Текст книги "Основы блокчейна: вводный курс для начинающих в 25 небольших главах"

Потенциальные возможности технологии блокчейна

Итак, полностью распределенные пиринговые системы используют технологию блокчейна для обеспечения целостности. Следовательно, потенциальные возможности блокчейна можно описать следующим образом: полностью распределенные пиринговые системы обладают огромным коммерческим потенциалом, так как способны заменить централизованные системы и полностью изменить целые отрасли индустрии посредством исключения промежуточных звеньев (посредников). Поскольку полностью распределенные пиринговые системы могут использовать технологию блокчейна для обеспечения целостности, эта технология становится не менее важной. Но главным фактом, привлекающим внимание, все же остается исключение посредников. Технология блокчейна представляет собой всего лишь одно из средств, служащих достижению этой цели.

Примечание

Внимание, которое привлекает технология блокчейна, основано на том, что она может служить в качестве инструментального средства обеспечения целостности в полностью распределенных пиринговых системах, обладающих потенциальными возможностями для коренного изменения целых отраслей индустрии посредством исключения промежуточных звеньев (посредников).

Перспектива

В этой главе было приведено определение пиринговых систем и описаны их потенциальные возможности. Кроме того, было подчеркнуто особое внимание, которое привлекает технология блокчейна благодаря своей способности обеспечивать целостность распределенных пиринговых систем при выполнении их задач. Но вопрос «Почему так важно обеспечение целостности в распределенных системах?» пока остался без ответа. В следующей главе этот вопрос будет рассмотрен более подробно.

Резюме

• Пиринговые системы состоят из компьютеров, предоставляющих прямой доступ к своим вычислительным ресурсам другим членам системы.

• Преимущество пиринговых систем состоит в возможности прямого взаимодействия пользователей друг с другом вместо взаимодействия через посредников.

• Замена посредников на пиринговые системы увеличивает скорость обработки данных и снижает накладные расходы.

• Пиринговые системы могут быть централизованными или полностью распределенными.

• Полностью распределенные пиринговые системы формируют сеть равных партнеров, напрямую взаимодействующих друг с другом без какой-либо центральной координации.

• Сеть Napster продемонстрировала мощь пиринговых систем, так как ее система совместного использования файлов открыла эпоху новых бизнес-моделей в сложившейся годами музыкальной индустрии, которая в основном действовала как посредник между музыкантами и слушателями.

• Каждая отрасль индустрии, действующая главным образом как посредник между производителями и потребителями нематериальной или цифровой продукции или услуг, может быть заменена пиринговыми системами.

• Почти вся существующая ныне финансовая система является просто посредником между поставщиками и потребителями денежных средств, в наши дни главным образом имеющих форму цифровых или нематериальных объектов. Следовательно, переход к полной оцифровке и использованию пиринговых систем может коренным образом изменить сферу финансовой деятельности, подобно тому, как сеть Napster изменила музыкальную индустрию.

• По мере продолжения процесса оцифровки все больше аспектов повседневной жизни, а также все больший объем продукции и услуг становится нематериальным, тем самым извлекая пользу из преимуществ пиринговых систем.

• Внимание, которое привлекает технология блокчейна, основано на том, что она может служить в качестве инструментального средства обеспечения целостности в полностью распределенных пиринговых системах, обладающих потенциальными возможностями для коренного изменения целых отраслей индустрии посредством исключения промежуточных звеньев (посредников).

Часть II
Зачем нужна технология блокчейна

В этой части книги подробно описывается задача, которую призвана решить технология блокчейна, а также объясняется, почему решение этой задачи столь важно. Материал этой части обеспечивает более глубокое понимание проблемной области, в которой функционирует блокчейн, и среды, где эта технология может предоставить наибольшие преимущества. Кроме того, рассматривается взаимосвязь блокчейна с задачами обеспечения доверительности, целостности и управления владением (собственностью). После изучения этой части книги вы будете глубже понимать основную цель технологии блокчейна и отличительные особенности самого термина «блокчейн».

