Текст книги "Блокчейн от А до Я. Все о технологии десятилетия"

Вот краткий список некоторых областей применения блокчейна[17]17
  В главе 3 читатель найдет подробное описание различных приложений блокчейна. В конце книги приведен список основных проектов, находящихся на стадии разработки или использующихся.


[Закрыть]:

Финансы (платежи, проходящие мгновенно и практически бесплатно между двумя сторонами);

Страхование (микроконтракты, микроплатежи, групповое страхование, более эффективное управление идентификацией клиентов и связанных с ними данных, сертификация происхождения товара);

Государство (прозрачная и безопасная система голосования, сбор налогов, кадастры);

Электронная коммерция (простые и безопасные платежи в Интернете);

Интернет вещей;

Промышленность (управление подключенными объектами и автономизация объектов для совершения сделок);

Идентификация отпечатков пальцев;

Логистика (управление процессами и контрактами посредством алгоритмических процессов);

Питание (отслеживание информации, относящейся к партии продуктов, от сбора до упаковки);

Интеллектуальная собственность (статьи, фотографии, музыка, иллюстрации);

Сделки с недвижимостью в странах, где нет земельного кадастра;

Аутентификация произведений, предметов, ценностей;

Обучение (проверка подлинности дипломов);

Здравоохранение (отслеживание медикаментов, обеспечение безопасности медицинских данных, управление данными пациентов);

Энергетика (умные сети, умные здания, умные города);

Децентрализованные автобазы.

БЛОКЧЕЙН ИДЕАЛЬНО ПОДХОДИТ ДЛЯ ФИНАНСОВЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ И БАНКОВ

На конференции Blockchain Vision[18]18
  http://www.blockchain.vision


[Закрыть], организованной Finyear Group, Лука Компарини, руководитель блокчейна во французском отделении IBM, попытался выявить характеристики, которые должен иметь блокчейн для использования его в банковской сфере:

• управление идентификацией: это свойство незаменимо в сети business to business – необходимо иметь возможность узнать все о личности партнера, с которым мы заключаем сделку;

• модульный алгоритм консенсуса: подтверждение выполнения работы сегодня осуществляется слишком медленно и дорого. В зависимости от ситуации использования следует иметь возможность изменить алгоритм консенсуса (защита по методу «подтверждения доли»);

• гарантированная конфиденциальность: совсем не обязательно, чтобы транзакции были публичными;

• бухгалтерская книга доступна для аудита: если операции остаются конфиденциальными, они все же должны быть доступны для надзорных органов;

• «масштабируемый» блокчейн: в идеале цепочка блоков должна поддерживать большое количество сделок. В настоящее время это вызывает много вопросов;

• долговечный блокчейн: существующие на сегодняшний день платежные системы появились довольно давно. Новая система должна стать продолжением старой – это значит, что мы должны предугадывать проблемы, которые могут появиться.

Таким образом, сообщил Лука Компарини, по мнению IBM, технология блокчейна находится в зачаточном состоянии и еще не соответствует потребностям банковского сектора. Среди основных проблем можно выделить «масштабируемость» и отсутствие конфиденциальности транзакций, что при нынешнем состоянии дел исключает возможность использования блокчейна. Тем не менее, инженеры IBM проанализировали ситуацию и сообщили, что использование блокчейна не ограничивается только банковским сектором, но распространяется «на все сферы В2В, где IBM занимает ключевые позиции».

Помимо этого, можно добавить еще один важный момент, который должен быть в банковских проектах со множеством участников: во взаимодействии систем должны иметься гарантии, позволяющие гармонизировать сделку. При существующей неоднородности банковских систем этого не происходит.

Глава 2
Блокчейн сегодня

Секрет преобразований заключается в умении сосредоточить свою энергию для создания нового, а не для борьбы со старым.

Дэн Миллман

Теперь рассмотрим различные варианты блокчейна, возникшие один за другим и породившие экосистему, которую мы знаем сегодня. Начнем с блокчейна биткойн и истории его возникновения.

