Блокчейн — что это такое и суть технологии

Термин блокчейн происходит от сочетания английских слов «block» — блок, и «chain» — цепь. По сути, он представляет собой выстроенную в строгой последовательности цепочку блоков, которые содержат определённого рода информацию. Помимо текстовой, эта информация может представлять собой любой вид данных, поддающихся оцифровке: фильмы, графика, программы, архивные файлы и т. п.

Цепочка выстраивается в соответствии с определёнными программным протоколом того или иного блокчейна и тем самым образует связь между блоками, делая его последовательно связанным списком. Каждый блок, как правило, содержит в себе хешированную (шифрованную по определённым криптографическим алгоритмам) версию предыдущего блока, свой собственный хеш (который представляет упаковываемую в него шифруемую информацию) и набор служебных данных (временные метки, версия блокчейна, идентификационный номер блока в порядке добавления в цепь и т. п.).

В большинстве случаев такие цепочки блоков хранятся в качестве реплицированной распределённой базы данных на множестве компьютеров, связанных друг с другом посредством сети интернет. Репликация подразумевает собой то, что информация, сохраняемая на этих устройствах, будет не просто там храниться, а своевременно и полностью синхронизироваться с остальными её копиями в этой сети.

Такой принцип построения исключает вероятность внесения злоумышленниками каких-либо изменений в существующие блоки. Таким образом, подделать текущие данные практически невозможно. Алгоритмы шифрования, применяемые в блокчейнах слишком сложны, и взломать их с использованием современных компьютеров невозможно.

Впервые полноценный блокчейн в современной его интерпретации был реализован в рамках системы биткоин, которая была описана автором/ами в октябре 2008 г. Там он выполняет функцию хранения истории проведённых в рамках сети транзакций. Это необходимо для подтверждения права собственности на те или иные денежные средства за соответствующими участниками. С тех пор в сознании людей прочно закрепилась ассоциация блокчейна с криптовалютами, хотя сама технология подразумевает возможность связывания любых блоков с информацией, что даёт ей возможность применения в самых различных областях. Сегодня допустимость внедрения технологии широко тестируется в таких сферах как финансовая деятельность, государственное управление, идентификация личности, нотариат, компьютерная безопасность, подтверждение прав собственности на имущество и интеллектуальную собственность, банковские операции и мн. др.

Упрощённую схему блокчейна на примере биткоина можно представить в следующем виде:

Блокчейн простыми словами

Для объяснения сути технологии простым зыком приведём самый распространённый пример – журнал с записями. Например, ученики в школе хотят использовать электронную валюту для взаимных расчётов. Все пишут на доске – кто, кому, когда и сколько передал, и каждый расписывается под своим платежом (цифровая подпись). К примеру, Вася передал Маше 15 биткоинов и подпись. Доска постоянно находится на виду, и никто не может внести изменения в уже существующую информацию без согласия всего класса (консенсус), поэтому такой метод хранения информации сравнительно безопасный. Однако приходит учитель и стирает всё написанное, поэтому сохранность данных и их анонимность находятся под угрозой, что может привести к путанице в том, у кого сколько на счету, а также вскрыть определённые дискретные данные.

Ученики заводят журнал учёта передачи прав собственности на валюту от одного к другому (блокчейн). Заносят туда те же данные, что и перед этим на доске. Однако в журнал можно внести исправления или, в конце концов, полностью переписать, поэтому каждый заводит свою копию.

Все операции нужно периодически контролировать и проверять их подлинность, так как, если проверку проводить только при заполнении всего журнала, может оказаться, что каждый заносил туда свои, выгодные ему данные, а проверить их достоверность окажется проблематично или практически невозможно. Поэтому каждая страница журнала будет представлять собой условный блок с ограниченным списком определённого количества транзакций.

Чтобы никто задним числом не мог внести в журналы изменений, например, когда все вышли в столовую на обед, во время урока все решают очень сложную задачу (proof-of-work), нахождение решения которой стребует определённого времени (в биткоине это время около 10 минут, а сам процесс называется майнингом). В задаче в качестве переменных обязательно используются числовые значения включаемых в блок транзакций, ответ предыдущей задачи и ряд дополнительных значений. На перемене все сверяют решения и переписывают друг у друга новые списки транзакций. Так как в задаче по решению следующего блока в качестве одной из переменных используется ответ предыдущей задачи, то каждая страница цепляется друг за друга последовательно. Если попытаться внести изменения в содержимое одной из страниц где-то посередине журнала, придётся решать все последующие задачи заново, так как это нарушит целостность цепочки, а такой вариант практически не осуществим.

Консенсус в блокчейне на примере журнала с записями

Таким образом, все ученики синхронно ведут журнал, что рождает доверие друг к другу, невозможность мошенничества и отсутствие контроля со стороны учителя и родителей.

Простая схема работы блокчейна

История создания и эволюции блокчейна

1991 г. — Первое упоминание

Впервые идея базы данных на основе цепочки последовательно выстроенных блоков была описана ещё в 1991 г. Двое учёных в области компьютерной криптографии Стюарт Харбер и Скотт Шторнетт разработали технологию хранения цифровых файлов с пометкой их временными штампами. Суть такого решения состояла в том, чтобы каждый документ помещался в соответствующий блок, каждый из которых отмечался временной меткой с датой и временем своего создания и хешировался, после чего все блоки по порядку выстраивались в цепочку. Это исключало возможность внесения изменений в какой-либо из документов «задним числом» и защищало их от подделки. Так появился первый блокчейн.

Спустя год в 1992 г. в эту систему было внедрено шифрование на основе алгоритмов Деревьев Меркла, что значительно повысило эффективность самой технологии и позволило помещать сразу несколько документов в один блок.

Общая идея Дерева Меркла состоит в том, чтобы ужать большой объём информации до простой строчки с набором символов, содержимое которого позволяет проверять достоверность упакованных данных без необходимости их раскрывать. Такая же природа работы заложена и в архивирование .ZIP и .RAR.

Тем не менее, технология той базы данных не получила широкого применения и не была запатентована.

2004 г. — RPoW и HashCash

В 2004 г., ещё до появления биткоина, американский учёный-исследователь в сфере компьютерных наук Хэл Финни разработал систему «многоразового доказательства выполнения работы» (RPoW – Reusable Proof-of-Work). Работа алгоритма основывалась на получении специальных HashCash-токенов, которые генерировались через PoW и подписывались с применением RSA-шифрования, после чего они могли передаваться от одного человека к другому. Учёному удалось реализовать цепочку связанных хешированных блоков с токенами в рамках системы HashCash на базе специального шифровального чипа IBM на основе спецификации криптографических процессоров TPM.

RPoW решала проблему двойной траты посредством регистрации обладателей внутренних HashCash-токенов на одном доверенном сервере. Это позволяло сохранять право собственности на свои средства за каждым пользователем и давало возможность контроля подлинности вносимых в цепь изменений в режиме реального времени. Систему Reusable Proof-of-Work принято считать первым прототипом современных криптовалют.

2008 г. – появление Биткоина

В октябре 2008 г. на электронные адреса подписчиков форума metzdowd.com в рассылке шифропанков было разослано сообщение, включающее так называемый white paper, содержащий информацию с описанием новой платёжной системы, построенной на базе технологии блокчейн и функционирующей в рамках одноранговой p2p-сети. Отправка письма произошла от пользователя с ником Сатоши Накамото. В сообщении описывалась новая виртуальная валюта, надёжно защищённая от каких-либо взломов, не поддающаяся внешнему контролю со стороны государства и каких-либо надзорных органов, а также обладающая высокой степенью анонимности.

Защита от взломов и двойных трат в биткоине обеспечивается алгоритмом Proof-of-Work и работой в рамках пиринговой сети. Proof-of-Work подразумевает наличие сложной криптографической задачи, которая решается с целью нахождения правильного хеша обрабатываемого блока, при этом должен выдерживаться определённый временной интервал между нахождением решений. Решают задачу майнеры – узлы, подключённые к сети и на которых установлено специально разработанное для этого ПО. За каждый найденный и включённый в цепь блок, нашедшему его майнеру начисляется определённая награда в виде некоторого количества биткоинов. Пиринговая сеть означает, что каждый участник сети хранит одинаковую копию блокчейна у себя на устройстве, что исключает возможность подделки данных, так как для этого нужно будет вносить изменения в каждый экземпляр цепи в рамках сети.

3 января 2009 г. первый блок добыл сам Сатоши Накамото и получил за это вознаграждение в размере 50 биткоинов, 10 из которых 12 января он отправил тому самому Хелу Финни. Так была произведена первая в истории криптовалютная транзакция.

2014 г. – появление Etherium

В 2013 г. канадский программист русского происхождения, а также один из основателей издания «Bitcoin» — Виталий Бутерин, высказал мнение о том, что биткоин кроме как для проведения платежей, со скоростью которых у него также проблемы, больше ни к чему не пригоден и требует доработок с целью расширения имеющегося функционала. Его инициатива не получила массовой поддержки криптосообщества и он приступил к разработке собственной более универсальной блокчейн-платформы. В итоге в 2014 г. на свет появился Etherium с более функциональным и полным по Тьюрингу внутренним скриптовым языком программирования – Solidity с возможностью реализации на его базе так называемых умных контрактов (Smart Contracts).

Смарт-контракт представляет мини-программу, которая предназначена для описания условий сделок или взаимоотношений между её сторонами. Например, один пользователь хочет перевести другому определённую сумму денег, но только после выполнения тем определённых условий. В смарт-контракте описываются обозначенные условия сделки, первый контрагент отсылает второму определённую сумму, она замораживается, когда второй контрагент выполняет требуемые от него условия и первый это подтверждает, второй получает свои деньги. Всё это происходит в рамках своего блокчейна и все участники системы это видят. Описание условий происходит с применением определённых языков программирования посредством написания программных скриптов и записью их в виде кода, компилируемого в байт-код, который далее считывается и приводится в действие встроенной в платформу виртуальной машиной Тьюринга Etherium (EVM — Ethereum Virtual Machine).

На базе системы также можно разрабатывать собственные децентрализованные приложения – DApps (Decentralized applications). Сегодня на блокчейне Etherium уже запущено несколько сотен приложений, в числе которых: платформы различных соцсетей, гемблинга, трейдинг-бирж и др.

В качестве средства расчётов за потребляемую вычислительную мощность при проведении смарт-контрактов используется внутренний токен Ether, который может передаваться от одного пользователя другому.

2018+

Конечно, биткоин и эфириум имеют и свои недостатки. Плохая масштабируемость, медлительность, нужда в больших дисковых пространствах для хранения данных, всё это мешает их массовому внедрению. Сегодня разрабатывается ряд платформ, старающихся устранить или минимизировать имеющиеся изъяны и задействовать как можно больше возможностей технологии блокчейн. Разработчики ряда приложений, типа NEO и IOTA, стремятся сделать свои программные продукты более адаптированными для интернета вещей и предоставить более широкий доступ пользователям всемирной паутины к её содержимому.

К тому же биткоину разрабатывается ряд надстроек, позволяющих расширить функционал системы и сделать её более удобной. В числе таковых Lightning Network, который призван значительно повысить скорость проведения транзакций и увеличить масштабируемость.

В целом тренд блокчейна движется в том направлении, чтобы найти технологии применение во всё большем количестве нуждающихся в этом областей.

Предпосылки и цели создания блокчейна

Изначально самим Сатоши Накамото биткоин позиционировался как альтернатива действующей финансовой системе, которая после глобального кризиса 2008 г. показала свою несостоятельность и вызвала массовое недоверие со стороны мирового сообщества. После прокатившейся по миру волны экономических потрясений, всплыли на поверхность уязвимости и недостатки однополярной финансовой системы. Коррумпированность, слишком сильное влияние банков и зависимость от одного доминанта в мировой экономике вынудили общественность задуматься о постепенном поиске замены текущей системе финансовых взаимоотношений.

Основной причиной глобального кризиса стал ипотечный кризис США 2007-2008 гг. Рядом банков в течение нескольких лет было выдано большое количество высокорисковых кредитов (то есть потенциально неплатёжеспособному населению, как правило, с плохой кредитной историей) под покупку жилья.