Глава 4
Исследование основной задачи
Как сформировать группу независимых компьютеров

В предыдущих двух главах была в общих чертах сформулирована главная цель технологии блокчейна и особо подчеркнута ее важность для полностью распределенных пиринговых систем. Очевидно, что обеспечение целостности в распределенных системах является главной целью технологии блокчейна. Но почему обеспечение целостности в распределенных системах вообще и в частности в полностью распределенных пиринговых системах представляет собой столь трудную и важную задачу? Данная глава отвечает на этот вопрос, исследуя трудноуловимые взаимосвязи между задачами обеспечения доверительности и целостности в полностью распределенных пиринговых системах. Материал этой главы существенно углубляет понимание важности обеспечения целостности и подробно описывает основную задачу, решаемую технологией блокчейна. В конце главы рассматривается среда, в которой технология блокчейна способна принести максимальную пользу.

Метафора

Во многих естественных языках существуют образные выражения или поговорки, описывающие ситуацию, в которой кто-либо пытается привести в порядок, организовать беспорядочную группу лиц или объектов. Например, в английском языке этой ситуации соответствует выражение «herding cats» (попытка собрать кошек в стадо) (в русском языке для подобных ситуаций могут подойти крыловские «лебедь, рак и щука» и «квартет»), описывающее трудности объединения группы упрямых, трудно контролируемых и неуступчивых животных, которые не подчиняются или даже полностью игнорируют какие-либо попытки централизованного управления ими. Вам знакомы трудности при попытках как-то организовать группу людей, не желающих подчиняться единому органу управления или игнорирующих этот орган? Вот это и есть ситуация, в которой формируется полностью распределенная пиринговая система, состоящая из отдельных независимых узлов без какого бы то ни было центрального пункта управления или координации. В данной главе рассматриваются сложная задача создания полностью распределенной пиринговой системы и ее взаимосвязь с технологией блокчейна.

Обеспечение доверительности и целостности в пиринговых системах

Доверительность и целостность – это две стороны одной монеты. В контексте программных систем целостность (integrity) является нефункциональным аспектом системы: система должна быть безопасной (защищенной), полнофункциональной, непротиворечивой, корректной и свободной от сбоев и ошибок. Доверительность (trust) – это твердая убежденность людей в надежности, честности и/или компетентности (правомочности) кого-либо или чего-либо без свидетельств, доказательств или экспертных исследований. Доверительность существует изначально и может непрерывно увеличиваться или уменьшаться в зависимости от текущих результатов взаимодействия.

С точки зрения пиринговых систем это означает, что люди присоединяются к системе и продолжают сотрудничать с ней, если доверяют этой системе и если результаты взаимодействия постоянно подтверждают и укрепляют доверие. Целостность системы необходима для удовлетворения ожиданий пользователей и укрепления доверия к системе. Если доверие пользователей не укрепляется самой системой из-за отсутствия целостности, пользователи покидают систему, и в конце концов она просто прекращает свое существование. Осознание важности доверия для существования пиринговых систем приводит к ключевому вопросу: как обеспечить и поддерживать целостность в полностью распределенной пиринговой системе?

Обеспечение и поддержка целостности в полностью распределенных пиринговых системах зависят от множества факторов, наиболее важными из которых являются:

• знание количества узлов или партнеров;

• знание степени доверия (уровня надежности) между партнерами.

Вероятность обеспечения целостности в распределенной пиринговой системе повышается, если точно известно количество узлов и степень доверительности между ними. Эту ситуацию можно сравнить с деятельностью частного клуба, установившего высокие моральные стандарты и использующего жесткие процедуры приема для новых членов. Разумеется, наихудшие условия для обеспечения целостности в распределенной пиринговой системе – неизвестное количество узлов и отсутствие информации о степени доверия между ними. Это характерно для варианта создания полностью распределенной пиринговой системы в Интернете, открытой для всех.