Блокчейн биткойн

Первоначально биткойн являлся улучшением концепции b-money (придуманной Вэй Даем в 1999 году, в которой серверы должны были внести гарантийный взнос в нечетко раскрытый механизм) и технологии bitgold (описанной в 2005 году Ником Сабо[19]19
  Ник Сабо – ученый, юрист и криптограф, известный своими исследованиями в области цифровых контрактов и цифровой валюты. Он дипломированный специалист из университета Вашингтона. – Прим, О ВТ.


[Закрыть]и продвигавшей идею использования доказательств на основании расчетов). Но прежде чем продолжить, следует ввести два термина для лучшего понимания следующих разделов.

1. Асимметричная криптография, или шифрование с открытым ключом / закрытым ключом. Это метод шифрования, который противопоставляется симметричной криптографии. Основным принципом асимметричного шифрования является наличие двух ключей (которые пользователь «создает» сам).

2. Распределенная система – это набор автономных объектов вычисления (компьютеры, КПК, процессоры и т. п.), которые связаны между собой и могут сообщаться по сети. Мы могли бы привести в качестве примера физическую сеть машин с несколькими различными процессами, обращающихся к одной и той же машине.

1977–2005 годы: период до появления биткойна и его изобретателя

1977 год: первое описание шифрования RSA[20]20
  RSA Security – компания, аббревиатура в названии которой образована из имен ее основателей: Рональда Райвеста, Ади Шамира и Леонарда Адлемана. Они совместно изобрели криптосистему с открытым ключом с тем же названием – шифрование RSA, которое является криптографическим алгоритмом асимметричного шифрования.


[Закрыть], в котором используется открытый ключ для шифрования конфиденциальных данных и закрытый ключ для их расшифровки.

1979 год: Ральф Меркле[21]21
  Ральф С. Меркле – американский криптограф и исследователь в области нанотехнологий. Он является одним из пионеров асимметричной криптографии наряду с Мартином Хеллманом и Уитфилдом Диффи. В 1974 году он создал головоломки Меркле, первые конструкции с открытым ключом.


[Закрыть] изобрел механизм сжатия «дерево Меркле». Он используется для эффективного и безопасного хранения и проверки больших объемов данных и используется в протоколе биткойн, чтобы вычислить корень Меркле всех операций, содержащихся в блоке данных.

1990 год: американский математик Дэвид Шаум изобрел DigiCash – электронную валюту (централизованную и собственную) на основе криптографических протоколов.

1992 год: Скотт Ванстоун (Certicom) предложил алгоритм ECDSA (Elliptic curve digital signature algorithm), который использует более короткие ключи и позволяет выполнять операции подписи и шифрования быстрее, чем RSA.

1994 год: Ник Сабо выдвинул идею смарт-контракта, или умного договора (см. в этой главе на страницах, посвященных блокчейну Ethereum).

18 июня 1996 года: NSA публикует доклад под названием «Как производить валюту: криптография анонимных электронных наличных».

1997: Адам Бэк изобрел HashCash – систему подтверждения выполнения работы на базе идеи, выдвинутой Синтией Дворк и Мони Наором в докладе, опубликованном в 1993 году, Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. Позднее Адам Бэк станет первым партнером Сатоси Накамото.

1998 год: банкротство DigiCash. Вэй Дай выдвигает идею цифровой наличности на основе регистра, распределенного по рассылочной ведомости The Cypherpunks.

1999 год: Шон Фэннинг в сотрудничестве с Napster изобрел технологию peer to peer (P2P), (равный равному, одноранговую). Платформа обмена аудиофайлами Napster работала с центральным сервером (farm), который играл роль центрального реестра всех файлов, принадлежащих участникам или запрашиваемых ими (равными партнерами). В этой централизованной системе сформировалась единая точка отказа (Single Point of Failure – SPOF) платформы Napster, и сайт был закрыт ФБР в 2001 году за нарушение прав интеллектуальной собственности.

2000 год: Том Пеппер и Джастин Франкель разработали Gnutella – первую полностью распределенную платформу для передачи данных файлов P2P.

