Текст книги "Новые финансы: блокчейн, DeFi, Web3 и криптовалюты"

Публичные и частные блокчейны: примеры использования и различия

Технология блокчейн развилась в две основные категории: публичные и частные блокчейны. Каждый тип имеет свои уникальные особенности, преимущества и сценарии использования. Понимание различий между публичными и частными блокчейнами поможет вам определить, какой тип наиболее подходит для ваших нужд.

Публичный блокчейн – это открытая децентрализованная сеть, в которой может участвовать любой желающий без ограничений. Пользователи могут просматривать, записывать и проводить аудит транзакций в блокчейне. Публичные блокчейны защищены с помощью механизмов консенсуса, таких как PoW или PoS, которые поощряют честное участие, предлагая вознаграждение тем, кто вносит вклад в безопасность сети.

Ключевые особенности публичных блокчейнов:

• открытость и общедоступность – любой человек может присоединиться к сети и участвовать в ней без какого-либо разрешения;

• децентрализованность – ни один центральный орган не контролирует сеть, а решения принимаются на основе консенсуса;

• прозрачность – транзакции видны всем участникам сети, что обеспечивает подотчетность и доверие;

• неизменность – после добавления данных в блокчейн их практически невозможно изменить или удалить, что обеспечивает надежную и защищенную от взлома запись транзакций;

• безопасность – механизмы консенсуса, криптография и экономические стимулы помогают защитить сеть от злоумышленников.

К публичным блокчейнам можно отнести Биткоин, а также Ethereum, Litecoin.

Варианты использования публичных блокчейнов:

• цифровые валюты;

• децентрализованные приложения (DApps);

• децентрализованное финансирование (DeFi);

• управление цепочками поставок;

• системы голосования.

Частная сеть блокчейн – это эксклюзивная централизованная сеть, где доступ и участие предоставлены избранной группе пользователей, как правило, организации или консорциуму. Частные блокчейны предлагают преимущества технологии блокчейн, такие как неизменность и прозрачность, сохраняя при этом контроль над сетью и ее участниками.

Ключевые особенности частных блокчейнов:

• ограниченный доступ – участие в сети ограничено авторизованными пользователями, что обеспечивает больший контроль и конфиденциальность;

• централизованность – одна организация или группа организаций управляет сетью и ее правилами;

• повышенная конфиденциальность – транзакции видны только авторизованным участникам, что обеспечивает конфиденциальность данных;

• масштабируемость – благодаря своей контролируемой природе частные блокчейны могут обрабатывать бо́льшие объемы транзакций, а также быстрее, чем публичные блокчейны;

• настраиваемость – управляющая организация (организации) может адаптировать правила и функциональные возможности блокчейна к своим конкретным требованиям.

Примерами частных блокчейнов могут служить Hyperledger Fabric, R3 Corda, Quorum.

Варианты использования частных блокчейнов:

• планирование ресурсов предприятия (ERP);

• межбанковские операции и расчеты;

• управление цепочками поставок;

• управление идентификацией;

• медицинская документация.

Следует отметить, что выбор между публичными и частными блокчейнами зависит от требований и целей конкретного проекта или организации. Публичные блокчейны обеспечивают децентрализацию, открытость и прозрачность, что делает их идеальными для приложений, требующих широкого участия и доверия. С другой стороны, частные блокчейны обеспечивают контролируемый доступ, конфиденциальность и настраиваемость, что подходит для организаций, которым необходимо защитить конфиденциальные данные и обеспечить больший контроль над своей сетью.

Распределенные банки данных и механизмы консенсуса

Доказательство работы (PoW)

Proof of Work (PoW) – это изначальный механизм консенсуса, используемый в первом блокчейне, Биткоине и некоторых других криптовалютах. Он играет важную роль в поддержании безопасности, децентрализации и надежности сети блокчейн. В этом разделе мы обсудим принципы, лежащие в основе PoW, и его последствия для криптовалютных систем.

Как уже говорилось ранее, в блокчейне на основе PoW майнеры соревнуются в решении сложных математических задач, используя свои вычислительные мощности. Первый майнер, нашедший правильное решение (также известное как nonce), получает право создать новый блок транзакций и добавить его в существующий блокчейн. После добавления нового блока другие майнеры подтверждают правильность решения и процесс повторяется для следующего блока.

В качестве компенсации за участие в процессе PoW и обеспечении безопасности сети майнеры получают вознаграждение в виде вновь добытой криптовалюты (известной как вознаграждение за блок) и комиссии за транзакции. Со временем вознаграждение за блок, как правило, уменьшается, что может привести к увеличению зависимости от комиссии за транзакции для стимулирования майнеров.

Механизм консенсуса PoW обеспечивает безопасность сети блокчейн, делая захват контроля злоумышленником дорогим и трудоемким. Чтобы изменить блокчейн или провести атаку с двойным расходованием средств, нарушителю потребуется контролировать более 50 % всей вычислительной мощности сети, что крайне маловероятно и нецелесообразно в достаточно большой и децентрализованной сети.