Угрозы целостности в пиринговых системах

Для упрощения можно рассматривать два основных источника опасности для целостности в пиринговых системах:

• технические отказы (сбои);

• злоумышленники-партнеры в системе.

Технические отказы (сбои)

Пиринговые системы состоят из отдельных компьютеров, пользователи которых обмениваются информацией по сети. Для любого аппаратного и программного компонента компьютера, а также для любого компонента сети постоянно существует опасность возникновения аварийного сбоя или критической ошибки. Таким образом, в любой распределенной системе в любой момент может появиться проблема из-за отказа компонента или из-за случайного искажения результата обработки данных.

Злоумышленники-партнеры в системе

Злоумышленники-партнеры являются вторым основным источником опасности для целостности в пиринговых системах. Это не техническая проблема, это проблема, создаваемая намерениями отдельных лиц, которые решили воспользоваться системой в своих корыстных целях. Можно утверждать, что эта опасность в большей степени относится к области социальной психологии и групповой динамики, чем к технологии. Нечестные и злонамеренные партнеры создают самую большую угрозу для пиринговой системы, потому что нападают на саму основу построения пиринговой системы: на доверие. Когда пользователи перестают доверять своим партнерам, они покидают систему и прекращают предоставлять ей свои вычислительные ресурсы. Количество партнеров уменьшается, и система в целом теряет свою привлекательность для оставшихся участников, что, в свою очередь, приводит к снижению возможностей системы и в конечном итоге к прекращению ее существования.

Главная задача, решаемая технологией блокчейна

Обеспечение целостности и доверительности при всех наилучших условиях осуществляется очень просто. Но реальная (и весьма трудная) задача состоит в обеспечении целостности и доверительности в самых наихудших условиях. Именно эту задачу призвана решить технология блокчейна. Главная задача блокчейна – обеспечение и поддержка целостности в полностью распределенной пиринговой системе, состоящей из неизвестного количества партнеров с неизвестным уровнем надежности и доверительности. Задача эта не нова, это общеизвестная и часто обсуждаемая проблема в области информационных технологий. Используя метафору из военного дела (если говорить более точно, то из области криптологии), можно в широком смысле считать ее задачей византийских генералов [20].

Примечание

Главная задача, решаемая технологией блокчейна, – обеспечение и поддержка целостности в полностью распределенной пиринговой системе, состоящей из неизвестного количества партнеров с неизвестным уровнем надежности и доверительности.

Перспектива

В этой главе особо выделена важность обеспечения целостности и доверительности в пиринговых системах. Далее определяется главная задача, решаемая технологией блокчейна, и подчеркивается ее важность для обеспечения целостности и доверительности в пиринговых системах. Но пока еще не было дано точное определение термина «блокчейн». Это будет сделано в следующей главе.

Резюме

• Целостность и доверительность – главные характеристики, которые необходимо обеспечить в пиринговых системах.

• Люди присоединяются к системе и продолжают сотрудничать с ней, если доверяют этой системе и если результаты взаимодействия постоянно подтверждают и укрепляют доверие.

• Если доверие пользователей не укрепляется самой системой из-за отсутствия целостности, пользователи покидают систему, и в конце концов она просто прекращает свое существование.

• Два основных источника опасности для целостности в пиринговых системах:

– технические отказы (сбои);

– злоумышленники-партнеры в системе.

• Обеспечение целостности в пиринговой системе зависит от следующих основных факторов:

– знание количества узлов или партнеров;

– знание степени доверия (уровня надежности) между партнерами.

• Главная задача, решаемая технологией блокчейна, – обеспечение и поддержка целостности в полностью распределенной пиринговой системе, состоящей из неизвестного количества партнеров с неизвестным уровнем надежности и доверительности.