Одним из основных инициаторов массовой выдачи таких ипотек стал небезызвестный банк Lemon Brothers, к концу 2008 г. выдавший таковых на $680 млрд при собственном капитальном обеспечении в $22 млрд. сам банк такую сумму выдать не мог, поэтому занимал эти средства у других банков под определённые гарантийные обязательства в виде собственного капитала. В частности банки J.P. Morgan Chase и Citigroup, кредитовавшие Lemon Brothers, требовали обеспечения на сумму, превышающую общую стоимость выдаваемых кредитов. В ситуации с J.P. Morgan эта разница составляла $6,1 млрд. При этом условия гарантийных соглашений менялись как раз в те моменты, когда банк больше всего нуждался в кредитных ресурсах. Естественно, так как кредиты выдавались категориям населения с высоким риском невыплат, банк получать выдаваемые под заём средства в нужные сроки обратно для погашения собственной задолженности не мог. 15 сентября 2008 г. Lemon Brothers подали в суд заявление о запуске процедуры банкротства и просьбой о защите от кредиторов.

Lemon Brothers был четвёртым по величине инвестиционным банком в США. Это был первый в истории случай банкротства столь крупного финансового института. Его разорение очень негативно сказалось на биржевых котировках по всему миру. Резко снизились и цены на нефть – со $147 до $40. Ипотечный кризис привёл к снижению ликвидности различных банков по всему миру, после чего многие из них прекратили выдачу кредитов гражданам под покупку авто. Это привело к сокращению объёмов производства и продаж у ряда мировых автогигантов, с последующими сокращениями рабочих штатов. Яркий тому пример General Motors и Детройт, который превратился в город-призрак после массовых увольнений и миграции граждан в другие населённые пункты в поисках работы. Кризис на рынке недвижимости постепенно начал перекидываться на реальный сектор экономики, что привело к общему спаду производства. Американские инвестиционные организации, после того как столкнулись с проблемами на внутреннем рынке, начали выводить свои зарубежные инвестиции, что привело к оттоку капитала из экономик развивающихся стран, а это в свою очередь к международным экономическим потрясениям.

Кризис показал, насколько состояние всей мировой экономики зависит от экономической стабильности в одной отдельно взятой стране и насколько её финансовое благополучие может зависеть от поведения отдельных субъектов. Таким образом, от безграмотных, а порой и откровенно мошеннических действий всего одной организации и их небольших групп может страдать весь мир.

Государство и банки вступают определённым гарантом безопасности в процессе финансовых взаимоотношений в современном мире, но чрезмерный контроль над валютной эмиссией и всеми денежными потоками развязывают руки для совершения определённых манипуляционных действий без возможности у населения им противостоять, при этом не всегда итог таких действий положительный.

Что дают биткоин в сочетании с блокчейном?

Прежде всего, устраняются посредники в процессе проведения финансовых операций. У криптовалют нет определённых эмиссионных центров, поэтому они не привязываются к определённому региону, что предоставляет пользователям возможность быстрого (сравнительно) международного обмена деньгами. Никто не может взять и напечатать необходимое ему количество криптовалюты, она выпускается в процессе майнинга, принять участие в котором может каждый желающий. Привязанная к интервалам времени эмиссия с заранее определёнными долями выпуска сводит на нет бесконтрольный выпуск валюты, что защищает экономику от инфляции. Наличие у каждого узла сети синхронизированной с остальными копии блокчейна с записанной в неё информацией о транзакциях гарантирует подлинность сделок и обеспечивает доверие между их участниками.

В блокчейне биткоина средства привязываются к адресам, но привязки к личности нет. Если оборот денег происходит исключительно в рамках сети без контакта с внешней средой (например, обмен на фиатные деньги), то система для пользователей становится полностью анонимной. Это защищает от контроля со стороны налоговых органов, но хорошо это или плохо достаточно спорный вопрос, так как без сбора подоходных и т. п. налогов ни одно государство попросту существовать не сможет – ему просто будет не на что, а это уже полный хаос.

Это, что касается финансовой системы. При этом благодаря идее Etherium и ему подобных систем, а также применению технологии блокчейн непосредственно на уровне коммерческих и государственных структур, избавление от посредников возможно и в широком спектре других сфер жизнедеятельности.

Изначально создателями задумывалось, что если однажды биткоин и ему подобные системы станут популярны, они вытеснят из смежных областей (финансовые взаимоотношения, гарантия прав собственности на имущество, контроль личных данных и т. п.) посредников с их комиссиями (в частности тех, действия которых приводят к кризисам), что в целом сделает мир честнее.

Распределённый реестр и его отличия от блокчейна

Распределённый реестр представляет собой базу данных, распределённую для хранения между несколькими узлами сети. Каждый из узлов хранит у себя полную копию базы. Все копии в рамках системы являются реплицированными, то есть постоянно обновляются и синхронизируются в соответствии с вносимыми в содержимое БД изменениями.

Главная особенность распределённого реестра в том, что он не имеет единого центра управления. Обновление всех копий баз осуществляется согласованно в соответствии с алгоритмом консенсуса. В рамках системы происходит голосование «за» или «против» внесения тех или иных изменений в сохраняемые данные, и после того, как система убеждается, что большинством голосов принято то или иное решение, в реестр вносится соответствующая информация. По достижении консенсуса обновление происходит на всех без исключения базах.

Блокчейн является одной из разновидностей распределённого реестра. Не каждая распределённая база данных хранит информацию в виде последовательностей блоков. Функционирование блокчейна осуществляется в рамках одноранговой сети без единого контролирующего центра и сервера, который этим всем управляет. Достоверность хранимых данных обеспечивается за счёт взаимной репликации всех копий БД в сети, а также сложных криптографических вычислений, которые шифруют всю информацию, защищая её от взломов.

Все данные в блокчейне группируются в блоки, которые выстраиваются один за одним. Информацию в блоках нельзя ни удалить, ни изменить, в отличие от обычного распределённого реестра. По своей общей сути, блокчейн являет собой постоянно растущую структуру, в которую данные могут только добавляться, но никак не удаляться. В какой-то степени такая технология подходит для фиксации какой-то статической информации, например, для выборов: выборы прошли, все сверили свои копии реестра, проверили их на подлинность, признали результаты и удалили базу, так как она будет иметь достаточно большой вес. Если применять блокчейн для фиксации динамических данных (финансовые расчёты, сохранение записей о личности и т. п.), то встаёт проблема с масштабированием, так как такие БД будут постоянно увеличиваться в объёме, что однажды сделает невозможным их хранение на всех узлах сети.

Одновременно с рождением идей Виталия Бутерина о создании единого компьютера, призванного объединить весь мир, стали предприниматься попытки разработки закрытых блекчейн-систем, необходимых для выполнения определённых функций исключительно в рамках потребностей определённых организаций. В 2014 г. сообщество из нескольких крупных финансовых учреждений, в числе которых Goldman Sachs, JP Morgan и Barclays, был учреждён консорциум, носящий название R3. Целью данного формирования стало изучение вопросов повышения эффективности межбанковских расчётов за счёт использования технологии блокчейна и распределённого реестра.

Концепция современных криптовалют, а в частности принцип анонимности, полностью противоречит требованиям данных финансовых институтов. Привязка права собственности исключительно к адресам из набора букв и цифр без идентификации личности идёт в разрез с банковским законодательством большинства стран в мире. По заявлению Тима Свансона, директора R3 в области рыночных исследований, консорциум должен быть осведомлён о том, кто является участниками и контрагентами их платформы.

Все финансовые институты обязаны юридически обеспечивать безопасность персональных данных своих клиентов, и осуществлять контроль за ними, в том числе при передаче по национальным или международным каналам. Если взять в расчёт то, что в открытых блокчейнах все данные о пользователях находятся в свободном доступе (хоть и без привязки к личности), а база с ними хранится на каждом компьютере сети, это делает невозможным какой-либо контроль и установление ограничений по их использованию сторонними лицами.

В результате принцип функционирования распределённого реестра был применён к блокчейну. В распределённом реестре все участники, занимающиеся созданием блоков, идентифицированы, а доступ к хранимой в системе информации имеет только ограниченный круг лиц, наделённый соответствующими полномочиями. По причине того, что созданием блоков занимаются только люди, обеспечивающие работу системы, а не случайные пользователи, решившие задачу, отсутствует необходимость проверять работу майнеров.

Применение такого распределённого реестра имеет смысл, когда между участниками сети есть определённое доверие и им необходимо оказывать услуги некоторым третьим сторонам, например, для обеспечения процессов по международным межбанковским переводам.

Самой известной на сегодня реализацией распределённого реестра является разработка консорциума R3 – платформа Cord. В 2016 г. проекту удалось привлечь инвестиций на $107 млн от более чем 40 инвесторов. Покинувший R3 чуть позже JP Morgan, также разработал свой реестр под названием Quorum, который сегодня является конкурентом Cord.

Помимо двух вышеупомянутых платформ, существует ещё довольно популярная Hyperledger. По сути, все трое являются в некоторой степени модернизированными вариациями Etherium, но в отличие от своего предшественника больше ориентированы на работу с закрытыми распределёнными реестрами. Каждый представляет возможность проведения транзакций, как в общем доступе, так и в приватном в рамках определённого круга участников или организаций. На базе этих платформ можно создавать приложения, включающих реализацию смарт-контрактов, использование которых, в отличие от Etherium, также доступно и в приватном, и в публичном режиме.

По словам Джонатана Леви, разработчика системы управления доступом к распределённым реестрам Hacera, людям следует с пониманием относится к тому, что различные административные учреждения (банки, здравоохранение, страховые компании и т. п.) обязаны придерживаться определённых нормативных требований, устанавливаемых законодательно. Допущение рисков, которые позволяют себе блокчейны с открытым доступом, для них неприемлемо.

Блокчейн на примере биткоина

Схема блокчейна в биткоине

Блоки с транзакциями

Блок в биткоине представляет собой специальную программную структуру, предназначенную для записи хранения информации о группах транзакций, проводимых между пользователями сети с целью обмена правами собственности на внутреннюю валюту. То же касается и подобных биткоину платёжных систем. Чтобы транзакция получила статус «подтверждённой», необходимо выполнение следующих условий:

• формат транзакции должен быть корректным;
• должна быть подтверждена принадлежность отправителю передаваемых средств;
• транзакция должна быть включена майнерами в блок цепи.

Проверка корректности формата включает в себя контроль системой соответствия транзакции следующим требованиям:

• корректность синтаксиса;
• размер транзакции в байтах не должен быть выше определённого системой лимита;
• сумма с входных данных транзакции (ссылки на предыдущие транзакции, передающие средства на текущую) не должна превышать сумму выходных (адреса, на которые пересылаются деньги);
• специальные скрипты проверки корректности транзакций, на которые ссылается текущая операция, должны отдавать значение «истина».

Принадлежность средств отправителю проверяется по двум критериям:

• цифровая подпись отправителя должна быть валидной;
• транзакция не должна была быть потрачена ранее.

Каждый пользователь обладает приватным и публичным ключом к своему биткоин-адресу. Приватный ключ нужен для распоряжения своими средствами и подтверждения права собственности на них, он полностью скрыт и его никто не знает кроме владельца адреса. Из публичного ключа генерируется адрес (по сути, это он и есть) и он нужен для возможности получения средств от других пользователей сети и проверки ими, того, что отправителю принадлежит его приватный ключ, но без раскрытия это приватного ключа (это тонкости криптографии). Цифровая подпись генерируется через хеширование суммы приватного ключа и сообщения транзакции (данных о её входах и выходах). Специальное хеширование цифровой подписи в купе с тем же сообщением транзакции как результат отдаёт публичный ключ. Таким образом, через специальные математические алгоритмы с помощью публичного ключа в обратном порядке можно проверить — принадлежит ли пользователю приватный ключ, не раскрывая сам ключ.

Схема верификации транзакции в биткоине

Контроль того, что транзакции-входы не были потрачены, производится через проверку их наличия в так называемом UTXO-пуле. В блокчейн занесена история всех транзакций, когда-либо совершённых в рамках сети. Каждая транзакция в биткоине может быть потрачена только единожды.

Проверка транзакции на непортраченность

Когда с транзакции отправляются средства, часть уходит на адрес получателя, часть в качестве сдачи уходит либо на один из адресов отправителя, возможно даже на текущий, и транзакция считается израсходованной.

Список неизрасходованных транзакций

История транзакций и схема движения средств в блокчейне криптовалют

В блокчейне хранятся уже израсходованные транзакции, а UTXO-пуле ещё не потраченные. Таким образом, система проверяет транзакцию на наличие её в UTXO-пуле, и в случае получения положительного ответа считает её как не потраченный вход отправителя.