1998–2005 годы: Ник Сабо разрабатывает проект BitGold – децентрализованную цифровую валюту, основанную на устойчивых к фальсификации цепочках подтверждений о завершении работы, в которой были использованы многие элементы, в конечном счете вошедшие в биткойн: автоматическое проставление даты и времени, электронные подписи, открытые ключи… Однако система оказалась слишком уязвимой для атак.

2004 год: разработка Ripplepay – попытка создать децентрализованную валютную систему.

2007–2010 годы: появление блокчейна биткойн и его валюты биткойн

Кто такой Сатоси Накамото? Немного истории.

В 2007 году Сатоси Накамото, таинственная фигура, стоящая за изобретением биткойна, заявил, что он начал работу над этой технологией.

19 августа 2008 года: Сатоси Накамото зарезервировал доменное имя bitcoin.org.

31 октября 2008 года: было объявлено о появлении биткойна. Сатоси Накамото опубликовал статью Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, в которой представил метод решения криптографической задачи, над которой многие бились в течение нескольких десятилетий, – проблемы двойной оплаты, или задачи византийских генералов. Эта проблема мешала двум контрагентам обмениваться активами, в частности деньгами, без участия доверенного лица.

3 января 2009 года: создается первый блок (исходный блок).

12 января 2009 года: первая биткойн-транзакция.

Февраль 2009 года: Сатоси Накамото распространяет первую версию программы Bitcoin на сайте P2P Foundation и создает первые биткойны.

2009 и 2010 год: Сатоси Накамото разрабатывает и создает биткойн и программное обеспечение Bitcoin-Qt.

Середина 2010 года: разработчики и сообщество Bitcoin постепенно теряют контакт с Сатоси Накамото.

12 декабря 2010 года: Накамото написал последнее сообщение на форуме Bitcointalk. Незадолго до исчезновения Накамото назначает Гэвина Андресена преемником, передав ему доступ к проекту Bitcoin на SourceForge и копию аварийного ключа – уникальный личный криптографический ключ, позволяющий смягчить последствия потенциальной атаки на системы биткойна – например, в случае обнаружения уязвимостей, позволяющих задним числом изменить операции, или захвата более 51 % узлов сети (см. врезку, посвященную этому вопросу, далее). Операторы узлов сети могут при получении предупреждения оповестить своих пользователей либо остановить все регистрации сделок.

Термин «биткойн» происходит от сокращения двух английских слов: bit – единица информации в двоичном коде и coin – монета. Биткойн одновременно обозначает информационный протокол (биткойн) сети Интернет и единицу расчетов (биткойн), используемую в этой платежной системе.

Блокчейн биткойн – это свободная и открытая технология, работающая в одноранговой сети (peer-to-peer или P2P), без центральной власти (без посредства финансового учреждения). Эта технология позволяет обмениваться объектами (биткойнами или ВТС), записывая каждую транзакцию (с автоматической фиксацией даты и времени) в большую бухгалтерскую книгу (ledger), в которой невозможно никакое изменение.

Управление транзакциями и создание биткойнов поддерживаются коллективно сетью, и конструкция этого управления является открытой; никто не владеет и не управляет цепочкой блоков биткойн, и каждый может присоединиться к ней. Благодаря нескольким уникальным свойствам биткойн делает возможными различные перспективные варианты использования, которые не могут быть охвачены современными платежными системами.

Биткойн-валюта, в отличие от других валют, не является воплощением государственного органа, банка или компании, и каждый биткойн идентифицируется в книге учета при помощи истории всех сделок, в которых он участвует с момента ее создания.

Анализ Пьера Нуаза, генерального директора Рауггнит

«Биткойн – это новая цифровая валюта для следок без авторитетной третьей стороны это наличные деньги в Интернете. В отличие от традиционных видов валюты биткойн является программируемой валютой… и работает без центрального банка: с кошельком биткойнов вы можете сами стать своим банком».

Блокчейн биткойн опирается на криптографический протокол, в частности, для того чтобы:

• с одной стороны, решить проблему, называемую «двойной расход», которая до сих пор мешала появлению такого рода валют (А дает Б, убедившись, что он не дал параллельно С);

• с другой стороны, гарантировать невозможность подделать идентификаторы заинтересованных сторон и ценность биткойнов, содержащихся в электронных кошельках.

