Блокчейн: що це, навіщо він нам потрібний і в чому його небезпека?
Здається, слово "блокчейн" (blockchain) можна зустріти скрізь. Його використовують у мистецтві, промисловості, фінансах, науці та комп'ютерних технологіях. Можливо, ви цього не бачите, але воно вже змінює нашу дійсність. Розповідаємо простими словами, в чому полягає суть блокчейна і чому він настільки важливий для людства.
Контент
1. Що таке блокчейн?
2. Як працює блокчейн?
3. Де можна використовувати block chain?
4. Недоліки та небезпеки технології blockchain
5. Перспективи блокчейну
6. Висновок
Що таке блокчейн?
Термін походить від двох англійських слів. Block — «блок», chain – «ланцюг». Дослівно його можна перекласти як «ланцюжок з блоків» або «послідовність блоків».
Математики називають принцип побудови блокчейна «зв'язаним списком». Кожен його елемент залежить від попереднього та наступного. Змінивши або прибравши один блок, ви порушите послідовність і активуєте механізм безпеки.
Звідси випливає призначення блокчейна — автентифікація баз даних. Механізм блокує спроби заміни інформації, не дозволяючи одному учаснику процесу порушити правила та отримати від цього зиск.
Щоб зрозуміти принцип дії блокчейн-технології, розглянемо спрощений процес:
1. Ви з колегами домовилися зібрати по 500 грн на майбутню вечірку.
2. Щоб не було розбіжностей, на нараді кожен записав це у свій блокнот та проконтролював інших.
3. Один із колег вирішив, що 500 грн — занадто багато, і змінив суму у своєму блокноті на 300 грн.
4. На наступній нараді було порушене питання про суму. Щоб довести свою правоту, кожен учасник показав запис у блокноті.
5. Запис із сумою в 300 грн був визнаний підробленим — рішення було прийнято без суперечок та розбіжностей.
Блокчейн вважається порівняно новою технологією — саме слово нещодавно отримало популярність. Але прообраз такої системи виник ще 1984 року, коли математик Девід Чаум запропонував власну методику захисту важливої інформації з урахуванням зв'язаних списків. Перший блокчейн був описаний вченими Хабером та Сторнеттою у науковій роботі 1991 року. А перша робоча модель з'явилася в 1994 році — вона допомагала підтверджувати справжність публікацій та захищати їх від плагіату.
Але популярність блокчейну приніс маніфест анонімного IT-фахівця під псевдонімом Сатосі Накамото. 2008 року він представив своє бачення децентралізованого публічного блокчейну. Накамото каже, що публічна мережа, яка не належить жодному з учасників, має стати більш чесною та прозорою альтернативою глобальній фінансовій системі. Так народилася ідея першої криптовалюти — біткойна.
Як працює блокчейн?
Припустимо, вам потрібно зберегти цінну інформацію і переконатися, що ніхто не зможе підмінити її. Ви записуєте дані у цифровому вигляді та шифруєте, щоб забезпечити повну конфіденційність. Цей масив відправляється всім користувачам (вузлам), які підключилися до певної мережі. Кожен із них отримує точну копію. Якщо ви запідозрите заміну, достатньо порівняти одну копію з іншою.
Але процес порівняння сотень і тисяч рядків — трудомістке завдання. Якщо в мережі сотні тисяч учасників, на вирішення цього завдання піде вся обчислювальна потужність планети. Тому в блокчейні використовується контрольна сума чи хеш. Це зашифрований заголовок, який надається масиву даних. Якщо змінити хоч один символ, хеш також зміниться — це стане помітним під час порівняння.
Блокчейн-платформа динамічна — вона розрахована на постійне додавання нової інформації. Найчастіше йдеться про транзакції, тобто грошові перекази між користувачами. Але теоретично ви можете використовувати технологію для перевірки автентичності чогось — наукових публікацій, предметів мистецтва та посвідчень особистості.