Глава 5
Однозначное определение термина
Четыре способа определения технологии блокчейна

Из предыдущих глав вы узнали о главной цели технологии блокчейна, о взаимосвязи между доверительностью и целостностью в программной системе. Это позволило с полным обоснованием дать верную оценку цели блокчейна, но сам термин «блокчейн» пока еще не был определен. В этой главе основное внимание уделено определению этого термина и объяснению различных вариантов его использования. Здесь представлено предварительное общее определение технологии блокчейна, которым мы будем руководствоваться при изучении следующих глав книги. В конце главы рассматривается, почему управление владением (собственностью) является самым широко распространенным вариантом применения технологии блокчейна.

Определение термина

При изложении материала данной книги термин «блокчейн» используется следующим образом:

• как имя структуры данных;

• как имя алгоритма;

• как имя набора (стека) технологий;

• как гипероним (обобщающее понятие) для полностью распределенных пиринговых систем с общей прикладной областью.

Структура данных

В информатике и программной инженерии структура данных (data structure) обозначает способ организации данных, не зависящий от конкретного информационного содержимого. Структуру данных можно сравнить с планом строящегося здания. На плане здания отображаются разделение и соединение пространства с помощью стен, этажей и лестниц независимо от способов их конкретного применения. При использовании в качестве имени структуры данных блокчейн обозначает данные, объединенные в комплекты, называемые блоками (block). Блоки данных во многом похожи на страницы в книге. Блоки соединяются друг с другом в цепочку, отсюда и название блокчейн (или цепочка блоков данных). В книге слова и предложения представляют хранимую информацию. Они записаны на отдельных страницах, а не на одном большом свитке. Страницы связаны друг с другом на основе их физического расположения в книге и соответствующих номеров страниц. Вы можете заметить, что какой-то страницы не хватает, проверяя непрерывность последовательности номеров страниц. Более того, информация на страницах книги, так же как и сами страницы, упорядочена. Такая упорядоченность является важной деталью, используемой повсеместно. Кроме того, цепочка блоков данных в структуре формируется с использованием специализированной системы нумерации, которая отличается от нумерации страниц в обычных бумажных книгах.

Алгоритм

В программной инженерии термин алгоритм означает последовательность инструкций, выполняемых компьютером. Инструкции часто пользуются структурами данных. При использовании в качестве имени алгоритма блокчейн обозначает последовательность инструкций, обрабатывающих информационное содержимое структур данных блокчейна (blockchain-data-structures) в полностью распределенной пиринговой системе. Это несколько напоминает схему демократического голосования.

Набор (стек) технологий

При использовании в качестве названия набора (стека) технологий блокчейн обозначает сочетание структуры данных блокчейна, алгоритма блокчейна, а также криптографических технологий и технологий обеспечения безопасности, которое в совокупности может быть использовано для обеспечения целостности в полностью распределенных пиринговых системах, независимо от их прикладной цели.

Гипероним (обобщающее понятие) для полностью распределенных пиринговых систем с общей прикладной областью

Термин блокчейн также может применяться в качестве гиперонима (обобщающего понятия) для полностью распределенных пиринговых программных систем, использующих набор технологий блокчейна. Отметим, что в этом контексте блокчейн обозначает полностью распределенную систему как единое целое, а не какой-то программный модуль, являющий частью распределенной системы.

Использование термина блокчейн в данной книге

На протяжении всей оставшейся части книги термин блокчейн будет использоваться для краткого обозначения гиперонима (обобщающего понятия) для полностью распределенных пиринговых программных систем, использующих набор технологий блокчейна. Если будет подразумеваться что-либо другое, то будут явно использоваться термины струтура данных блокчейна, алгоритм блокчейна и набор (стек) технологий блокчейна.

Примечание

Технология, обозначаемая в наши дни термином блокчейн, была предложена в 2008 году автором, скрывавшимся под псевдонимом Сатоши Накамото (Satoshi Nakamoto) [26]. Настоящее имя автора до сих пор неизвестно.

