадает.
Каждая транзакция Биткоина происходит в сети (блокчейне), которая является цифровым пространством, где происходит майнинг Биткоина и генерация хэш-мощностей. Хэш-мощность — это вычислительная мощность, используемая компьютером или аппаратным обеспечением для выполнения и решения различных алгоритмов хэширования. Эти алгоритмы используются для создания новых монет и подтверждения транзакций. Этот процесс называется майнингом.
Обычно владельцы Bitcoin приобретают свою криптовалюту через криптовалютную биржу — платформу, облегчающую операции с Bitcoin и другими криптовалютами. Децентрализованная бухгалтерская книга — это то, что составляет блокчейн. Последнее показывает, что Биткоин — это часть программного обеспечения, набор процессов, в которых участники выполняют различные задачи.
Блокчейн — это цифровая бухгалтерская книга транзакций, распределенных по сети компьютерных систем блокчейна. Каждый блок в цепи содержит несколько транзакций, и каждый раз, когда в блокчейне происходит новая транзакция, запись об этой транзакции добавляется в бухгалтерскую книгу каждого участника.
Эта распределенная база данных управляется несколькими участниками с помощью технологии, называемой технологией распределенного реестра (DLT). Блокчейн — это тип DLT, в котором транзакции записываются с помощью неизменяемой криптографической подписи, известной как хэш. Затем транзакции организуются в блоки. Каждый новый блок включает хэш предыдущего блока, эффективно объединяя в цепочку, поэтому распределенные бухгалтерские книги обычно называют блокчейном.
Этапы транзакции Биткоина в блокчейне
- Создание и подписание транзакций с использованием цифровых подписей.
- Транзакция отправляется на ближайшую ноду биткоин-сети.
- Транзакция распространяется в сеть и подтверждается, как только достигает ближайшей ноды.
Блокчейн работает как бухгалтерская книга, отслеживая каждую транзакцию Bitcoin, и является самопроверяемым, то есть вся сеть узлов — различных компьютеров, участвующих в сети — будет постоянно проверять и защищать каждое движение. Именно здесь «в игру вступают» майнеры: их компьютеры выполняют рутинную работу по поддержанию цепочки, за что и получают BTC в качестве вознаграждения. Эти правила в совокупности и составляют bitcoin-протокол.
Биткоин-майнеры — это мощные компьютеры, решающие математические задачи, чтобы добывать монеты. Майнеры — это выделенные для сети машины, которые проверяют все транзакции и блокируют любых злоумышленников. Майнеры Bitcoin собирают как можно больше транзакций в блок, затем проверяют блок и добавляют его в цепочку предыдущих блоков с помощью математического метода. За предоставление сети своих вычислительных мощностей майнеры получают вознаграждение в виде новых BTC.
Как работает блокчейн Биткоина
Блокчейн — это разновидность базы данных, которая представляет собой совокупность информации, хранящейся в компьютерной системе в электронном виде. То, что хранится в базах данных, информация или данные, как правило, структурированы в формате таблицы, что облегчает поиск и фильтрацию информации. Базы данных предназначены для хранения больших объемов информации, которая может быть легко и быстро доступна, отфильтрована и отредактирована многими пользователями в любое время.
Для этого обширные базы данных размещаются на серверах, состоящих из мощных компьютеров. Эти серверы могут быть построены с использованием сотен и сотен компьютеров. Зачем? Чтобы иметь вычислительную память и мощность, необходимые для одновременного доступа к базе данных многих пользователей. В этом отличие базы данных от, скажем так, облака-накопителя.
Но вот чем блокчейн отличается от базы данных? Первое отличие заключается в том, как структурируются эти данные. База данных структурирует их в таблицы, в то время как блокчейн собирает информацию в группы, известные как блоки, в которых хранятся наборы данных. Каждый блок имеет определенный объем памяти, который при заполнении примыкает к предыдущему заполненному блоку, образуя цепочку. Именно поэтому она называется блокчейн: миллионы блоков, заполненных данными, соединены в цепочку.
