Bitcoin (BTC) — это децентрализованная одноранговая сеть, состоящая из компьютеров, или узлов, на которых установлено программное обеспечение Bitcoin, и которые меняют набор правил консенсуса Proof-of-Work (PoW) для подтверждения и трансляции транзакций в блокчейн.
Процесс происходит без посредничества третьей стороны, что делает блокчейн механизмом, не требующим доверия. В традиционных методах транзакции подтверждаются централизованными органами, такими как банки и мерчанты, которые проверяют, достаточно ли у плательщика денег для совершения покупки.
В блокчейне Биткоина традиционные платежные системы заменены распределенной сетью узлов и майнеров, которые подтверждают транзакции без цензуры или разрешения.
Изучение того, что делают узлы и как они работают, помогает понять, что стоит за транзакциями. Любой человек может стать оператором ноды, просто загрузив программное обеспечение Bitcoin Core, и участвовать в защите сети, что делает блокчейн прозрачным, неизменяемым и децентрализованным.
Что такое нода Биткоина
Ноды (узлы) — это основа сети Биткоина. Эти узлы постоянно контролируют блокчейн и всю историю транзакций, чтобы пресечь публикацию невалидных транзакций, которые пытаются дважды потратить входы, эта проблема известна как двойная трата.
Любой компьютер, который загрузит программное обеспечение Bitcoin и присоединится к сети Bitcoin, называется нодой (узлом). Наиболее популярным клиентом и программной реализацией полных нод является Bitcoin Core.
Нода хранит полную историю и хронологию блокчейна Биткоина и вносит вклад в безопасность сети Биткоина через механизм консенсуса, поскольку ноды отклоняют любую транзакцию, нарушающую правила консенсуса.
Трудно оценить точное количество активных нод Биткоина, поскольку пользователи могут выбирать приватное подключение к сети. В разных источниках приводятся весьма противоречивые цифры. Некоторые источники подсчитали, что существует чуть более 13000 узлов Биткоина. Разработчик Bitcoin Core Люк Дэш-младший подсчитал, что в январе 2021 года было активно около 83 000 узлов Bitcoin Core, а в 2022 году зафиксировано резкое снижение до примерно 50000.
Эти данные вызывают еще большую тревогу, учитывая, что на пике бычьего рынка 2017 года было задействовано более 200000 узлов Биткоина. Чем больше активных и подключенных узлов к сети Биткоин, тем более надежной и децентрализованной она становится.
Что такое ноды блокчейна
В основе блокчейн-сетей лежит структура Биткоина, который первым заложил фундамент этой технологии. Поэтому понимание принципов работы узлов Биткоина поможет понять, как работает большинство блокчейнов. Они лишь имеют разные протоколы с разными правилами, но функциональный аспект остается неизменным.
Основная функция нод блокчейна заключается в обеспечении легитимности сетевых транзакций и блоков и в следовании правилам протокола. Они должны гарантировать, что данные в сети валидны.
Типичными нодами, поддерживающими инфраструктуру блокчейна, являются мастер-ноды и майнинг-ноды. Они получают большее вознаграждение за блок, поскольку используют больше ресурсов для расширения возможностей сети. Однако мастер-ноды не добавляют новые транзакции или блоки в блокчейн, как обычные или майнинг-ноды.
Как работают ноды блокчейна
Ноды проверяют и транслируют транзакции в сеть. Эти транзакции, попавшие в мемпул и отображающиеся как «ожидающие», подхватываются оттуда майнером или пулом майнеров, которые добавляют их в блокчейн.
Вместо того чтобы подтверждать каждую отдельную транзакцию, майнеры объединяют ожидающие транзакции в блоки. Подтвержденный блок транслируется по всей сети и отправляется обратно на все ноды для проверки, что блок действителен и соответствует правилам сети.
После подтверждения ноды добавляют новый блок в цепочку к предыдущему блоку, создавая таким образом блокчейн и осуществляя окончательное упорядочение транзакций.
Типы узлов блокчейна
Поскольку проверка и трансляция транзакций требует больших затрат времени и ресурсов, ноды делятся на легкие и полные, чтобы ускорить процесс проверки. Полные ноды подтверждают все транзакции, загружая полную историю блокчейна, в то время как легкие узлы загружают только данные заголовка блоков.
Основными типами узлов Биткоина являются полные, облегченные и майнинговые ноды.
Полные ноды
Их называют полными, поскольку они тщательно проверяют соблюдение всех правил протокола Bitcoin. Полные ноды должны подтвердить легитимность всех транзакций, выполняемых в сети Биткоина, и предотвратить проблему двойной траты, что означает, что обрабатываемые биткоины не должны быть уже потрачены где-то еще.
Полная нода должна загружать каждую транзакцию, которая когда-либо была выполнена, все новые транзакции и все заголовки блоков, сохраняя данные о каждой неизрасходованной транзакции до тех пор, пока она не будет потрачена. Именно поэтому полные ноды должны загружать всю историю блокчейна, каждый блок и транзакцию и проверять, следуют ли они правилам консенсуса Биткоина.
Например, правило, которое они будут проверять, заключается в том, что блоки создают только определенное количество биткоина (в настоящее время 6,25 BTC за блок, до следующего халвинга в 2024 году). Они обязаны убедиться, что транзакции и блоки имеют правильный формат данных или что выход транзакции не может быть дважды проведен в рамках одного блокчейна. Транзакция или блок, нарушающие правила консенсуса, отклоняются.