Выбор транзакций из мемпула (UTXO)

Когда формат, подпись и «непотраченность» транзакции проверены, она отправляется в так называемый мемпул – условное хранилище транзакций, стоящих в очереди на подтверждение. Далее по достижении своей очереди, она объединяется в группу с другими транзакциями и в составе этой группы включается майнерами в блок. Содержимое блоков находится в открытом доступе и его в любой момент можно проверить. Также каждый блок содержит хешированную информацию о предыдущем блоке, что и обеспечивает им взаимосвязь. Блоки выстраиваются в единую последовательную цепочку. Самый первый блок в цепи носит название genesis block. Он не имеет предшествующего ему родительского блока и рассматривается как частный случай.

Каждый блок включает в себя следующие сектора с информацией:

• заголовок;
• счётчик транзакций;
• список транзакций.

Заголовок содержит в себе следующие данные:

• версия блокчейна;
• хеш заголовка блока;
• искомое число для майнинга (nonce);
• параметр «сложность» (difficulty);
• число для расчёта «сложности» (target);
• общая сумма вознаграждения майнеру;
• ориентировочный объём транзакций в блоке;
• номер блока;
• название пула или имя майнера, добывшего блок (может быть скрыто);
• размер блока;
• вес блока в специальной величине;
• хеш прошлого блока;
• хеш списка транзакций, пропущенный через «дерево Меркла».

Примитивное представление структуры блока биткоина:

Расширенное представление устройства структуры блока в биткоине:

Секция счётчика транзакций хранит данные о количестве обменных операций, которые включены в тот или иной блок.

В секции списка транзакций хранится информация обо всех обменных операциях, записываемых в блок. Она является наиболее тяжёлой частью блока и занимает около 65% всего его объёма.

Первой по порядку транзакцией в любом блоке всегда идёт та, которая отвечает за начисление комиссионного вознаграждения майнерам за включение этого блока в цепочку. Дальше следует набор транзакций, который формируется из находящихся в очереди на запись в блокчейн и не включённых ни в один из ранее созданных блоков. Отбор транзакций для включения в блок майнер может производить по своему усмотрению. При этом необязательно, что основным критерием выбора будет временная метка. Как правило, выбор падает на операции с наиболее высокой комиссией, установленной отправителями в награду за их проведение. Иногда обработка происходит по перечню определённых адресов-отправителей. Ко всем транзакциям применяется хеширование по алгоритму Дерева Меркла для более эффективного их хранения. Каждая транзакция включает в себя набор параметров, основным из которых является input, представляющий собой ссылку на вход, с которого пришли средства. Операция, отвечающая за начисление комиссии майнерам, входов не имеет, и её поле с этим параметром (Coinbase parameter) может принимать любые данные.

Чтобы блок был включён в цепь, необходимо, чтобы содержимое его заголовка, хешируемое по алгоритму SHA-256 равнялось или было меньше ранее указанного параметра nonce блока (искомое число для майнинга). Если получаемое в результате хеширования значение отвечает заявленным требованиям и майнер находит его раньше остальных, блок последовательно записывается в блокчейн, если нет, параметр nonce меняется и пересчёт происходит заново. На сегодня SHA-256 считается односторонней необратимой функцией, и не существует способа поиска её решений, кроме как методом случайного перебора значений. В среднем за один цикл майнинга (до найденного блока) вычислений происходит очень много. После подбора нужного значения хеша, майнинг-узел рассылает его остальным участникам, подключённым к сети, которые проверяют блок на корректность, и при отсутствии ошибок включают его в блокчейн. Следующий добытый блок должен будет содержать в своём заголовке хеш предыдущего.

Протокол биткоина предусматривает настройку, по которой среднее время добычи блока составляет около 10 минут. Бывает, конечно, по-разному, некоторые блоки добываются за 3 минуты, некоторые за 25, но среднее значение стремится именно к 10. Такой интервал выбран с точки зрения безопасности сети, так как меньшее время грозило бы большей уязвимостью к атакам с двойной тратой средств, а большее сильно замедляло бы работу системы. Время добычи блока зависит от параметра nonce, который в свою очередь определяется параметрами сложность (difficulty) и цель (target). Чем меньше nonce, тем уже диапазон возможных значений хеш-суммы блока и найти его сложнее, чем этот параметр больше, тем этот диапазон, соответственно, шире и вычислить нужное значение проще. Difficulty и target обратно пропорциональны. Изначально difficulty равнялся единице, а target максимальному своему значению, поэтому найти nonce не составляло труда. Когда мощность сети стала расти, и в ней регистрировалось всё больше майнеров, параметр difficulty стал увеличиваться, что приводило к уменьшению target и сужению диапазона возможных значений хеша. Пересчёт сложности в биткоине происходит каждые 2016 блоков – с примерной регулярностью 1 раз в две недели. Система Bitcoin сама регулирует время нахождения блока в зависимости от совокупной мощности всей сети. Таким образом, генерация блоков происходит примерно с постоянной скоростью, а сложность расчёта хеша никак не зависит от суммарного хешрейта сети, поэтому и взломать её практически невозможно, по крайней мере, пока (с 2008 года) ни одного прецедента не было.

Блокчейн как цепь блоков

Как уже ранее говорилось, блокчейн представляет собой цепочку последовательно соединённых блоков. Каждый блок добывается в процессе майнинга. Добычей блоков может заниматься каждый, скачавший себе на устройство полную версию существующего блокчейна и установивший специальное ПО в виде программы для майнинга. Сегодня к сети биткоина подключены миллионы узлов, добывающих монету, при этом большинство из них работают в составе своеобразных объединений – пулов. Так происходит потому, что одиночный майнинг с 2013 г. перестал быть рентабельным из-за слишком сильно выросшей мощности сети.

Если блок отвечает всем заявленным системой требованиям, он отправляется на все узлы сети, содержащие полную версию блокчейна. Далее блок заносится в конец базы и все цепочки сети взаимосинхронизируются. Если какой-то компьютер в момент синхронизации не был включен, при следующем запуске его копия блокчейна синхронизируется с сетью автоматически.

Формирование блока в блокчейне биткоина пошагово:

Лёгкий клиент блокчейна:

В процессе майнинга постоянно возникают ситуации произвольного и непроизвольного ветвления цепочки. То есть, цепь может разделяться на несколько идущих параллельно. Такая ситуация происходит, когда несколько блоков, добытых одновременно в разных локациях сети, считают для себя родительским один и тот же блок. Трансляция блоков на подтверждение в сеть может ограничиваться как специально, так и случайным образом. В итоге можно вести свою собственную ветку блокчейна в рамках сети, которая будет скрыта от общего доступа. Транзакции в каждой такой ветке могут, как дублироваться с теми, которые включены в основную цепь, так и отличаться от них.

Цепь блоков:

Почему так происходит? Если ветка распараллелилась случайно, то, как правило, одна из копий в скором времени пропадает. Дело в том, что непроизвольное повторение двух блоков, считающих предыдущим один и тот же блок, подряд это очень большая редкость в блокчейне биткоина, а о трёх и более говорить нечего. Как только одна из веток выходит вперёд другой, отстающая исчезает.

Ветвление может происходить и специально. Такие манёвры обычно применяются при попытках проведения атак 51%, но, если для биткоина сегодня они практически бессмысленны, то для других менее популярных криптовалют с малым хешрейтом вполне частое явление. Например, злоумышленник планирует провести двойное расходование средств. Когда выстраивается основная цепочка, он отправляет получателям биткоины, а те ему взамен шлют фиатную валюту на банковскую карту. При этом он создаёт новые транзакции с теми же биткоинами, но с отправкой на свой один из своих адресов и запускает параллельную цепочку, в которую включает эти транзакции. Дело в том, что протокол биткоина устроен так, что приоритет всегда отдаётся более длинной и более сложной цепочке (но в первую очередь длинной). Когда все транзакции проведены и деньги получены, злоумышленник решает следующий блок раньше других, и меняет заранее запущенный участок основной цепи блокчейна на свой. В соответствии с правилами протокола, все транзакции из предыдущей цепи признаются недействительными. Злоумышленник получает свои монеты обратно, а получатели утрачивают полученные ранее средства. Награды за нахождение блоков из удалённой ветки не копируются в новую и также признаются утраченными. При этом отменённые транзакции попадают обратно в мемпул и, если они ещё не израсходованы в новой (мошеннической) ветке, они могут быть включены в следующие блоки.

Ветвление цепи при атаке 51%:

Получается, что цепь содержит историю о передаче прав собственности на монеты за всё время существования сети. Ознакомиться с этой историей можно на специализированных сайтах, называемых блокчейн-обозревателями, самым популярным из которых является blockchain.com.

Блокчейн можно представить как постоянно растущую в длину цепь с хранящейся информацией обо все когда-либо совершённых в рамках сети транзакциях. Информация о транзакциях не хешируется и доступна для проверки каждым желающим, но защиту от подмены данных гарантируют цифровые подписи транзакций, которые также между собой объединяются в своего рода цепочки хешей. То есть, когда один пользователь передаёт другому какую-то сумму биткоинов, он создаёт транзакцию и подписывает её своим приватным ключом, из которого и генерируется цифровая подпись. Следующая транзакция по передаче права владения этими биткоинами ссылается на предыдущую, и так последовательно по цепи. Таким образом, сеть транзакций образуют своего рода паутину, каждый узелок в которой подкреплён подписью, связанной через ссылку с предыдущим узлом. То есть в блокчейне параллельно с цепью блоков существует ещё цепочка транзакций.

Цифровая подпись генерируется с помощью эллиптических кривых (алгоритм ECDSA) и является неуязвимой для современных компьютеров. Подписание транзакций происходит посредством ассиметричного шифрования, то есть на основе пары приватный – публичный ключ.

Генерация цифровой подписи:

Процесс подписи транзакций:

Каждый блок также помечается временной меткой и порядковым номером, которые обеспечивают дополнительную защиту от многократных трат одних и тех же монет.

Все блоки связываются в цепь благодаря наличию в каждом последующем блоке хеша предыдущего, что даёт дополнительное подтверждение всем транзакциям, проведённым в сети. Такая структура делает попытки двойного или многократного расходования средств бессмысленными. Дело в том, что для того, чтобы провести двойную трату, необходимо внести изменения в уже существующие блоки и все следующие за ними, или по крайней мере во вновь создающиеся (путём искусственного ветвления), а это практически неосуществимо.

Связь блоков через хеш:

Частное единичное или даже осуществлённое в группе блоков изменение не будет принято системой, так как это идёт в разрез с правилами работы протокола биткоина. При этом, изменения могут быть приняты через голосование сообщества и внесены во все копии базы данных на всех узлах с полным блокчейном. Такое возможно, например, в случае возникновения каких-то серьёзных ошибок в процессе формирования блоков.

По замыслу Сатоши Накамото в целях лучшего понимания системы биткоин было введено понятие «цифровая валюта». По сути, она представляет собой цепочку подписей, между транзакциями, которые служат средством деления монет на доли и передачи прав владения ими между адресами системы. На каждом адресе может храниться неограниченное количество валюты, за исключением максимального объёма выпуска, который в биткоине составляет 21 млн монет. Общий объём криптовалюты в системе всегда сохраняется и не может выйти за её пределы. При этом часть монет выходит из оборота из-за утраты владельцами доступа к ним, то есть из-за потери приватных ключей.

На текущий момент в блокчейн биткоина работает на базе данных LevelDB, до версии клиента 0.8.0 использовалась Berkley DB.

Верификация транзакций

Подтверждением совершения транзакции в системе биткоин считается её включение в блокчейн. Пока транзакция не внесена в какой-либо из блоков, система продолжает считать количество биткоинов на адресе-отправителе неизменным. Пока транзакция по переводу криптовалюты не подтверждена существует возможность оформить бесконечное количество переводов с этими же монетами. Однако после подтверждения одной из транзакций, все остальные операции с этими же биткоина признаются недействительными. Существует гипотетическая вероятность попадания дублируемых транзакций в отдельные блоки разных веток цепи при случайном или намеренном ветвлении. В таком случае подтверждённой окажется та транзакция, ветка которой окажется длиннее, при условии, что вторая будет отсечена. Время создания транзакции (согласно временной метке) в такой ситуации учитываться не будет.

Исходя из выше описанного, транзакция считается подтверждённой и необратимой только после включения в блок, при этом не важно – существуют ли параллельно другие транзакции с отправкой этих же биткоинов. Каждое последующее включение блока, за блоком искомой транзакции, считается для неё дополнительным подтверждением и снижает вероятность подмены в ней данных посредством мошеннической атаки. Чем глубже в блокчейн уходит транзакция, тем надёжнее защищённой она считается.