Функционирование блокчейна биткойн можно разделить на следующие четыре этапа:

• два участника договариваются о сделке;

• с помощью блокчейна сделка шифруется и утверждается на основе консенсуса (подтверждение выполненной работы / майнинг, см. ниже);

• далее сделка вписывается, а затем блокируется в последнем блоке блокчейна;

• на последнем этапе цепочка блоков реплицируется на всех узлах (участниках) сети.

Доступ к сети

Биткойн – это одноранговая сеть: участники образуют одноранговую сеть, общаясь посредством Интернета. Когда новый компьютер пытается подключиться к сети, его первая задача – найти другие подключенные к ней компьютеры.

После того как компьютер будет подключен, второй шаг – скачать базу данных всех операций, осуществлявшихся с момента запуска проекта, транзакций, заключавшихся в передаче определенного количества биткойнов с одного счета на другой.

Учетная запись идентифицируется биткойн-адресом, который схематически аналогичен номеру счета в банке.

Анализ Пьера Нуаза

«Чтобы начать работу, самый простой способ – продать некий объект (например, евро) или услугу за биткойны.

Для того чтобы купить биткойны, необходимо пройти три этапа.

• Шаг 1: открыть счет и сделать банковский перевод на этот счет, чтобы обменять рубли (или другую валюту) на биткойны. Спустя некоторое время, необходимое на осуществление банковского перевода, на счете появится внесенная сумма

• Шаг 2: просмотреть книгу заявок (“стакан котировок”), чтобы увидеть цены на биткойны, предлагаемые продавцами на рынке.

• Шаг 3: разместить заказ на покупку (биткойнов) по цене, предел которой вы хотите установить. Если ваш предел цены ниже, чем цена у самого выгодного продавца, ваш заказ не будет выполнен до тех пор, пока не найдется продавец, предложивший цену меньше или равную вашему лимиту.

Ваш заказ может быть выполнен частично, если продавцы предлагают меньше биткойнов, чем вы просите. Ваш заказ может быть выполнен немедленно, если ваш предел иены выше или равен той, которую предлагает лучший продавец».

Помимо пунктов обмена валюты, существуют и другие решения, например, платформы для депонирования, односторонние торговые точки и физический обмен в автоматах.

КАК ПОЛУЧИТЬ БИТКОЙНЫ?

Теоретически можно получить новые биткойны с помощью майнинга, то есть участия в верификации транзакций, но на практике это не самый простой метод, поскольку необходимо установить программное обеспечение. Несмотря на то что это ПО бесплатное, новичку довольно трудно организовать доступ к нему и его использование, а кроме того, необходимо обладать большими вычислительными мощностями (см. далее раздел, посвященный майнингу).

Поэтому самый простой способ приобрести биткойны – придерживаться метода и правил, предложенных Пьером Нуаза.

Транзакции

Чтобы стать законной, каждая транзакция должна быть подписана (в криптографическом смысле этого термина) при помощи асимметричного шифрования или шифрования с двойным ключом (открытым и закрытым).

На входе транзакция получает ссылку на предыдущую транзакцию, которая подтверждает тот факт, что упомянутые в сделке средства реальны, а на выходе она производит один или несколько биткойн-адресов с соответствующими приписанными к ним суммами. Входы и выходы любой транзакции всегда сбалансированы.

Тем не менее, эта новая транзакция не сразу определяется как допустимая, так как она должна сначала быть включена в реестр сделок (блоков), который состоит из набора блоков транзакций. Транзакции, переданные в незакодированном виде, признаются действительными при помощи соответствующих закодированных подписей, которые визируют сделку. В настоящее время ежедневное количество таких сделок быстро растет. Например, в июне 2016 года ежедневный объем подобных сделок составлял около 200 тысяч, а в конце ноября 2016 года их число дошло почти до 300 тысяч.

С другой стороны, с позиции числа транзакций в секунду блокчейн биткойн менее эффективен, чем более привычные технологии. Это нередко объясняется тем, что сеть биткойн ограничена в силу своей конструкции. Она способна обработать максимум около семи транзакций в секунду, в то время как максимальная мощность платежной сети Visa составляет 56 тысяч транзакций в секунду.