Для цього і потрібний ланцюжок блоків. Оскільки інформація згодом додається, до одного масиву даних має прикріплюватись інший. Щоб блоки не можна було видалити або підмінити, кожен з них пов'язують із попереднім та наступним. Технологія проста — блок №2 містить не лише свою контрольну суму, а й хеш блоку №1. Відповідно, блок №3 включає хеш блоку №2 і так далі. Забравши одну ланку, ви розірвете весь ланцюг.
Хто займається формуванням нових блоків? У приватних блокчейнах це завдання покладено на адміністратора мережі та тих, кому він надає подібні повноваження. Але популярним став інший варіант. У публічних блокчейнах блок формує той учасник, який раніше за інших вирішить математичне завдання. Для цього йому потрібне потужне обладнання, здатне робити від десятків тисяч до мільярдів обчислень за секунду. Процедура вирішення таких завдань називається майнінгом.
Щоб стимулювати участь у роботі та розвитку блокчейну, за формування нового блоку призначають нагороду — майнер отримує нову одиницю криптовалюти або свою частку комісії за транзакцію в мережі. Так можна заробляти на майнінгу. Щоб збільшити ймовірність отримання нагороди, великі гравці сформували свої розподілені масиви (пули). Підключаючись до них, майнери здають комп'ютери в оренду пулу, отримуючи свою частку прибутку. В умовах, коли на ринку присутні мільйони майнерів, така схема роботи є найнадійнішою.
Швидкість формування блоків визначається творцями блокчейну. Наприклад, у Bitcoin вона приблизно дорівнює 2048 блоків за 14 днів. Якщо в мережі з'являється більша обчислювальна потужність, завдання виконуються швидше і процес прискорюється. Щоб вирішити цю проблему, мережа змінює складність математичних завдань таким чином, щоб підтримувати постійну швидкість незалежно від кількості учасників та потужності їхньої техніки.
Алгоритм, у якому блокчейн забезпечується майнінгом, називають доказом роботи — Proof-of-Work, PoW. Він має альтернативи. Іноді формування блоків довіряють найавторитетнішим учасникам мережі, які мають у розпорядженні найбільшу кількість винагород (криптовалюти, токенів тощо). Цей алгоритм отримав назву доказу володіння — Proof-of-Stake, PoS. Є й інші, менш популярні механізми формування блоків:
PoT — Proof-of-Time — учасник визначається за часом, проведеним у мережі;
PoA — Proof-of-Authority — блок формує той учасник, який отримав найбільшу кількість голосів;
PoSpace — Proof-of-Space — право на створення блоку дається тому, хто надав в оренду найбільший обсяг дискового простору.
Якщо говорити простими словами, блокчейн записує інформацію, що регулярно оновлюється, в блоки, які розсилаються всім учасникам мережі. Якщо один з них вирішить підмінити або видалити дані, система помітить фальсифікацію з невідповідності кодових контрольних сум. Хибний ланцюжок буде виправлено автоматично, що виключить шахрайство.
Де можна використовувати block chain?
Криптовалюти
Одна з перших сфер діяльності, де була застосована технологія. Blockchain-гаманець — запис у децентралізованій мережі. Його баланс та пов'язані з ним операції містяться у блоках, які є у всіх учасників.
Це навіть безпечніше, ніж зберігання грошей у банку. Якщо хакер зламає банківський сервер, йому достатньо змінити один запис. Щоб підмінити інформацію про блокчейн-транзакції, йому потрібно буде підправити сотні тисяч записів на різних пристроях.
Криптовалютна система вважається більш чесною та прозорою порівняно зі звичайними фінансами. Всі учасники мережі бачать обсяг коштів у обігу та контролюють Blockchain-транзакції. Імовірність шахрайства та маніпуляцій зводиться до мінімуму.
Блокчейн-гаманці анонімні. Ви можете дізнатися, які суми у них зберігаються, не розкриваючи відомостей про їх власників. Звичайно, є певні обмеження — «засвітивши» гаманець на сайті або в публічному повідомленні, ви можете зв'язати з ним свій обліковий запис, що полегшить ідентифікацію.