Предварительное определение термина

Следующее определение не является полным. В нем отсутствуют важные подробности, которые пока еще не рассматривались. Тем не менее это определение станет важным промежуточным шагом к более полному пониманию термина блокчейн:

Блокчейн (blockchain) (цепочка блоков транзакций) – это полностью распределенная пиринговая система журналов учета, использующая программный модуль, реализующий алгоритм, который обрабатывает информационное содержимое упорядоченных взаимосвязанных блоков данных как единое целое с помощью криптографических технологий и технологий защиты данных для обеспечения и поддержки целостности этой системы.

Роль управления правом владения

В предварительном определении, приведенном выше, ничего не говорится ни о Bitcoin, ни об управлении правом владения криптографическими денежными средствами. Это может показаться странным, поскольку многие статьи и книги о блокчейне утверждают, что основной целью блокчейна является управление правом владения цифровыми валютами. Дело в том, что управление правом владения криптографическими денежными средствами является самым широко распространенным и вполне естественным вариантом практического применения технологии блокчейна, но далеко не единственным. Диапазон применения блокчейна широк и разнообразен. И все же существуют две причины, по которым управление правом владения цифровой продукцией стало самым обсуждаемым приложением блокчейна. Во-первых, этот вариант проще всего понять и объяснить. Во-вторых, это пример практического применения с наибольшей степенью воздействия на реальную экономику. Концепция права владения собственностью и законное обеспечение прав собственности являются главнейшими элементами практически каждого сообщества людей (даже у некоторых животных существует концепция владения собственностью, и они отстаивают свое право владения в жестокой борьбе). Почти вся деятельность банков, страховых компаний, опекунских советов, юристов, судей, адвокатов и юрисконсультов сосредоточена на управлении правами собственности или на их соблюдении. Таким образом, сфера управления правами собственности представляет собой рынок с оборотом в миллиарды долларов, и любая техническая инновация, способная изменить метод управления правом владения, будет воздействовать на этот рынок с огромной силой. Поэтому можно считать, что блокчейн действительно может коренным образом изменить методики управления правом собственности.

Область применения блокчейна, рассматриваемая в данной книге

Блокчейн как набор технологий, используемый для управления распределенных пиринговых программных систем, может обеспечить множество специализированных вариантов практического применения, таких как управление правом владения цифровой продукцией или криптографическими денежными средствами. Но в этой книге преднамеренно не рассматриваются какие-то отдельные специальные приложения блокчейна, потому что не следует отвлекать внимание читателей от основополагающих концепций, подробно описывая только один специализированный вариант приложения. Но для упрощения понимания технологии блокчейна в книге все же приводится обобщенный пример применения управления правом владения и его защиты без указания конкретного типа продукции. Таким образом, определяется общая цель управления правом собственности, весьма подходящая для предлагаемого здесь процесса обучения и помогающая создать общую мысленную схему функционирования блокчейна.

Перспектива

В этой главе был объяснен термин блокчейна и приведено предварительное определение этого термина. В книге рассматривается обобщенный пример применения управления правом владения и защиты без указания конкретного типа продукции для описания функциональности блокчейна, но без подробностей механизма осуществления владения. Расширенное описание права владения собственностью поможет лучше понять функционирование блокчейна. В следующей главе будут более подробно рассматриваться основы права владения собственностью.

Резюме

• Термин блокчейн неоднозначен; разные люди придают ему различный смысл, зависящий от контекста обсуждения.

• Термин блокчейн может обозначать:

– структуру данных;

– алгоритм;

– набор (стек) технологий;

– группу полностью распределенных пиринговых систем с общей прикладной областью.

• Управление правом владения собственностью и его осуществление являются наиболее распространенным вариантом практического применения блокчейна, но далеко не единственным.

• Блокчейн (blockchain) (цепочка блоков транзакций) – это полностью распределенная пиринговая система журналов учета, использующая программный модуль, реализующий алгоритм, который обрабатывает информационное содержимое упорядоченных взаимосвязанных блоков данных как единое целое с помощью криптографических технологий и технологий защиты данных для обеспечения и поддержки целостности этой системы.