Эта система означает, что каждый блокчейн представляет собой более сложную базу данных, поскольку создает необратимую цепь данных в децентрализованной системе. Когда один блок заполнен, он неизменен и становится частью временной линии, и поэтому каждый блок в цепи имеет точную временную метку при добавлении в цепь.
Таким образом, цель блокчейна — позволить записывать и распространять цифровую информацию, но не редактировать ее. Именно поэтому он не является базой данных как таковой; никто не может изменить его после того, как блоки заполнены и присоединены к цепочке. С появлением технологии Bitcoin блокчейн получил свое первое реальное применение.
Снижение рисков
Использование блокчейна имеет массу преимуществ. Во-первых, точность цепочки. Транзакции, являющиеся частью блокчейна, должны быть одобрены тысячами тысяч компьютеров. Это устраняет всякое человеческое участие в проверке, что означает меньшее количество человеческих ошибок, а также более точную запись информации.
Но что, если один из компьютеров в сети допустит вычислительную ошибку? Ошибка будет только в одной копии блокчейна. Чтобы она распространилась, необходимо, чтобы как минимум 51% сети имели такую же ошибку, что очень маловероятно.
Еще одно преимущество заключается в том, что блокчейн устраняет необходимость в сторонних верификаторах. Любой участник сети Bitcoin может в любой момент проверить и верифицировать блокчейн.
Данные блокчейна децентрализованы, что означает, что они не хранятся в центральном месте, а копируются и распространяются по обширной сети компьютеров. Это делает очень трудным для кого-либо подделать данные, поскольку, например, хакеру потребуется доступ ко всем сетям, чтобы полностью их скомпрометировать.
Наконец, важной составляющей блокчейна является то, что, хотя любой человек, имеющий подключение к Интернету, может увидеть список истории транзакций сети и получить доступ к деталям транзакций, никто не может получить доступ к идентифицирующей информации о пользователях, совершающих эти транзакции. Кроме того, каждый раз, когда транзакция регистрируется, она проверяется сетью, т. е. тысячи компьютеров, составляющих ее, подтверждают правильность деталей транзакции.
Блокчейн и банки
Блокчейн работает совсем иначе, чем традиционный банк, поскольку он на 100% децентрализован и опирается на тысячи компьютеров для проверки своих транзакций. Это означает, что он работает 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, каждый день в году. Самым значительным преимуществом блокчейна Биткоина является его прозрачность, поскольку блокчейн является публичным для каждого пользователя.
Другие отличия заключаются в том, что скорость транзакций в любую точку планеты составляет около 12 минут или более часа, в зависимости от загруженности сети. В то время как трансграничные банковские переводы могут занимать от 24 до 72 часов.
В блокчейне Биткоина существует переменная комиссия. Хотя комиссия не связана с переводимой суммой, она определяется обстоятельствами в сети в данный момент и весом транзакции. Поскольку блок в блокчейне Биткоина может содержать только 1 мегабайт (Мб) данных, количество транзакций, входящих в один блок, ограничено.
Все эти различия делают технологию блокчейн великим конкурентом традиционной финансовой и банковской индустрии. Это защищенные от взлома, децентрализованные, устойчивые цепи, которые не только снижают затраты, но и создают прозрачную сеть, в которой пользователи могут чувствовать себя уверенно и безопасно.
Ограничения блокчейна
Хотя блокчейн имеет много преимуществ, как и все остальное, он имеет свои недостатки. Во-первых, блокчейн может замедляться, когда в сети слишком много пользователей. Его также сложнее масштабировать из-за консенсусного метода работы.
Еще одним ограничением является то, что данные в блокчейне неизменяемы, вы не можете вернуться и изменить предыдущий блок после его записи.
Большим ограничением является то, что технология блокчейн еще не совсем зрелая. Кроме того, она не обеспечивает совместимость с другими блокчейнами и другими финансовыми системами, и ее трудно интегрировать в унаследованные системы.
Технические достижения
Lightning Network
Сеть Lightning Network (LN) позволяет участникам переводить BTC между собой без комиссии. LN — сеть второго уровня, который добавляется поверх сети Биткоин, чтобы обеспечить возможность транзакций между участниками вне блокчейна. Такие транзакции называются офчейн-транзакциями. Второй уровень увеличивает пропускную способность без ущерба для децентрализации и безопасности исходного блокчейна.