Кошелек или бумажник

Блокчейн биткойн устроен принципиально иначе, чем банковские учреждения, в которых клиент может иметь несколько счетов со всеми сведениями, касающимися истории каждого счета. Блокчейн хранит след каждой сделки, но в нем нет баланса счета пользователей. Следовательно, действуя подобным образом, восстановить ваши данные невозможно.

Пользователи владеют кошельком или бумажником, который содержит «адреса», связанные с парой ключей, работающих с помощью системы асимметричного шифрования (открытый ключ / закрытый ключ). Обратите внимание, что закрытый ключ хранится в кошельке, а открытый ключ записывается в блокчейне и, следовательно, неприкосновенен. Поэтому, как и в реальной жизни, не следует терять свой кошелек…

Потеря закрытого ключа приводит к потере связанных с ним биткойнов

Подобное случилось с англичанином Джеймсом Ховеллом, который в 2009 году купил около 7500 биткойнов (в то время малоизвестной криптовалюты, которая почти ничего не стоила). Ключ к этой операции был сохранен на жестком диске, но, к огромному сожалению Джеймса, диск был разрушен вследствие того, что Джеймс пролил лимонад на свой компьютер. Когда цена биткойна достигла 1000 долларов, Джеймс потенциально мог обладать 7,5 миллиона долларов (дорогой лимонад, однако…). К сожалению, без ключа он не смог вернуть себе эти биткойны.

Стоимость биткойна

Стоимость биткойна плавает и определяется экономической ситуацией и валютным рынком. Правила организации денежной эмиссии определяются только компьютерным кодом свободного программного обеспечения биткойн.

Анализ Пьера Нуаза

«Стоимость биткойнов порождается согласием сообщества принять биткойны в качестве меновой стоимости. Точно так же как в случае с некоторыми государственными валютами (бумажные деньги) вроде доллара, так как начиная с 1973 года они больше не обеспечены золотым запасом (товарные деньги), национальное сообщество соглашается признать стоимость денежных билетов, не ожидая взамен ни малейшей возможности конвертировать их в золото в кассе банка, даже если это будет центральный банк страны»

При создании блокчейна биткойн его создатель Сатоси Накамото записал в протокол (набор правил, которые определяют работу сети), что будет создан всего 21 миллион биткойнов. Этот потолок был установлен в либертарианском духе для предотвращения инфляции стоимости биткойна.

Вот несколько биткойн-единиц:

• 1 биткойн = 1000 миллибиткойнов;

• 1 биткойн = 1000 000 микробиткойнам или битам;

• 1 биткойн = 100 000000 сатоси.

В результате количество биткойнов ограничено 21 миллионом единиц, и каждый биткойн делится до восьмого десятичного знака. Таким образом, наименьшая сумма, которая может быть передана, – 0,00000001 (10-8) биткойна – она названа в сообществе биткойн «сатоси» в честь изобретателя этой валюты.

Обратите внимание, что в период с 3 января 2009 года, когда впервые были задействованы 50 биткойнов в транзакции, фиксирующей временное происхождение всех последующих операций, до конца ноября 2017 года стоимость биткойна выросла почти с 0 до более 8000 долларов США.

Биткойн: майнинг или консенсус

В блокчейне биткойн, чтобы добавить транзакцию и создать новые биткойны, вы должны задействовать консенсус. Это называется майнинг.

Этот процесс предполагает, что отдельные люди будут вознаграждены сетью за свои услуги. Майнеры обрабатывают транзакции и обеспечивают безопасность сети с помощью специализированного оборудования, а в обмен получают новые биткойны.

Таким образом, некоторые пользователи (узлы) используют свои вычислительные мощности (CPU[22]22
  CPU (Central Processing Unit) – центральное процессорное устройство, главная часть аппаратного обеспечения компьютера. – Прим. ред.


[Закрыть]) для того, чтобы верифицировать, сохранять и обеспечивать безопасность транзакций в блокчейне.