Для повышения безопасности сети и защиты от подобных ситуаций в ряде приложений и веб-сервисов (кошельки, биржи, обменники) существуют ограничения на пользование средствами до определённого количества последующих подтверждений. То есть, получатель не может потратить полученные средства до момента подтверждения после блока с его транзакцией ещё нескольких блоков. В каждом из сервисов лимит этого порога может отличаться, вплоть до того, что он вообще может отсутствовать или быть опциональным. По данным blockchain.com максимальная длина отвергнутой ветки до февраля 2020 г. составляла 6 блоков, что послужило причиной установки условного ограничения безопасности для подтверждения транзакций. Такой порог был принят после того, как в 2013 г. майнинг-пулу BTC Guild удалось разгадать 6 блоков подряд, после чего тот добровольно ограничил присутствие в сети, дабы не подрывать доверие к системе.

Биткоины с майнерских вознаграждений за добытые блоки, протокол позволяет использовать только через 100 подтверждений. Однако на многих клиентских приложениях стоит ограничение в 120 блоков, что примерно равно 20 часам.

Двойная трата (double spending) – атака 51%

Все блокчейны, работающие на базе proof-of-work, уязвимы к так называемым атакам 51%. Это значит, что владение более чем половиной мощности сети, даёт возможность нахождения правильных хешей блоков с вероятностью более 50%. Таким образом, узел или пул, совершающий такую атаку, может произвольно строить параллельные основному блокчейну цепочки и в нужный момент подменять их. В итоге, на адресах, которые получили монеты в результате транзакций, ранее включённых в основную цепочку, количество биткоинов не удваивается, они просто утрачиваются без каких-либо компенсаций. Эта валюта либо переводится обратно на старые адреса, либо, если в новой цепочке с ними проводились транзакции, уходят на кошельки к новым владельцам.

Пример распределения мощности сети при атаке 51%:

Мы помним, что блокчейн всегда переходит на более длинную ветку при ветвлении. Допустим, злоумышленник решил изменить данные в третьем блоке с конца, так как там находится целевая к изменению транзакция с какой-то очень большой суммой. Он производит подмену данных, но последующие блоки защищает proof-of-work, за счёт которого время добычи одного блока составляет около 10 минут и это барьер не обойти, будь у взломщика хоть миллионы компьютеров, система всё равно пересчитает сложность так, что блоки будут находиться именно за указанное время. В блокчейне биткоина постоянно идёт процесс майнинга, новые блоки добываются раз в те же 10 минут и рост цепи не приостанавливается. Получается, что как бы злоумышленник не старался, в этом конкретном случае он всегда будет на три блока позади основной цепи.

Если же начинать майнить параллельно основной цепи с текущего блока, то необходимо брать в расчёт мощности, необходимые для проведения атаки 51%, которая позволяет подменить в нужный момент основную цепь на свою. На начало 2020 г. суммарный объём мощностей сети биткоина можно оценить примерно в $7 млрд. Для проведения атаки, соответственно, нужен вот такой объём ресурсов. Ежедневное обеспечение электричеством такой сети будет требовать затрат примерно в $5 млн. В системе редко проводятся транзакции с цифрами даже близкими к подобным, что делает все попытки двойных трат праздной тратой времени, так как они абсолютно нерентабельны.

Единственный вариант провести double-spending-атаку это сделать две транзакции с теми же монетами, но одну на адрес получателю, а вторую на свой, после чего одновременно отправить их на подтверждение. Как уже ранее отмечалось, система биктоина позволяет такое провернуть, с неподтверждёнными транзакциями. При этом у первой комиссия должна быть 0%, а у второй как можно больше, чтобы повысить вероятность её включения в следующий блок.

В начале 2020 г. суммарный хешрейт сети биткоина превысил 119 TH/s. На этот же момент 5 крупнейших китайских пулов BTC.com, Antpool, ViaBTC, BTC.top, F2Pool в общей сложности контролируют почти 50% мощности сети Bitcoin. В 2014 пул Ghash.io долгий период времени контролировал более 40% вычислительной мощности сети, а в июне того же года на короткий срок в его распоряжении оказалось более половины всего хешрейта.

Тем не менее, самого факта двойной траты за всю историю существования биткоина не было зафиксировано ни разу. По данным blockchain.info, на май 2015 г. самый длинный размер параллельной ветки составлял 5 блоков.

Параметр «сложность» и его особенности

Параметр сложность (difficulty) отвечает за установку степени сложности нахождения хеша блока и лежит в основе работы алгоритма proof-of-work. Допустим, этот параметр всё время оставался одинаковым. В такой ситуации увеличение мощности сети способствовало ускорению нахождения хешей, что давало бы шансы на подделку всего блокчейна. То есть гипотетический майнер с тысячами компьютеров, мог бы довести скорость решения блока до доли секунды, заново быстро отстроить цепочку и произвести подмену основного блокчейна, плюс он получил бы все вознаграждения за найденные блоки. Это породило бы хаос в системе и привело бы её в полную негодность. Однако данный параметр постоянно пересчитывается с учётом мощности сети. В биткоине сложность рассчитывается так, чтобы время нахождения одного блока составляло бы в среднем 10 минут. Это даёт гарантию того, что ни один майнинг-пул или сообщество с большим количеством мощностей не смогут произвести подделку цепочки, так как они постоянно будут отставать от основного блокчейна на время кратное разнице между стартовым для них блоком и последним на момент начала атаки.

Пересчёт сложности производится системой примерно раз в две недели через каждые 2016 блоков. Система понимает в какую сторону (увеличения или уменьшения) сделать пересчёт благодаря показателям параметра временной метки блока. Метка времени устанавливается в Unix-формате в соответствии с системными часами (которые установлены в Bios или любой другой прошивке) устройства узла или пула, добавившего блок в цепь. Складывается всё время, потраченное на добычу 2016 блоков, делится, соответственно, на их количество и, если блоки находятся реже, чем за стандартное время примерно в 10 минут (значит, мощность сети и количество компьютеров в ней падает), значение параметра упрощается, если чаще (хешрейт сети растёт и количество участников увеличивается), то значение параметра усложняется.

Принцип работы

Блокчейн представляет собой полностью децентрализованную программную структуру, предназначенную для внесения и хранения данных. У него есть одно важное свойство – однажды внесённую в него информацию невозможно подделать иди изменить. Характер хранимой информации зависит от типа и назначения блокчейна. В биткоине это хеш текущего блока, хеш предыдущего, информация о платёжных транзакциях и ряд служебных данных.

Единого центра управления у системы нет, её контролирует сеть из подключённых к ней узлов (устройств) по всему миру или в рамках определённой локали.

Принцип работы торрента:

Происходит запуск системы. Генерируется первый, так называемый генезис блок, который не содержит информацию о предыдущем блока (так как его не существует) и является своего рода исключением по отношению к остальным.

Проводится определённое количество транзакций. Изначально они попадают в мемпул, а оттуда майнеры берут определённое количество транзакций на обработку для включения в блок. Чаще всего критерием выбора становится размер комиссии, который устанавливается отправителем транзакции.

За каждый найденный блок, в том числе и генезис-блок, начисляется награда в виде определённого количества биткоинов.

Хеш каждого блока содержит хеш предыдущего и генерируется с его учётом. Таким образом, если попытаться подменить информацию в предыдущем блоке, изменится хеш текущего и всех последующих.

Попытка подмены информации в блокчейне:

Задача каждого майнера первым найти красивый хеш для своего блока с выбранным набором транзакций и учётом хеша предыдущего блока. После того как хеш найден, блок отправляется для проверки на валидность во все узлы сети. Если всё нормально, блок включается во все копии баз данных в сети.

После добычи блока и включения его в блокчейн, майнеры опять берут из мемпула наборы неподтверждённых транзакций (каждый свой), пытаются найти для него соответствующий хеш с целью включить его в цепь в качестве следующего блока.

Добавление блока в распределённый реестр P2P-сети:

Все узлы в рамках алгоритма консенсуса дают согласие на то, что блок не является подделанным. Если блок не валидный, он удаляется всеми узлами из сети.

Консенсус в Блокчейне:

Последовательная связь хешей, в купе с задержкой добычи блока в 10 минут и распределение копий базы данных блоков на все узлы сети (p2p-сеть), делает систему неуязвимой ко взломам.

Особенности и принципы блокчейна

К основным принципам технологии распределённого реестра можно отнести следующие:

• децентрализация;
• открытость;
• надёжность;
• анонимность;
• консенсус.

Децентрализация

Блоекчейн не имеет единого координационного центра. Например, в традиционных системах, когда мы переводим кому-то деньги, транзакция проходит через банк, который выступает в качестве посредника и является гарантом её легитимности и подлинности. При этом банк имеет право отказать в проведении операции в случае её подозрительности или передать информацию о её проведении в соответствующие органы. К тому же уполномоченные инстанции осуществляют контроль за всеми финансовыми потоками, находящимися в их юрисдикции. Эмиссия денег также подконтрольна государству и центральным банкам. Когда вы покупаете недвижимость, вы вынуждены полагаться на риэлтора или агентство недвижимости, которое выступает гарантом безопасности сделки, так как сами в соответствующей юридической составляющей мало что понимаете. И так во многих областях, с которыми человек вынужден сталкиваться в повседневной жизни.

В том же биткоине никто не контролирует работу системы и доступ к данным. Это контролируется алгоритмом консенсуса, и копия БД имеется на всех узлах сети. Информация о транзакциях находится в постоянном открытом доступе и с ней может ознакомиться каждый желающий. Эмиссия также контролируется системой, и никто извне не в состоянии её изменить.

Распределённый реестр гарантирует постоянную синхронизацию базы данных на всех узлах, а значит и её достоверность. Если какой-либо административный орган попытается взять работу блокчейна под контроль и внести в него свои изменения, они немедленно будут отвергнуты сетью посредством алгоритма консенсуса. Таким образом, самая главная функции системы это полное устранение посредников из сферы взаимодействия между её пользователями.

Открытость и прозрачность

Данные любого блокчейна, будь то Bitcoin, Etherium или какая-либо другая платформа, находятся в постоянном доступе для её участников. В зависимости от типа системы доступ для внешних пользователей может быть скрыт или открыт. Каждый желающий может ознакомиться с вносимой в блокчейн информацией через специализированные профильные сервисы.

Например, для биткоина существует масса блокчейн-обозревателей, предоставляющих самую подробную информацию о проходящих внутри процессах. На том же blockchain.com можно ознакомиться с данными о том, с какого адреса, куда, сколько и когда было отправлено средств. В Etherium можно ознакомиться с информацией о смарт-контрактах и проводимых сделках.

Безопасность и надёжность

В отличие от централизованных систем устойчивость к разного рода хакерским атакам у блокчейна на порядок выше. Во-первых, у централизованной системы сама логика взлома намного проще, как правило, здесь приходится «вскрывать» только один сервер или какое-то их ограниченное количество в зависимости от системной и программной архитектуры. В блокчейне придётся «накрывать» все компьютеры сети, что само по себе маловероятно.

Дополнительную защиту обеспечивают алгоритмы доказательства действия proof-of-work, proof-of-stake и их вариации, а также сам принцип криптографического хеширования данных, построенных на основе неуязвимых для современных компьютеров алгоритмов шифрования (SHA-256, ECDSA, RIPEMD-160, Ethash, Scrypt и др.).

Блокчейн исключает вероятность возникновения человеческих ошибок в процессе обработки и хранения информации. При этом он обеспечивает их полную легитимность.

Стоит также отметить, что за всё время существования биткоина его блокчейн ни разу не был взломан, хотя попытки предпринимаются постоянно. Также не произошло ни одного серьёзного сбоя в работе. В этих аспектах и состоит ценность системы.

Алгоритмы консенсуса в различных блокчейнах

Анонимность

В блокчейне нет привязки к определённой личности, по крайней мере, если логика работы самой сети этого не требует. Например, в том же биткоине всё привязывается исключительно к адресам. По этим адресам невозможно идентифицировать личность, но только до контакта с внешним миром. Пока пользователь осуществляет транзакции внутри системы, идентифицировать его невозможно. Как только появляется необходимость вывести деньги чрез какой-то внешний сервис, анонимность сразу же утрачивается. Когда вы выводите или заводите деньги через аккаунт биржи или обменника, которые требуют верификации личности, все движения ваших средств становится легко отследить.