Lightning Network создает платежные каналы между двумя пользователями в распределенной базе данных, чтобы они могли совершать сделки друг с другом без распространения информации всеми остальными пользователям, т.е. офчейн-транзакции.
Эта сеть считается революционной в мире криптовалют, поскольку она была разработана для ускорения обработки транзакций и снижения сопутствующих расходов блокчейна Bitcoin. Она была задумана в 2015 году и в настоящее время продолжает развиваться и активизироваться.
Однако исследователи предупреждают, что по мере развития Lightning Network она станет более привлекательной целью для злоумышленников. Биткоин в развивающейся платежной сети может быть украден, если пользователи не будут осторожны, и в будущем будет трудно обеспечить сохранность активов.
По мнению экспертов из Еврейского университета в Иерусалиме, BTC, которые в настоящее время заблокированы в платежном канале Lightning Network, могут быть похищены. Хотя недостаток потенциально может быть серьезным, исследователи оптимистично считают, что в долгосрочной перспективе его можно исправить.
SegWit
Segregated Witness, или SegWit, — это изменение процесса хранения данных о транзакциях в блокчейне Биткоина. Segregate означает «отделять», а witnesses — это подписи транзакций. Он был создан для обновления способа хранения данных в блокчейне Биткоина. Это позволяет сети хранить больше транзакций в одном блоке, повышая пропускную способность транзакций. SegWit начал действовать в Биткоине в августе 2017 года.
SegWit не только повысил скорость обработки транзакций Биткоина, но и устранил слабое место в протоколе, которое позволяло узлам подделывать в сети транзакции с проблемами пластичности. Удалив из поля ввода блока так называемые «данные подписи» или «данные свидетеля», SegWit увеличил количество транзакций, которые могут поместиться в блок, и устранил недостаток, связанный с несовместимостью транзакций.
В сети Биткоин обновление SegWit было представлено в виде soft fork в августе 2017 года. Софт-форк — это обратно совместимое обновление, которое позволяет обновленным узлам взаимодействовать с необновленными узлами. Софт-форк обычно включает новое правило, которое не противоречит существующим. Однако из-за высокой стоимости эксплуатации узла (особенно в развивающихся странах) обновление было приостановлено 8 ноября 2017 года.
Taproot
Разработчик Bitcoin Core Грег Максвелл предложил усовершенствование Taproot в январе 2018 года. Критерий 90% добытых блоков с сигналом поддержки от майнеров был выполнен три года спустя, 12 июня 2021 года. Это означает, что 1815 из 2016 блоков, добытых в течение двухнедельного периода, имели закодированные данные, оставленные майнерами в знак поддержки усовершенствования.
Taproot — это soft fork, который улучшает скрипты Биткоина для повышения конфиденциальности и увеличения анонимности в сети. Когда пользователь не использует Taproot, любой может обнаружить транзакции. При использовании Taproot они могут «замаскировать» свои транзакции. Taproot даже позволяет скрыть, что биткоин-скрипт вообще был запущен. С октября 2020 года Taproot объединен с библиотекой Bitcoin Core.
Одним из наиболее значительных изменений в сети является замена подписей Шнорра на используемую в Биткоине технику цифровой подписи с эллиптической кривой (ECDSA). Техника ECDSA генерирует открытые ключи на основе случайно сгенерированных закрытых ключей, что делает невозможным определение закрытого ключа по адресу или открытому ключу Bitcoin. Кроме того, подпись Шнорра освободит место и пропускную способность сети Биткоин, сделав транзакции более быстрыми и мелкими.
Разрешая дискретные лог-контракты (DLCs), подпись Шнорра поможет упростить сложные смарт-контракты на блокчейне Биткоина. DLCs — это предложение добавить в Биткоин реализацию смарт-контрактов, позволяющую создавать простые, безопасные и удобные в использовании оракулы блокчейна.
Это также может помочь в масштабировании платежных каналов второго уровня, таких как Lightning Network, которая позволяет осуществлять мгновенные транзакции в сети Биткоин.