Думайте о полных нодах Биткоина как о серверах. Если вы управляете своей нодой, вы полагаетесь на то, что ваш сервер будет транслировать транзакции в сеть. Если нет, то вы полагаетесь на чужую ноду (сервер) для подтверждения транзакций. В контексте Биткоина управление собственным узлом означает достижение суверенитета и полного контроля над собственными средствами.
Легкие ноды
Легкие или облегченные ноды загружают только основные данные из обработанных транзакций, используются в качестве кошельков и подключаются к полным нодам. Они загружают только заголовок блока, который представляет собой краткое содержание блока, содержащее хэш-ссылку на предыдущий блок, время майнинга и nonce (уникальный идентификационный номер) предыдущих транзакций.
Легкие ноды обрабатывают только небольшие части блокчейна, а не весь набор данных, как полные ноды. Они идеально подходят для узлов, не обладающих большим объемом памяти или вычислительных мощностей, и являются более экономически выгодными, чем полные ноды.
Задача легкой ноды — проверять, были ли транзакции включены в блок с помощью Упрощенной Проверки платежа (SPV). Она помогает поддерживать децентрализацию блокчейна, но не подтверждает все свои транзакции и не хранит копию всего блокчейна.
Майнинговые ноды
Помимо хранения полной копии блокчейна, майнинговые ноды также используют майнинговое оборудование и программное обеспечение для решения сложных вычислительных задач с целью добычи Bitcoin и генерации новых блоков для добавления в блокчейн.
До 2010 года в качестве майнинговой ноды можно было использовать простой бытовой компьютер. Однако по мере огромного расширения сети Биткоин одного процессора стало недостаточно для добычи криптовалюты, поэтому возникла необходимость в более дорогом и энергоемком оборудовании для майнинга.
Майнинговые ноды очень конкурентоспособны, поскольку их цель — первыми создать новый блок и получить за его создание вознаграждение в размере 6,25 BTC.
Полная нода Биткоина в сравнении с майнинг-нодой
Полные ноды и майнерские ноды являются важнейшими компонентами сети Биткоина, хотя и выполняют разные функции. В то время как майнер обязан поддерживать ноду, держатель полной ноды не обязан быть майнером. Задача обычной ноды Биткоина — подтверждать транзакции и блоки, в то время как майнерской ноде нужно специализированное оборудование для майнинга: нахождения нового блока и загрузки в него новых транзакций.
Вопреки распространенному мнению, майнеры на самом деле обладают ограниченной властью. Потенциально они могут реорганизовать блокчейн и добавлять или удалять транзакции, но для этого им придется затратить огромное количество вычислительной мощности, что не стоит того.
Мощный майнер может атаковать Биткоин, но майнеры не могут полностью изменить или уничтожить Биткоин, поскольку полные ноды полагаются на майнеров только для выполнения нескольких функций, о которых говорилось ранее.
Другие типы узлов блокчейна
- Архивные полные ноды — это полные ноды, которые принимают входящие подключения и загружают старые блоки в другие ноды сети.
Архивные ноды могут быть авторитетными узлами, используемыми, когда необходимо контролировать доступ к данным блокчейна. В этом случае только авторитетные ноды могут разрешить другим присоединиться к
блокчейну.
- Обрезанные полные ноды имеют ограниченную память для хранения данных. Они являются полными узлами и загружают весь блокчейн, но когда они достигают определенного предела, они удаляют самые старые блоки, чтобы разместить новые блоки.
- Мастерноды — это полные узлы, основной функцией которых является ведение блокчейна и подтверждение транзакций. Они не могут добавлять новые блоки в блокчейн.
- Lightning-узлы — это компьютер или программное обеспечение, которое подключается и взаимодействует с основным блокчейном и Lightning Network.
Основное отличие от полного узла Bitcoin заключается в том, что узел Lightning проверяет только транзакцию, взаимодействующую непосредственно с ним, но не проверяет каждую транзакцию блокчейна, как в случае с нодой Bitcoin.
Как настроить и запустить полный узел
Чтобы запустить ноду, вы можете загрузить программное обеспечение Bitcoin Core и позволить ему скачать весь блокчейн с других узлов, после чего ваша нода будет готова самостоятельно проверять каждый блок.
Чтобы установить новую ноду, необходимо пройти процедуру IBD (Initial block download), которая обеспечивает синхронизацию ноды с сетью при первом запуске. Bitcoin Core будет использовать много места на диске во время загрузки.
Альтернативой является запуск ноды в облаке.
Загрузив полную историю блокчейна Биткоина, вы увидите, что новые блоки добавляются примерно каждые 10 минут. Подробные инструкции по настройке и запуску узла Bitcoin на различных операционных системах можно найти на официальном сайте Bitcoin.
Почему важно запускать свой узел
Хотя управление нодой Биткоина не дает никаких наград, оно все же обеспечивает ряд преимуществ:
- Запуск полноценного узла обеспечивает большую конфиденциальность и анонимность, чем использование сторонних серверов для обработки ваших транзакций. Посреднические службы могут раскрыть адрес вашего кошелька и поставить под угрозу вашу конфиденциальность.
- Полный контроль над своими балансами BTC.
- Вклад в безопасность и целостность сети, обеспечивая строгое соблюдение всех правил протокола Bitcoin.
- В случае форков вы сами решаете, какому блокчейну следовать. Таким образом, ваша нода приравнивается к держателю одного голоса в случае значительных изменений, происходящих в блокчейне.
Запуск ноды Биткоина не приносит реальной прибыли, хотя другие блокчейны предлагают стейкинг. Однако это обсуждение для другой статьи, в частности, о протоколе консенсуса Proof of Stake.