Банківська справа
Великі фінансові установи спочатку вважали блокчейн та криптовалюти прямими конкурентами. Проте, вже з 2014 року вони почали масово впроваджувати нову технологію. У цій сфері вона використовується на двох рівнях:
публічні блокчейни контролюють транзакції пересічних користувачів;
приватні блокчейни стежать за міжбанківськими операціями. Вони є консорціумами (об'єднаннями) банків, пов'язаних загальними договорами. Щоб транзакція вважалася автентичною, її має підтвердити більшість учасників, наприклад, 10 із 12 банків.
Банки також масово використовують блокчейн для укладання смарт-контрактів. На відміну від звичайних договорів, вони виконуються автоматично, коли виконується певна математична умова. Наприклад, відбувається переказ 100 тисяч доларів при накопиченні суми в 1 мільйон.
Державне управління
Одним із перших проектів стали вибори у США, засновані на блокчейні. Розподілені мережі зробили можливим дистанційне голосування — підміна голосу в них фактично неможлива. А якщо врахувати, що додатковим рівнем безпеки служила система розпізнавання обличь, то такий процес заслуговує навіть на більшу довіру, ніж підрахунок бюлетенів.
Blockchain-технології взяла на озброєння Естонія. Вона розробила систему електронного громадянства, що дає змогу підтверджувати статус резидента з будь-якої точки світу. Завдяки цьому Таллінн став однією з IT-столиць Європи.
Румунія вже досліджує можливість переведення всіх посвідчень особи на блокчейн. Якщо експерти дадуть позитивний висновок, це рішення стосуватиметься паспортів, прав водія, студентських квитків та інших документів. Позитивний ефект від ліквідації паспортних столів та інших бюрократичних установ вимірюватиметься сотнями мільйонів доларів.
Освіта
Як ми вже говорили вище, один з перших блокчейнів в світі перевіряв автентичність наукових публікацій. Система працює і сьогодні — вона допомагає вирішувати суперечки про першість досліджень, плагіат та авторство.
Принцип роботи блокчейна став у нагоді університетам в інших аспектах. Розподілені мережі беруть на себе адміністративну роботу — перевіряють отримані документи та домашні завдання, підтверджують справжність сертифікатів, заліків та патентів.
Кібербезпека
Найперспективніша галузь використання технології. За допомогою блокчейна можна створити унікальний ключ для автентифікації, який підтверджуватиметься всіма користувачами мережі. Підміна швидко розкриється, що дозволить системі миттєво відреагувати на спробу вторгнення.
Це стосується як блокчейн-гаманців, так і інших систем — банківських, освітніх, державних та корпоративних. За оцінками фахівців, масове впровадження технології зменшить ймовірність злому на 70–85%.
Оскільки в мережі кожен учасник зберігає копію масиву даних, видалити інформацію повністю майже неможливо. Завдяки цьому скорочується час відновлення системи після атаки та зменшується ймовірність отримання незворотної шкоди.
Стільниковий зв'язок
У 2017 році було здійснено перший телефонний дзвінок за допомогою системи блокчейну. Смартфон XPhone не підключається до мобільного оператора. Натомість він використовує розподілену мережу для з'єднання з абонентом.
Такий спосіб підключення допомагає зберегти анонімність та отримати захист від прослуховування. Крім того, він допомагає наблизити вартість послуг зв'язку до ринкового рівня — в публічних мережах процес тарифікації є максимально прозорим і не підпорядковується правилам монополій.
Блокчейн-ігри
Якщо ви граєте у 2022 році, то, напевно, знаєте, що таке «мікротранзакції». Простими словами — це плата за покупку внутрішньоігрових предметів. Наприклад, скінів для персонажів та зброї, бонусів та підсилювачів.
Право на володіння цифровими об'єктами підтверджується за допомогою блокчейну. Цей предмет стає невзаємозамінним токеном — NFT. Його неможливо скопіювати або вкрасти — ланцюжок блоків розірветься, і система автоматично повернеться до початкового стану.