Можно определить этот механизм как своего рода «победитель получает все» – это означает, что при каждой сделке тысячи майнеров запускают вычисления, но только один находит решение, которое делает ее действительной.

Таким образом, чтобы быть утвержденным и зарегистрированным в сети, каждый блок должен быть результатом машинного и алгоритмического консенсуса, и этот процесс называется proof of work (PoW), или подтверждение выполнения работы. Для сведения: сложность меняется каждые 2016 блоков.

Сеть пытается назначить сложность таким образом, чтобы всемирной вычислительной мощности требовалось ровно 14 дней, чтобы сгенерировать 2016 блоков. Поэтому сложность растет вместе с мощностью сети.

Майнинг – это протокол (алгоритм[23]23
  Хеш-алгоритмы SHA-256 и RIPEMD-160. Двойной хеш SHA-256 используется для получения хеш-блоков и, следовательно, proof of work, в то время как SHA-256 с последующим RIPEMD-160 используется для создания биткойн-адресов.


[Закрыть]) распределенного и децентрализованного консенсуса, заключающийся в дешифровке данных или математических вычислений (именно поэтому и говорят о криптовалюте или криптодевизах, так как для того, чтобы их произвести, необходимо пройти процесс дешифровки).

В этот момент нашей демонстрации важно уточнить, что майнеры участвуют не только в верификации транзакций.

На самом деле любой может запустить Bitcoin Core[24]24
  Bitcoin Core – это проект с открытым исходным кодом, который поддерживает и выпускает в свет программное обеспечение клиента биткойна, носящее название Bitcoin Core. Это прямой потомок оригинального клиентского программного обеспечения биткойн, созданного Сатоси Накамото после публикации знаменитой книги о биткойне.


[Закрыть] и проверить правильность всех операций. Это особенность протокола биткойн и его сильная сторона: дать возможность каждому убедиться, что все идет по правилам.

Проблема энергопотребления

Биткойн потребляет много энергии. Механизму консенсуса, proof of work (доказательству выполнения работы), который наиболее часто используется в существующих системах, для работы требуется очень много электроэнергии; самая важная сеть, биткойн, будет потреблять столько же электроэнергии, сколько, к примеру, потребляет Ирландия.

В течение нескольких лет целый ряд исследователей, а также журналисты и критики блокчейна биткойн, убежденные банковским лобби, заявляли, что майнинг биткойнов является безумной тратой энергии[25]25
  Автор ссылается на статью «Пропаганда биткойна». Ее оригинал находится по адресу http://www.scilogs.fr/complexites/plaidoyer-pour-le-bitcoin/. В ней собраны ложные сведения, опубликованные средствами массовой информации и банками в 2013 году о Bitcoin. – Прим. ред.


[Закрыть]. А что в действительности?

Анализ Пьера Нуаза

«Вычислительная мошность обшей сети составляет 500 миллиардов Mhash/s (Мегахеш/сек) (по состоянию на 28 ноября 2015 года). Эффективность оборудования для майнинга может быть оценена примерно в 2000 Мегахеш/день.

Потребляемая мошность сети биткойн в мире, таким образом, оценивается примерно в 250 Мегадж/сек – 250 Мегаватт, то есть эквивалент 100 тысяч домов в США. Для сравнения: в мире существует около 2 миллионов банкоматов, каждый из которых потребляет в среднем 200 ватт, а самые современные модели расходуют всего 70 Вт.

В конечном счете, только банкоматы [не считая сетей и центров обработки данных, к которым они подключены) потребляют 400 Мегаватт.

Если к тому же приплюсовать печать банкнот на бумаге высокого качества и их транспортировку в бронированных грузовиках, массовое принятие биткойна в качестве электронных наличных денег позволит уменьшить углеродный след платежных систем в три или четыре раза. При средней стоимости электроэнергии в США в 2015 году в районе 10 центов за киловатт-час мы получим стоимость 150 биткойнов, созданных за час, равную 25 тысячам долларов США, то есть стоимость "производства" одного биткойна равна 167 долларам [около 157 евро) – около половины рыночной иены биткойнов на ту же дату. Разница соответствует экономии в настоящем и будущем, связанной с биткойнами».