Сам блокчейн легко прослеживается с помощью блокчейн-обозревателей. Там можно отследить все цепочки транзакций всех адресов за всё время. Конечно, это процесс трудоёмкий, особенно, если один пользователь использует сотни адресов, или ещё лучше, для каждой новой транзакции новый адрес. Однако существует специальное ПО для автоматизации процессов идентификации личности в блокчейнах. Обычным пользователям оно недоступно, лицензии продают только соответствующим организациям (налоговым, спецслужбам, крупным корпорациям и т. п.), но, тем не менее, такие алгоритмы существуют. Отслеживающий софт выпускают компании Chainalysis, Crystal, Elliptic.

Стоит упомянуть про криптовалюты с повышенным уровнем анонимности: Zcash и Monero.

В блокчейне Monero используются алгоритмы кольцевых подписей. Когда создаётся транзакция, её подписывает не один пользователь, а целый их список. Таким образом, узнать истинного подписанта и отправителя из всего перечня не представляется возможным.

Кольцевые подписи в Monero:

В Zcash вообще можно скрывать практически всю информацию о транзакции: данные об отправителе, получателе, сумме перевода. В блокчейне остаётся только сам факт отправки денег.

Скрытые адреса и транзакции в Zcash

Таким образом, блокчейн изначально был придуман так, чтобы все финансовые потоки проходили внутри системы, без каких-либо контактов с внешней средой. В таком случае можно гарантировать полную анонимность, иначе, если не предпринять дополнительных мер по анонимизации сети, появляется возможность идентификации личностей пользователей.

Консенсус

Синхронизация базы данных блокчейна обеспечивается алгоритмом консенсуса. Он отвечает за целостность и безопасность цепочки блоков. Когда добытый блок транслируется на все узлы сети, они принимают решение о том включать или не включать его в цепь путём проверки полученного значения хеша. Хеш получается после проведения математических расчётов в рамках алгоритма консенсуса.

К алгоритмам консенсуса относятся proof-of-work, proof-of-stake и их подвиды.

Proof-of-work (доказательство работы) основывается на выполнении участником сети определённой достаточно сложной и длительной работы, без которой невозможно подтверждение определённого целевого действия, результат которого легко может быть проверен на серверной стороне системы. В биткоине таким целевым действием является нахождение хеша искомого блока. Особенностью проводимых вычислений является то, что они являются односторонними, то есть из входных данных (список транзакций, служебная информация, хеш предыдущего блока и т. д.) получить выходные (хеш-сумма текущего блока) можно, а обратно – входные из выходных невозможно, кроме как методом случайного перебора, который достаточно длителен по времени.

Proof-of-stake (доказательство доли) основывается на доле впадения участника сети в блокчейне. То есть, чем большим объёмом криптовалюты или токенов системы обладает пользователь, тем больше у него шансов на то, что он будет наделён правом подтверждения блоков. То есть, при proof-of-stake блоки подтверждаются не машинными алгоритмами, а уполномоченными узлами, которые также получают за это награду. Как правило, подтверждение осуществляется несколькими узлами. В случае подозрений о мошенничестве в сторону одного из узлов, любые его решения могут быть отменены другими узлами из связки.

Особенности PoS и PoW:

Подвиды доказательств:

• DPoS (Delegated proof-of-stake) – подвид PoS, при котором узлы наделяются полномочиями для подтверждения блоков не в зависимости от величины доли, а через голосование других участников сети. Чем больше у голосующего монет на счету, тем большим весом обладает его голос. Голосования происходят с определённой периодичностью, что избежать централизации. Лишение полномочий в случае мошенничества также могут быть произведены через голосование;
• Proof-of-Activity – вариант PoW при котором майнерам необходимо найти хеш не всего, а только части блока. Это сокращает потребность в количестве затрачиваемых на майнинг ресурсов. После нахождения хеша весь блок отправляется на проверку валидаторам, участникам сети, имеющим право на проверку корректности блока. Валидаторов может быть несколько. Они подписывают блок и включают его в цепь. Награда распределяется между майнерами и валидаторами;
• Proof-of-Burn основан на сжигании определённого количества монет в пользу системы с целью получения статуса валидатора. Претендент переводит некоторую сумму монет на специальный адрес, где они замораживаются и становятся бесполезными. Это показывает готовность участника к пожертвованию своими деньгами с целью получения возможности подтверждать блоки. Недостаток в том, что рано или поздно в конечном итоге в системе наступит дефицит монет;
• Proof-of-Capacity использует для подписания блоков не вычислительные мощности компьютера, а свободное дисковое пространство. На жёсткий диск записывается определённый перечень возможных вариантов хеша, среди которых в процессе майнинга происходит проверка на наличие правильного. Чем больше дисковое пространство, тем больше вариантов хеша туда помещается, следовательно, выше шансы на нахождение подходящего.

Неограниченность

Теоретически база блокчейна может пополняться данными бесконечно, здесь всё больше от ресурсов памяти устройств, на которых она хранится.

Виды блокчейнов

Выделяют следующие виды блокчейнов: публичный, приватный, эксклюзивный и комбинированный.

Публичный (Permissionless Blockchain)

Имеет открытую базу данных, которая может постоянно пополняться записями любыми пользователями сети. Присоединиться к ней и осуществлять майнинг может каждый желающий. Администрирование публичного блокчейна занимается само сообщество его участников, то есть он децентрализован.

Публичными являются блокчейны большинства известных криптовалют и токенов, в том числе биткоина и эфириума. На базе платформы Etherium также можно разрабатывать приватные распределённые реестры, закрытые от случайных пользователей.

Приватный или частный (Private Permissioned Blockchain)

Есть ограничения по записи и чтению информации в таком блокчейне. Могут иметь место приоритетные ноды, которые занимаются поддержанием и обеспечением работы сети. Чаще всего созданием блоков занимаются также отдельные узлы. Система полностью централизована, то есть имеет центральный управляющий орган. Как правило, приватные блокчейны создаются для ведения и развития частного бизнеса, а также в каких-либо корпоративных целях.

В основном, такие платформы закрыты от широкой аудитории. Внутри их работают собственные токены и условия обмена ими. При этом неизменность и анонимность данных не гарантируется. Одним из наиболее ярких примеров такого блокчейна является платформа Hijro.

Принципы функционирования приватного и публичного блокчейна:

Эксклюзивный (Public Permissioned Blockchain)

Открыт для внешних пользователей, но при этом полностью централизован и управляется одним или группой контролирующих узлов. Такие платформы имеют собственный токен и для участия в системе необходимо сделать первоначальный взнос или внести предоплату. Такие распределённые реестры характеризуются высокой скоростью проведения транзакций и отличной масштабируемостью. Самым ярким примером эксклюзивного блокчейна является Ripple.

Комбинированные

Существуют также гибридные блкчейн-системы, которые представляют собой комбинации из предыдущих видов. Их основная цель — объединить в себе наиболее положительные черты разных видов блокчейнов.

Сферы применения блокчейн-технологии

Сегодня технология блокчейн наиболее широко используется в финансовой области, при этом интерес к ней проявляют представители самых разных отраслей экономики и социально-административной сферы. Наиболее применим распределённый реестр там, где остро стоит вопрос доверия между сторонами, а также сохранности и достоверности данных пользователей. У промышленных и производственных предприятий блокчейн пока особой заинтересованности не вызывает.

По результатам опроса среди крупнейших мировых компаний, проведённым специалистами корпорации IBM, более 25% респондентов планируют применение у себя технологии блокчейн в ближайшие годы. По прогнозам аналитиков, масштабное внедрение должно произойти в течение ближайших 7-10 лет.

Что уже позволяют делать приложения на распределённом реестре:

• Создание безопасных сделок и заключение контрактов без необходимости привлечения посредников (нотариусов, банков, юристов и т. п.);
• Размещение любых документов в надёжных общедоступных базах с привязкой к временным меткам, что полезно при решении юридических вопросов в сфере патентования и авторского права;
• Проверка аутентичности товаров с помощью QR-кодов и специальных надёжно защищённых сертификатов;
• Регистрация и подтверждение личности и других персональных идентификационных данных (отпечатки пальцев, паспортные данные, документы об образовании, любые удостоверения и т. п.);
• Ведение защищённого от подделок и подмен документооборота;
• Подтверждение прав владения любыми видами собственности;
• Создание DNS-систем, полностью защищённых от каких-либо DDoS-атак;
• Проведение полностью легитимных, защищённых от фальсификации, онлайн-голосований;
• и мн. др.

Потенциально технология распределённого реестра способна искоренить коррупцию и устранить бюрократическую волокиту из ряда областей жизнедеятельности.

Также ведутся разработки с применением технологии в медицине, создании социальных сетей, децентрализованных облачных хранилищ информации и др.

В 2017 г. фонд SantandaterInnoventures зафиксировал около 50 случаев успешного применения блокчейна в различных финансовых областях.

Области применения вне криптовалютной сферы

Банки, инвестирование и финансы

Среди российских банков наибольший интерес к технологии идёт со стороны ВТБ и Сбербанка.

В 2019 г. ВТБ был получен патент мультиэмитентоной системы взаиморасчётов для неограниченного количества участников на базе технологии распределённого реестра. Планируется, что такая система позволит снижать затраты и значительно ускорять расчёты между участниками сети. В будущем разработчики планируют сделать её доступной для физлиц, а также юр. лиц, в числе которых будут и представители банковской отрасли.

В 2018 г. Сбербанк открыл собственную блокчейн-лабораторию, для проведения исследований по возможности применения данной технологии в различных областях. В 2019 г. банком успешно было организовано размещение облигаций компании МТС с применением смарт-контрактов на базе платформы с распределённым реестром Национального расчётного депозитория. В качестве покупателя выступил Sberbank CIB – инвестиционное подразделение Сбербанка, созданное в рамках интеграции с компанией «Тройка Диалог». За проведение этой операции банк был удостоен премии Finaward в номинации «Пилот в блокчейне». Целью данной работы было показать — насколько эффективнее такой способ размещения облигаций по сравнению с традиционным форматом.

В 2017 г. авиакомпанией S7 Airlines, при сотрудничестве с Альфа-банком, была запущена специализированная платформа по автоматизации процесса продаж авиабилетов, разработанная на базе блокчейна Etherium. Разработка представляет собой частный распределённый реестр. В рамках этого решения была создана инфраструктура, позволяющая проводить платежи в непрерывном режиме. Внедрение платформы позволило расширить сеть продаж компании, значительно повысить скорость платежей и сократить лишний бумажный документооборот, предоставляя при этом гарантию полной безопасности операций. В 2019 г. расчётные обороты через платформу превысили сумму в $1 млн.

О намерениях применять распределённый реестр в своих разработках высказывались и крупнейшие мировые платёжные системы Visa, Mastercard, SWIFT, Unionpay.

В 2019 г. Visa запустила специализированную платёжную систему B2B Connect, которая функционирует на блокчейне. Цель платформы обеспечить недорогие и быстрые трансграничные платежи между различными финансовыми организациями без необходимости привлекать посредников. Наибольшую пользу разработка представляет для небольших кредитных организаций, которые вынуждены пользоваться услугами крупных банков-посредников, сотрудничество с которыми сопряжено с рядом сложностей и негативно сказывается на скорости работы. B2B Connect делает процесс проведения международных банковских переводов значительно проще и быстрее. Изначально платформа работала на базе блокчейн-технологии от компании Chain, но позже её перевели на разработку Linux Foundation — Hyperledger Fabric.

В июне 2019 г. Mastercard объявила о наборе в свой штат большой группы специалистов в сфере блокчейн-технологии, одним из ключевых критериев при котором стало наличие практического опыта. В ноябре этого же года было объявлено о стратегическом партнёрстве с консорциумом R3 в целях разработки новой платёжной системы на базе распределённого реестра. В феврале 2020 г. компания вместе с Ripple и Binance присоединилась к альянсу Blockchain Education Alliance, деятельность которого направлена на поддержание идеи внедрения блокчейн-образования в ВУЗах по всему миру. Также Mastercard были выпущены три интерфейса API для разработки высокоскоростных платёжных решений, а также создания сделок и приложений с применением смарт-контрактов.

В 2017 г. китайская национальная платёжная система UnionPay подала заявку на регистрацию патента системы, задача которой – связывать воедино сети банкоматов. По задумке, банкоматы выполняют роль узлов сети, а данные о денежных переводах будут попадать распределённую между ними БД, что существенно повысит безопасность и скорость транзакций.