Оскільки мікротранзакції дуже популярні у деяких іграх, їх розробники навіть видають невеликі суми криптовалют за досягнення та час, проведений у віртуальному світі! Такий механізм отримав назву Proof-of-Gaming, PoG.
Недоліки та небезпеки технології blockchain
Головний мінус — проблема масштабування. Згодом обсяг інформації стає настільки великим, що запис чергового блоку забирає надто багато часу та зусиль. Ми вже це бачимо в мережі Bitcoin — система змушена встановлювати високі комісії, щоб обмежувати кількість транзакцій. Частково проблему можна вирішити за допомогою блокчейнів другого рівня — надбудов над мережами, призначеними виключно для обробки операцій. Але остаточної відповіді на питання масштабування поки що немає.
Ще одна проблема системи блокчейну — високе енергоспоживання. Загальна електрична потужність усіх майнінгових пулів світу дорівнює потребам середньостатистичної європейської країни. Багато урядів запроваджують обмеження у вигляді підвищених тарифів на електроенергію, податків та прямих заборон. Чим популярнішим буде ставати блокчейн, тим сильнішим буде цей опір. Щоб вирішити проблему, доведеться вибрати альтернативний принцип дії мереж. Наприклад, Ethereum вже відмовляється від алгоритму PoW на користь PoS, що означає закінчення майнінга цієї криптовалюти.
Збільшення числа блокчейнів викликає проблеми сумісності. Щоб пов'язати між собою їхню логіку, систему винагород та інші особливості, створюються «портали» та «тунелі». Ці елементи мереж підвищують енергоспоживання та знижують ефективність використання ресурсів. Відповіддю може бути універсальний блокчейн-протокол UniLayer Network, представлений навесні 2022 року. Але на реалізацію цього проекту можуть піти роки.
Блокчейн також не дає стовідсоткову гарантію безпеки. Зловмисники завжди можуть виманити ключ або переконати перерахувати гроші на анонімний гаманець — повернути їх буде неможливо. Крім того, з'являється все більше шахрайських блокчейн-проектів — їх творці продають нічим не забезпечені токени, забираючи собі весь прибуток.
Перспективи блокчейну
Фахівці стверджують, що blockchain-транзакції будуть покладені в основу нового покоління інтернету Web3. В ідеалі ця мережа повинна ставити на перший план користувача — її хочуть зробити вільною та децентралізованою, з мінімальним рівнем цензури, монополій та державного втручання. Наскільки реалістичною є така утопічна ідея — покаже час.
Але зараз уже готуються нові види блокчейнів, які будуть використовуватись у різних сферах діяльності людини:
Промисловості — для прискореного укладання контрактів на виробництво та контролю ланцюжків постачання.
Автомобілях — для створення електронного ключа доступу як до особистих, так і до каршерингових машин.
Перевірці готівки — майбутні купюри та монети будуть містити електронні ключі, які можна буде перевірити за допомогою смартфона.
Службах екстреного реагування — виклик буде оброблятися всіма користувачами мережі, що допоможе швидше встановити місцезнаходження людини та прийняти її заявку.
Земельному праві — власні кадастри на базі блокчейну розробляють Україна, Швеція та ОАЕ.
Екологічних ініціативах — планується створити систему винагород за збирання сміття та переробку пластику.
Медицині — можливо створити хмарні карти пацієнтів із високим рівнем захисту. Це полегшить лікарям завдання під час первинного огляду.
Забезпеченні якості їжі — блокчейн може бути аналогом системи сертифікації, що виключає підробку.
Висновок
Пояснення блокчейну для «чайників» просте — це система автентифікації, в якій беруть участь тисячі і мільйони користувачів. Велика кількість учасників, сучасні системи шифрування та незалежність від рішень конкретних людей роблять її досконалішою, ніж існуючі альтернативи. Багато фахівців вважають, що найближчими роками блокчейн змінить наш світ так, як колись його змінили поїзди та парові машини. Нова промислова революція зробить цифрову економіку швидшою, ефективнішою та безпечнішою.