В 2019 г. SWIFT объявила о намерении внедрить возможность проведения высокоскоростных GPI-платежей с использованием технологии блокчейн для торговых площадок. Дело в том, что более половины транзакций в SWIFT проходят через GPI и пользователи получают свои средства мгновенно. Однако часть из всех транзакций может задерживаться от нескольких минут до суток. По утверждению представителей SWIFT скоро все такие транзакции будут проходить через GPI.

Лондонским филиалом Deutsche Bank Innovation Lab разрабатывается инвестиционная платформа на базе блокчейна, позволяющая сделать процесс инвестирования в различные проекты быстрее, дешевле и проще за счёт сокращения количества посредников (юристы, клиринг-агенты, аудиторы) в этой сфере.

Земельный реестр

В 2017 г. Украина перевела земельный кадастр на блокчейн. По задумке чиновников это должно обезопасить ведение учёта и регистрации недвижимости от возможной внешней подмены данных, а также дать возможность ввести общественный контроль за этой сферой. Однако стоит отметить, что всё не так уж «децентрализовано». Система переведена на распределённый реестр не полностью, на нём работает только процедура проверки выписки из земельного кадастра. Все остальные данные хранятся в пока на обычных серверах. Такая реализация пока никак не гарантирует защиту от рейдеров.

С марта 2018 г. земельный кадастр Швеции Lantmäteriet работает на блокчейне. Разработка и тестирование велись с 2016 г. после чего был набран ряд добровольцев для проведения флагманских сделок в рамках системы, а далее произведён полноценный запуск.

В 2019 г. в ОАЭ заявили о намерении перевести земельный кадастр на блокчейн. Первопроходцем в этом плане должна стать столица страны – Абу-Даби. Администрация города заключила соглашение с компанией Tech Mahindra из Индии, которая займётся реализацией проекта. Планируется реализация программного решения SmartHub, задача которого — обеспечить возможность общественного контроля за сделками в сфере недвижимости, а также ускорение процесса совершения этих сделок. Стоит также отметить, что Арабские Эмираты заключили соглашение о сотрудничестве с IBM по вопросу перевода всех административных процессов в стране на блокчейн.

В Индии распределённый реестр является одним из средств борьбы с мошенничеством в сфере купли/продажи недвижимости. Руководство штата Андхра-Прадеш одним из первых приняло решение по внедрению технологий распределённого реестра и учредило в городе Вишакхапатнам технологический парк, участниками которого стали ряд блокчейн-компаний.

На территории Москвы с 2018 г. проводится эксперимент по внедрению блокчейн-технологии в Единый государственный реестр недвижимости, задачей которого стоит ведение контроля достоверности содержащихся в этом реестре данных.

Пример схемы проведения сделок по купле/продаже недвижимости на базе российского проекта Propy:

Удостоверение личности

В 2014 г. была запущена блокчейн-платформа Bitnation, которая позиционирует себя как первое в мире «электронное государства». Данный стартап предлагает ряд услуг традиционного государства: удостоверение личности, нотариальная деятельность, хранение кредитной истории, регистрация браков, страхование и т. п.

В 2017 г. компании Accenture и Microsoft совместными усилиями создали блокчейн-платформу по идентификации личности. Планируется, что в 2020 г. в рамках данного сервиса каждый житель планеты сможет получить легитимное удостоверение личности. Работает прототип на базе известно облачной платформы Azure.

Подобное программное решение было запущено на тестирование в Бразилии в 2017 г. Первая попытка регистрации свидетельства о рождении через блокчейн была сделана ещё в 2016 г., но тогда она не получила юридического признания. В 2019 г. таким способом был зарегистрирован первый новорождённый ребёнок, с официальным подтверждением. Вся процедура заняла не более 5 минут. Регистрация состоялась на базе проекта Growth Tech при тесном сотрудничестве корпорации IBM с медучреждением, в котором был рождён младенец.

В Финляндии в 2017 г., в рамках упрощения получения удостоверения личности беженцами, компанией MONI была разработана одноимённая предоплатная карта, функционирующая с применением технологии блокчейн. Карта заменяет банковский счёт. Она привязывается к определённому идентификатору, который хранится в распределённой базе данных. Имея такую карту, каждый беженец может получить электронное удостоверение личности и закрепить за собой ещё ряд идентификационных данных, которые будут занесены в базу реестра. Карта MONI позволяет оплачивать покупки, получать средства на счёт по упрощённой схеме, в том числе от государства и работодателей, с ней легче получить работу. Административным органам проще контролировать потоки средств каждого беженца, так как эти данные хранятся в публичных цепочках. Далее компания планирует запустить выдачу карт по всей Европе.

В Эстонии с 2015 г. внедрена система электронного гражданства на базе блокчейн. Каждый гражданин страны имеет специальную ID-карту с PIN-кодом, привязанную к данным цифровой идентификации.

Также популярными сервисами в данной области являются Civic и UniqWallet, HYRP, BlockVerify, OneName.

Средство платежа

Пример применения блокчейна в системе финансовых расчётов и проведения сделок:

По инициативе Хумана Хадада в 2016 г. блокчейн был внедрён в работу Всемирной продовольственной программы с целью упрощения процедуры снабжения беженцев продовольствием. Идея состоит в том, чтобы вместо непосредственной выдачи продуктов или денег на их покупку, снабжать нуждающихся продуктами через имеющиеся на местах торговые точки. Идентификация получателей производится посредством биометрии (сканирования радужки глаза). В 2018 г. Иордании благодаря такому внедрению удавалось экономить до $150 000 в месяц. Блокчейн позволяет сокращать затраты на комиссиях, которые взимаются при обычных банковский переводах. Ежегодные траты ООН на продовольственные программы составляют $1,4 млрд. Своя финансовая инфраструктура на базе блокчейна позволит сделать работу ВПП более эффективной. Программное обеспечение реализовано на базе платформы Etherium.

В 2016 г. на базе блокчейн платформы Waves прошла сделка по переводу аккредитива в размере $100 000, целью которого было обеспечение иорданской компанией Ornua экспорта крупной партии молочной продукции на адрес одного из предприятий с Сейшельских островов. Обычно на совершение подобной сделки уходит около недели, в этом случае было потрачено всего 4 часа. Это был первый в истории тест технологии блокчейн в сфере международной торговли.

Проведение выборов и голосований:

В 2018 г. на Сьера Леоне впервые в истории президента выбирали с применением технологии блокчейн и данная процедура показала вполне неплохие результаты, хотя и был выявлен ряд недостатков.

В 2019 г. было проведено экспериментальное голосование по выборам депутатов в городскую Думу Москвы с участием 10 000 респондентов. К сожалению, эксперимент, мягко говоря, не удался. Система дважды «падала», в течение двух периодов в 40 минут и 1 час не производилось регистрации голосов. Инициаторы голосования, конечно, списывали всё на технические проблемы, возникшие якобы не по их вине, но в целом этот случай нанёс определённый дискредитирующий урон технологии. В целом, большинство аналитиков списывают это провал больше на некомпетентность разработчиков, нежели недостатки технологии.

Полноценное применение с полной легитимностью блокчейн получил пока только в частных голосованиях. При этом на базе университета Вирджинии разрабатывают блокчейн-систему онлайн-голосования, которая, по заверениям разработчиков, в будущем сведёт вероятность фальсификации к нулю.

Авторское право

Стартап Ascribe из Берлина предоставляет возможность хранить данные, подтверждающие право интеллектуальной собственности с помощью блокчейна. Платформа использует дополняемый распределённый реестр, в котором хранение прав осуществляется с помощью специальных шифрованных идентификаторов. В основном сервис ориентирован на представителей творческих и научных профессий: художников, музыкантов, изобретателей, проектировщиков и т. п. Всё, что необходимо для регистрации идеи это сфотографировать свою работу и загрузить в реестр. Далее файл хешируется и в шифрованном виде заносится в распределённую базу данных. Это значительно упрощает процедуру регистрации прав на объекты интеллектуальной собственности. Таким образом, гарантируется его защита от взлома и кражи.

При помощи системы также можно передавать свои авторские права другим пользователям.

Ещё одним преимуществом такой системы по сравнению с традиционной моделью хранения авторских прав является широкая доступность данных. В привычной реализации все патенты и регистрации хранятся в различных базах данных по всему миру. Часто возникают проблемы с тем, чтобы запросить у автора разрешение на использование его идеи в собственных целях и приходится искать место регистрации идеи по всему земному шару. В блокчейне всегда можно моментально получить доступ к информации об объекте авторского права из любой точки мира.

К подобным системам можно также отнести Proof of Existence, Emernotar, Депонет, Chronicled.

Музыка

Существует ряд блокчейн-разработок, представляющих собой децентрализованные музыкальные реестры, призванные защитить авторские права и решить проблемы с платежами в данной сфере.

Из уже известных примеров – Bittunes. Платформа позволяет исполнителям сохранять за собой авторское право на свои композиции и самостоятельно осуществлять их продажу. В рамках системы предусмотрен обмен файлов между участниками сети с использованием биткоина, что позволит артистам самостоятельно зарабатывать на своём творчестве без привлечения продюсеров и лейблов.

Компанией PledgeMusic была представлена разработка в виде своеобразной музыкальной базы данных Fair Trade Music Database. Каждый автор имеет возможность загружать в неё свою музыку с прикреплёнными к ней служебными данными. Логика работы платформы такова, что благодаря смарт-контрактам исполнителю будут пересылаться средства за каждое прослушивание тем или иным пользователем. По заявлению разработчика, все записи будут вноситься в блокчейн в специальном формате .bc, представляющий собой кодек, который невозможно отделить от права собственности.

К запуску планируется ещё один стартап под названием PeerTracks. Принцип работы для авторов будет чем-то похож на торговлю ценными бумагами, при которой значительно упрощается контроль за получением доходов и роялти, что особенно актуально для артистов, которые не могут позволить себе нанять для этого соответствующих людей. Как заявляют разработчики, PeerTracks позволит зарабатывать авторам около 90% от продаж, тогда как на данный момент эта цифра составляет около 15%. В рамках сервиса также реализована своя криптовалюта («жетоны исполнителей»), которая может быть использована для внутренних расчётов, и ценность которой будет зависеть от популярности и востребованности артиста. По заявлениям директора компании Седрика Коббана, присутствие внутренней криптовалюты открывает широкие возможности для краудфандинга, привлечения поклонников, создания музыкальных сообществ и поиска новых талантливых артистов. PeerTracks работает на базе блокчейна MUSE, специально разработанного для музыкальной индустрии.

Администрация и юриспруденция

Блокчейн в данной сфере можно применить как некий реестр с отчётностью представителей власти о расходах региональных бюджетов в виде своеобразного бухгалтерского учёта.

Для примера реализации можно привести проект Bezant с мобильной версией Borderless. На базе данной платформы каждый желающий получает возможность создать хранилище платёжных транзакций, а также получать денежные переводы в любой валюте из любой точки земного шара. Сервис также оснащён уникальным инструментом Hyperledger, который позволяет создавать в рамках платформы систему собственного бухучёта с поддержкой международных бизнес-платежей. Проект Bezant постоянно развивается и на сегодня позиционируется как своего рода прототип для банковского распределённого реестра. В планах разработчиков, не много ни мало, изменить принципы функционирования глобальной электронной коммерции.

Благотворительность

Блокчейн-платформа GiveTrack разработана специально для хранения данных о пожертвованиях в различные благотворительные фонды и их тратах. Вся информация находится в открытом доступе, и каждый желающий может свободно с ней ознакомиться. Позиционируется как эффективный инструмент в борьбе с мошенничеством в благотворительной сфере. Сервис именуют будущим благотворительности в сфере блокчейн. С её помощью любой человек может переслать пожертвования из любой точки земного шара и отслеживать всю цепь их движения от начала до момента вывода.

Также интересными сервисами из данной области являются Clean Water и отечественный OIN.Space.

Другие сферы

Также блокчейн активно тестируется в следующих областях:

• медицина;
• страхование;
• документооборот;
• логистика и грузоперевозки;
• нефтегазовая промышленность;
• ипотечные займы;
• букмекерская сфера;
• сельское хозяйство;
• и др.

Соотношения затрат разных стран на внедрение блокчейна в различные сферы внутренней жизнедеятельности:

Смарт-контракты

Смарт-контракт представляет собой алгоритм, описанный с помощью специального языка программирования и несущий в себе функцию формирования условий для передачи прав собственности на некоторое имущество от одного участника сделки другому (или другим) на основе заранее определённых между ними договорных отношений. Применяется в рамках технологии блокчейн.

Как это работает?

Допустим, Вася хочет купить квартиру у Пети. Сделку по продаже можно перевести традиционным способом с оплатой через банк и заверением у нотариуса, который выступит гарантом легитимности сделки, а можно через какую-нибудь платформу, предоставляющую возможность осуществления имущественных взаимодействий на основе смарт-контрактов. По сути, это те же договора, но в электронном виде и хранящиеся в распределённом реестре, то есть доступны для контроля всеми участниками определённой экосистемы, либо ограниченным количеством из них (если это предусмотрено условиями смарт-контракта). Таким образом, «умный договор» может существовать и функционировать исключительно в рамках этой системы. Смарт-контракт имеет доступ ко всем «слагаемым» сделки и принимает решения по их распоряжению в соответствии с программно описанными условиями, которые будут «зашиты» в код договора программистом. Таким образом, суть смарт-контракта состоит в автоматизации договорных взаимоотношений между участниками договора, а также подтверждении их легитимности.

Виды смарт-контрактов:

Таким образом, Вася и Петя создают в рамках платформы смарт-контракт, в который компетентное лицо программным образом заносит все условия сделки. Далее они оговаривают и согласуют условия проведения сделки, например: Вася переведёт деньги Пете, только после того, как тот документально переоформит передачу права собственности на квартиру в пользу первого. Сделка может проходить в следующем порядке:

• Оба участника заверяют своими цифровыми подписями созданный смарт-контракт, Вася вносит на счёт Пети оплату за квартиру, дабы гарантировать свои намерения по поводу покупки;
• Средства замораживаются на счету, например, на месяц или до получения результата сделки. Петя не может их снять и воспользоваться ими, а Вася не может передумать и вернуть их обратно;
• Если Петя загружает в систему договор передачи собственности с какой-то условной программной меткой и система определяет его как легитимный, копию этого договора получают оба, и она становится подтверждением прав собственности на квартиру для Васи;
• Далее сделка хешируется и отправляется на подтверждение узлам сети на проверку;
• После проверки майнерами она «упаковывается» в блок, который включается следующим в цепочку и становится доступен для проверки всем узлам сети;
• Деньги размораживаются и окончательно оседают на счету у Пети.

Пример работы смарт-контракта:

Для выполнения смарт-контракта требуется наличие четырёх обязательных составляющих:

• Участники сделки – стороны договора, своими подписями дающие согласие или отказ на принятие условий контракта;
• Объект договора, который полностью доступен и может управляться работой смарт-контракта без вмешательства человека;
• Условия исполнения, полностью описанные математически и запрограммированные в рамках смарт-контракта;
• Децентрализованная система с распределённой БД на базе блокчейна, в котором происходит обработка и хранение договора.

История появления смарт-контрактов

Впервые идеи смарт-контрактов были предложены ещё в 1996 г. американским учёным в области компьютерных наук и криптографии Ником Сабо. Его задумка состояла в том, чтоб заменить обычные бумажные документы, на цифровые, которые, не используя искусственный интеллект, а через предварительно описанные математически условия, смогли бы контролировать выполнение сторонами договора своих обязательств.

Первая практическая реализация смарт-контрактов появилась в 2008 г. на базе блокчейна в протоколе биткоина. С помощью внутреннего языка программирования криптовалюты Scrypt, можно было создавать различные условия передачи монет с одного адреса на другой, но этот язык был неполон по Тьюрингу (не позволял выполнять все виды функций), что было сделано из соображений безопасности.

Практически применять смарт-контракты стало возможно в 2013 г. с появлением Etherium. Канадский программист русского происхождения и основатель журнала Bitcoin Magazine Виталий Бутерин выступил с идеей и, в последствии, с инициативой о том, что биткоин может выполнять ряд более универсальных функций помимо совершения платежей. Широкой поддержки он не получил и приступил к разработке собственной блокчейн-экосистемы, основной функцией которой как раз и стало создание умных договоров, способных в автоматическом режиме регламентировать взаимоотношения (как правило, финансовые и имущественные) между людьми. Таким образом, была разработана система, позволяющая в децентрализованной форме хранить и обрабатывать самые различные данные, в рамках которой все действия описываются в виде программных математических условий.

За семь лет существования на базе Etherium было создано большое количество как публичных, так и приватных блокчейн-систем, применяющих в своей работе смарт-контракты на практике.

Помимо Etherium существует ещё ряд подобных платформ:

• Codius;
• Counterparty;
• EOS;
• Cardano;
• Hyperledger Fabric;
• NEM;
• iOlite;
• Neblio;
• Lisk;
• Waves;
• и др.

Применение смарт-контрактов

Наиболее часто смарт-контракты применяются в рамках ICO (Initial coin offering) – краудфандинговых мероприятий, организуемых в рамках сети интернет с целью сбора инвестиций для реализации какого-либо стартапа, как правило, разрабатываемого на базе блокчейн-технологии. Задача контракта в этом случае состоит в том, что каждый желающий, если считает идею достойной реализации и потенциально перспективной, мог отправить организаторам n-ую сумму средств в обмен на внутренние токены – монеты, выступающие в роли своеобразных акций, дающих право на владение долей проекта.

Человек отсылает деньги, как правило, в виде эфиров (большинство ICO запускаются на платформе etherium), а на его аккаунт в рамках ICO высылается некоторое количество токенов. Сам факт передачи регистрируется в блокчейне, и далее никто эти токены не сможет отобрать у владельца, а сам он в последствии, в случае успешности проекта сможет продать их подороже или пользоваться в рамках ICO.

Компанией Alibaba было инвестировано $18 млрд на внедрение смарт-контрактов в логистическую сферу. Суть проекта заключается в следующем: на контейнер с отправляемым грузом крепится GPS-датчик, позволяющий следить за его местоположением на протяжении всего пути следования. Как только груз прибывает в заданную точку, со счёта получателя списывается оговорённая сумма и пересылается на счёт исполнителя заказа.

Есть идея по созданию децентрализованной социальной сети на базе платформы Etherium, в которой пользователи будут полностью контролировать свои страницы, и доход от рекламы будут получать они сами, а не какие сторонние компании.

По сути, смарт-контракты позволяют избавиться от посредников в тех сферах, где необходимо документальное и договорное сопровождение третьими лицами. Это очень актуально для рынка ценных бумаг, страхования, банковской сферы и прочих финансовых областей.

Инвестирование в технологию, ICO и IEO

Как уже ранее описывалось ICO это форма сбора инвестиций для блокчейн-проектов. Организаторы продают инвесторам какое-то количество виртуальных долей владения в стартапе с целью собрать определённую сумму денег на проведение рекламной компании и разработку продукта.

В отличие от криптовалют, как правило, эмиссия токенов ICO (долей владения) выпускается разово, по крайней мере, та часть, которая необходима для пре-сейла (предпродажи). Чаще всего, львиная доля из общей массы монет остаётся у организаторов проекта, часть раздаётся бесплатно в качестве награды за содействие в продвижении («баунти», «аирдропы»), остальное распродаётся в рамках pre-sale и на втором этапе продаж в случае вывода токена на биржу.

Как ICO происходит поэтапно:

• У человека или группы людей появляется идея по созданию какого-то программного решения с использованием технологии блокчейн. Собираются специалисты и эксперты в различных областях, затрагивающих проект, по сути, формируется команда;
• Составляется так называемый вайтпейпер, своего рода документ с подробным описанием проекта, его назначения, технических нюансов, финансовых обоснований, дорожной картой процесса разработки и запуска;
• Производится выпуск токенов. Часть от общей их массы выделяется на «баунти». То есть, некоторым владельцам популярных посещаемых ресурсов, аккаунтов в соцсетях (чаще Twitter) или на профильных форумах (в основном bitcointalk.org) предлагается получить какую-то долю бесплатных токенов в обмен на размещение на своих страницах рекламных материалов. Часть монет продаётся со скидкой для привлечений как можно большего числа инвесторов и получения стартового капитала для реализации идеи;
• По мере того, как ICO набирает популярность, его организаторы подают заявки для размещения токена на биржи криптовалют. Если биржи принимают монеты к размещению у себя в листингах, это становится своего рода маркером качества проекта. Если пользователи в процессе изучения проекта приходят к осознанию того, что он действительно потенциально полезен и перспективен, в него через биржу, посредством увеличения спроса на токены и их постоянной перепродажи, начинает поступать всё больше инвестиций;
• По мере выхода продукта в свет и его дальнейшего развития происходит постоянная биржевая торговля токенами подобно торговле акциями на фондовых рынках и биржах, вследствие чего происходит постоянное регулирование стоимости ICO-проекта в зависимости от его ценности для инвесторов и потенциальных пользователей.

Таким образом, приобретя токены на старте, инвестор рассчитывает на успех проекта и извлечение прибыли в будущем в случае удорожания полученной им доли.

История ICO

Первое ICO было проведено в июле 2013 г. и называлось MasterCoin (позже было переименовано в Omni). Проекту удалось собрать $500 000. На 2014 г. его токен занимал седьмое место по капитализации, однако впоследствии проект оказался неудачным.

Первым ICO, имевшим крупный успех оказался Etherium Виталия Бутерина. Он собрал 50 000 BTC, что в эквиваленте на тот момент составило $18 млн.

2016 г. можно считать годом «раскачки» рынка. Если 2014-2015 гг. проекты в среднем собирали не более $1 млн на проект, не считая единичных случаев типа Etherium, то со второй половины 2016 г. средние сборы начали составлять по $5-10 млн. Более или менее успешных проектов в месяц выходило по 4-5.

В 2017 случился резкий прорыв. Новые ICO выходили едва ли не каждый день. По данным аналитической группы Smith + Crown в 2017 г. количество проектов по сравнению с предыдущим годом увеличилось вдвое. Средние суммы сборов успешных проектов доходили до $20 млн, а некоторые собирали более $100 млн. Для примера проекту Status Network Token (SNT) удалось собрать $95 млн, EOS — $185 млн, Bancor — $150 млн. Самые популярные источники интернет-рекламы Facebook, Google, Telegram были заполонены рекламными объявлениями о новых ICO с призывом вложиться в них.

В 2018 г. после запрета рекламы на Facebook, Twitter и Google, наложения правительственного табу на проведение ICO в Китае, а также ряда резонансных случаев, связанных с мошенничеством (например, пресловутый DAO), доверие к рынку было существенно подорвано, что спровоцировало отток инвестиций из отрасли.

Различия между понятиями ICO, IPO и IEO

IPO – это предварительная продажа акций компании неограниченному кругу лиц с целью привлечения стартовых инвестиций. По сути, то же самое, что и ICO, но в оффлайн сфере. При этом в IPO акции предоставляют исключительно право долевого владения компанией, а в ICO токены могут давать ещё и возможность пользования продуктом проекта.

В начале 2019 г. в обиход вошёл такой термин как IEO (Initial Exchange Offering) – первоначальное биржевое предложение. Это то же ICO, но предварительное размещение токенов происходит на бирже. В этом случае биржа выступает гарантом того, что проект не является скамом (мошенничеством). У IEO появляется элемент стороннего регулирования, который отсутствует у ICO, так как в этом случае управление проектом осуществляет не организатор, а биржа. В такой ситуации, биржа, размещая у себя в листинге токен проекта, проводит его детальное предварительное исследование и анализ, ведь в случае неудачи она рискует своей репутацией. Взамен трейдинговая площадка получает выплату от проекта за размещение его токенов в листинге криптовалют плюс процент от дальнейших продаж.

Регулирование

В США с 2017 г. регулирование сферы ICO осуществляет комиссия по ценным бумагам (SEC).

В Китае с 04.09.2017 ICO запрещены на государственном уровне. При этом было затребовано от организаторов подобных проектов вернуть инвесторам все их средства в полном объёме, в противном случае они будут «сурово наказаны в соответствии с законом». Это решение негативно сказалось на рынке, спровоцировав массовое падение курса криптовалют. Впоследствии же было заявлено, что меры носят временный характер до разработки системы правового регулирования сферы.

В Южной Корее ICO также запрещены, но имеются сведения, что в будущем в целях развития блокчейн-проектов планируется их легализация.

В 2017 г. стали появляться специальные рейтинговые сервисы, задача которых оценивать появляющиеся проекты по ряду критериев и помогать отсеивать заведомо бесперспективные. К таким сервисам относятся ICOrating, Digrate, Cryptodiffer.

В Беларуси с 28.03.2018 проведение ICO официально разрешено для резидентов местного Парка высоких технологий.

С 26.06.2018 ICO запрещено рекламировать в Facebook, а с июня 2018 и в Google.

Примеры успешных ICO-проектов

• EOS. Разработка решений на базе блокчейна для автоматизации бизнес-процессов в сфере финансов. Удалось привлечь $200 млн;
• Filecoin. Разработка системы хранения данных на базе блокчейн. На этапе предварительных продаж было привлечено $57 млн, а за весь период сборов $200 млн;
• Bancor. Создание платформы для обмена ERC-20 токенами без участия криптовалютных бирж. Привлечено $153 млн;
• Polkadot. Программная архитектура, предназначенная для обмена информацией между разными блокчейнами, в том числе и криптовалютами. Организаторы привлекли $144 млн инвестиций;
• Qash. Разработка универсальной платформы ликвидности для криптовалют от японской компании QUOINE. Основная цель объединить множества криптовалютных обменов для создания единой платформы ликвидности с целью обеспечения максимально быстрого обмена между разными криптовалютами. Собрано более $108 млн.

Правовое регулирование блокчейн

В 2017 г. Международная ассоциация юристов (IBA) опубликовала доклад, который хоть и не является официальным законодательным актом, но сдержит ряд уточнений и определений, которыми рекомендуется руководствоваться в процессе разработки мер правового регулирования в сфере блокчейн. В частности, в нём чётко описываются следующие понятия:

• блокчейн и биткоин;
• децентрализованная система;
• распределённый реестр;
• p2p-сеть;
• подтверждение транзакций с использованием мультиподписей.

Стоит отметить, что криптовалюта не имеет какой-либо реальной фиксированной стоимости. Чаще всего она применяется для оплаты товаров и услуг в теневой сфере, биржевых спекуляций, а также игровых расчётов. Невзирая, на то, что электронную наличность можно приобрести за реальные деньги, она не состоит в качестве актива на финансовых рынках. Приобретение криптовалюты осуществляется через специализированные пункты и сервисы продаж: обменники, биржи, банкоматы и из рук в руки.

Не смотря, на то, обороты в криптовалютный сфере достигают сотен миллиардов долларов, единое правовое регулирование в мире до сих пор отсутствует. Некоторые отдельные страны в рамках собственной юрисдикции принимают следующие виды мер:

• руководствуются действующими законодательными нормами;
• разрабатывают специальные правовые нормативы в дополнение к существующему законодательству;
• приравнивают криптовалюту к статусу имущественных активов, без точного пояснения сути её явления как такового;
• ведут изучение технологии, собирают статистические данные для разработки новых правовых норм и внесения изменений в текущие законодательные акты.

Также в некоторых странах разрабатывают проекты своих собственных локальных криптовалют. Например, в Венесуэле ведётся разработка собственной электронной валюты на базе технологии распределённого реестра. Планируется привязать её стоимость к стоимости барреля нефти. Это делается с расчётом на устранение последствий сильного скачка инфляции в течение последних лет, нанёсшего разрушительный урон экономике страны.

Меры, предпринимаемые в ряде государств:

ФРС США неоднократно заявлял о разработке собственной национальной криптовалюты. ЦБ Канады на практике проводил эксперименты с применением криптовалютных платежей.

Правовое регулирование на территории РФ

Рассмотрение возможности введения правовых норм регулирования в блокчейн-сфере в РФ начались с появление биткоина ещё в 2009 г. Преимущественно все предложения в данной области были направлены на разработку мер запретительного характера. В 2017 г. был внесён ряд предложений о введении норм, предусматривающих уголовную ответственность за использование криптовалют, со ссылкой на то, что единственным законным платёжным средством на территории РФ является рубль. В Костромской области даже было заведено уголовное дело в отношении троих человек, обменявших биткоинов на сумму свыше 500 млн рублей.

Однако в 2018 г. произошли определённые изменения, смягчившие климат для развития технологии в России. Премьер-министром было поручено изучить потенциал бокчейна с точки зрения решения административных задач федеральной значимости. Необходимые коррективы было предложено внести в программу развития цифровой экономики России, которую планируется проводить с 2018 по 2025 гг. После принятия программы был создан специальный комитет, задача которого разработка стандартов для систем хранения и обработки данных в рамках распределённого реестра. По утверждению компетентных лиц, реализация поставленных в рамках постановления задач займёт не менее 1,5-2 лет.

Разработанные законодательные документы:

К совокупности мер по законодательному регулированию блокчейна Минкомсвязи России планирует добавить регуляционные нормы по выпуску ICO. В рамках проекта предлагается лицензировать организаторов, определить перечень достаточных условий для признания проекта как ICO, а также выработать механизм купли/продажи токенов.

Плюсы и минусы блокчейна

Помехи для притока инвестиций в блокчейн:

Блокчейн в СНГ

Россия

Летом 2017 г. планировалось начать работы по разработке и запуску флагманского проекта, целью которого стояло внедрение технологии распределённого реестра в некоторые аспекты работы Росреестра.

По сообщениям Росреестра по Ленинградской области на 01.11.2018 г. в регионе было проведено 1006 сделок по купле/продаже недвижимости с применением технологии блокчейн.

Сотрудниками компании «Киви платформа» по поручению президента Республика Татарстан было проведено исследование на предмет возможного внедрения технологии распределённого реестра в различные сферы государственного управления. Таким образом, было рекомендовано начать разработку решений по интеграции блокчейна в следующие отрасли:

• межведомственный оборот документов;
• нотариальная деятельность;
• учёт дипломов и сертификатов об образовании;
• выборы и голосования;
• медицина;
• земельный кадастр;
• идентификация личности;
• регистрация гражданских состояний.

Рекомендации находятся на этапе рассмотрения.

В ходе конференции Sibos 2017 между Сбербанком России и платёжной системой SWIFT были достигнуты договорённости о сотрудничестве по вопросу потенциальной возможности использования технологии распределённого реестра в сервисах межбанковских переводов. SWIFT уже использует блокчейн для сверки платёжных данных в онлайн-режиме.

18.10.2017 на форуме «Открытые инновации» в Москве по инициативе нижегородской администрации в сотрудничестве с Внешекономбанком было принято решение о создании блокчейн-проекта, задача которого осуществление контроля за снабжением жителей региона лекарственными средствами. По словам губернатора, это позволит уменьшить количество летальных исходов от приёма некачественных препаратов, а также снизить уровень криминализации в отрасли в целом.

19.10.2017 московская администрация выразила готовность предоставить Росреестру сервера для интеграции технологии распределённого реестра в процедуру регистрации недвижимого имущества.

01.02.2018 компания «Газпром Нефть» совместно с «Газпромнефть-Снабжения» заявила об успешно проведённом тестировании бокчейна в интеграции с интернетом вещей в логистической сфере. Таким образом, была подтверждена эффективность применения технологии в процессе управления цепочками поставок.

04.06.2019 одна из крупнейших российских торговых сетей на отечественном рынке продовольственных товаров — «Дикси», посредством интеграции в рабочие процессы блокчейн-платформы «Факторин», осуществила перевод всего сотрудничества с поставщиками на распределённый реестр. Всё взаимодействие в рамках данной системы производится с использованием профильного веб- и мобильного приложения, разработанного, как для iOS, так и для Android. Получая товар, узел «Дикси» создаёт в рамках приложений весь, необходимый для подтверждения факта отгрузки, пакет документов. Далее осуществляется хеширование всей документации, после чего в зашифрованном виде она отправляется на узел банка или факторинговой компании, где от поставщика потребуется только произвести заверения факта поставки и оплату с использование своей цифровой подписи.

Украина

В стране земельный кадастр, а именно процедура проверки выписок, уже частично переведён на блокчейн. Второй этап внедрения технологии включает в себя план по переводу на распределённый реестр всей существующей базы данных. На третьем планируется запустить процесс хеширования всех проходящих в системе операций. Также планируется перевод на блокчейн реестра вещевых прав на недвижимость.

Беларусь

В соответствии с декретом №8 от 21 декабря 2017 г. «О развитии цифровой экономики» в Беларуси узаконена деятельность криптовалютных бирж и обменных операторов, работа блокчейн-платформ, майнинг. Смарт-контракты имеют официальный юридический статус. Все операции с криптовалютой (дарение, передача по наследству, майнинг, обмен, купля/продажа, хранение) освобождаются от налога на прибыль до 01.01.2023.

В РБ полностью легализован выпуск токенов и проведение ICO при условии, что данные мероприятия проводятся через юр. лиц, являющихся резидентами местного Парка высоких технологий (ПВТ) и предоставляющих соответствующие услуги криптовалютной эмиссии.

Проверкой деятельности компаний, работа которых связана с криптовалютой, занимается белорусский ПВТ.

Внедрение блокчейна активно стимулируется Национальным банком РБ. На сегодняшний день на реплицированной базе данных функционирует реестр банковских гарантий. Задача проекта сбор и предоставление данных о текущих гарантиях банков, а также обслуживание выдачи новых. Помимо этого, на блокчейне работает реестр операций с ценными бумагами, на базе которого создаются отчёты о проводимых в этой сфере сделках.

В ближайшие годы за счёт технологии распределённого реестра планируется провести автоматизацию системы реализации товаров и услуг, а также взаиморасчётов по ним. Также есть планы по переводу процесса нотариальной подписи из бумажного в цифровой формат с применением блокчейна.

Пока все процессы по интеграции блокчейна в различные сферы жизнедеятельности в стране идут медленно, но это связано с малой изученностью технологии, её текущим исследованием, выявлением её преимуществ и недостатков, целесообразности тех или иных внедрений и адаптации их под требования действующего законодательства.

Перспективы блокчейна

Мнения по поводу будущего блокчейна в обществе разнятся. Одни убеждены, что технология столь же революционна, как и интернет в своё время, другие считают, что это просто очередной мыльный пузырь. Многие отмечают, что у большинства успешных технологий и сервисов, период становления составлял не более 10 лет (интернет, Google, Facebook, YouTube и др.), а блокчейн существует с 2008 г. и какого массового внедрения не претерпел. Пик популярности пришёлся на 2017 г. в момент максимально стремительного роста криптовалютного рынка и ICO, но в итоге к аудитории пришло понимание, что всё происходящее напоминает больше коллективную иллюзию, а практическое повсеместное применение технологии распределённого реестра затруднительно по ряду причин, да и не требует такой массовости. То есть, по мнению многих экспертов технология запаздывает.

Основной проблемой для массового внедрения блокчейна является масштабируемость. Дело в том, что на конец 2020 г. размер базы биткоина уже составляет почти 300 Гб и он продолжит расти. Это только одна криптовалюта, которая до сегодняшнего дня ни даже разу не испытала настоящего стресс-теста, связанного с массовым пользованием, например, как Visa. В секунду сеть биткоина способна проводить до 8 транзакций, в то время как Visa до 24 000. Представьте, что было бы ляг такая нагрузка на биткоин, сеть просто не выдержала бы, а размер блокчейна достиг терабайтов. Есть, конечно, решения типа Lightning Network, но их безопасность и работоспособность пока только проверяются.

Таким образом, если представить, что для полной децентрализации каждому человеку придётся хранить на одном, или даже нескольких устройствах, блокчейны для расчётов, недвижимости, личностных данных, кредитной истории и много другого, памяти нужно будет неимоверное количество. А ведь компактность и мобильность играют одну из ключевых ролей. На сегодня, человечеством носителей с подобными объёмами памяти даже близко не изобретено.

В принципе, если рассуждать в какой-то мере утопически, то в природе существует структура, способная в частице, помещаемой на кончике иголки и видимой только в микроскоп, вмещать до 750 Тб памяти – это человеческая ДНК. Возможно, однажды, если человечество поймёт механизм и природу его работы, оно сможет создать его искусственную имитацию, тогда мы сможем производить носители памяти, помещающиеся в карман и вмещающие гигантские объёмы данных.

Также полным блокчейнам, когда нужно хранить всю базу у себя на устройстве, существуют альтернативы в виде лёгких клиентов, которые хранят основной массив данных на сторонних серверах, а у пользователя сохраняется только часть информации блоков. Однако это удар по децентрализации.

В общем, пока блокчейн претерпевает только локальные внедрения, чаще экспериментального характера. Не исключён сценарий, что ещё какое-то время шумиха вокруг постоит и утихнет, интерес масс к блокчейну сойдёт на нет, а вспомнят о нём только, когда появятся подходящие условия для его широкого использования. К сожалению, кто-бы какие мнения сегодня не высказывал, мало какой человек, обратите внимание, с подписью «эксперт» даёт прогнозы даже приблизительно близкие к действительности. Полагаться стоит только на своё мнение, комбинируя всё с детальным изучением вопроса.