Одним из основных критических замечаний в адрес PoW является высокое энергопотребление. Процесс майнинга требует значительных энергозатрат, что приводит к беспокойству по поводу воздействия на окружающую среду и экологичность. Это побудило разработать альтернативные механизмы консенсуса, такие как PoS, которые направлены на достижение безопасности сети при меньшем потреблении энергии.

Хотя PoW призван способствовать децентрализации, высокая стоимость оборудования для майнинга и электроэнергии может привести к концентрации майнинговых мощностей в руках нескольких крупных игроков. Такая централизация может подорвать безопасность и надежность сети. Однако введение майнинговых пулов, в которых майнеры объединяют свои вычислительные мощности для более эффективной добычи и распределения вознаграждения, несколько снизило этот риск.

Доказательство доли (PoS)

Proof of Stake (PoS) – это альтернативный механизм консенсуса, возникший как ответ на проблемы энергопотребления и централизации, связанные с PoW. Вместо того чтобы полагаться на вычислительную мощность для обеспечения безопасности сети, PoS использует право собственности на криптовалюту в качестве основы для подтверждения транзакций и создания новых блоков. В этом разделе мы обсудим принципы PoS и его последствия для систем блокчейн.

В блокчейне на основе PoS валидаторы выбираются для создания новых блоков и подтверждения транзакций на основе залога определенного количества криптовалюты, которой они владеют. Чем больше у пользователя криптовалюты и чем больше он готов «заблокировать», тем выше вероятность того, что его выберут в качестве валидатора. Данный процесс мотивирует пользователей поддерживать и защищать сеть, поскольку они заинтересованы в ее стабильности и ценности. За участие в обеспечении безопасности сети валидаторы получают вознаграждение в виде новой криптовалюты и комиссии за транзакции. Получаемая сумма пропорциональна количеству криптовалюты, поставленной на кон. Такая система поощряет пользователей поддерживать и увеличивать свою долю в сети, что способствует дальнейшему укреплению безопасности и децентрализации.

PoS делает экономически невозможным для злоумышленника получить контроль над сетью. Для успешного проведения атаки злоумышленнику необходимо владеть большей частью криптовалюты, поставленной на кон, что непомерно дорого и, скорее всего, приведет к резкому падению стоимости криптовалюты, делая атаку непродуктивной.

С точки зрения заботы об окружающей среде основным преимуществом PoS по сравнению с PoW является более низкое энергопотребление. Поскольку механизм консенсуса не зависит от вычислительной мощности для обеспечения безопасности сети, блокчейн на основе PoS может работать со значительно меньшим потреблением энергии, что делает его более благоприятным и экологичным.

Хотя PoS помогает устранить риски централизации, присущие PoW, он создает новые проблемы, связанные с концентрацией богатства. В системе PoS пользователи с большими ставками имеют более высокую вероятность стать валидатором, что может привести к сосредоточению власти в руках нескольких богатых участников. Чтобы снизить этот риск, многие системы PoS применяют дополнительные меры, такие как рандомизация (случайная выборка) или штрафы за плохое поведение, для обеспечения более справедливого распределения шансов на статус валидатора.

Делегированное доказательство доли (DPoS)

Delegated Proof of Stake (DPoS) – это вариация традиционного механизма консенсуса PoS, в которой используется модель репрезентативной демократии для повышения эффективности и масштабируемости. Позволяя держателям токенов делегировать свое право голоса небольшой группе доверенных лиц (валидаторов), DPoS стремится найти баланс между децентрализацией, безопасностью и производительностью. В данном разделе мы обсудим принципы DPoS и его последствия для систем блокчейн.

В блокчейне на основе DPoS пользователи предоставляют свое право голоса ограниченному числу валидаторов, часто называемых свидетелями или делегатами, которые отвечают за проверку транзакций и создание новых блоков. Эти валидаторы выбираются на основе их репутации, технических возможностей и количества голосов, которые они получают от пользователей. Чем больше у валидатора голосов, тем выше вероятность того, что он будет выбран для подтверждения блока. Пользователи в системе DPoS активно участвуют в управлении сетью, голосуя за предпочитаемых валидаторов. Данный процесс позволяет держателям токенов влиять на направление развития сети, а также стимулирует валидаторов действовать в интересах сообщества, чтобы сохранить свое положение и получить будущее вознаграждение в виде новой криптовалюты и комиссии за транзакции. В некоторых случаях валидаторы могут делиться частью своего вознаграждения с пользователями, которые делегировали им право голоса, что дополнительно побуждает последних участвовать в процессе управления.

DPoS обеспечивает безопасность сети, делая экономически невыгодными злонамеренные действия со стороны валидаторов. Валидаторы, уличенные в нечестности или халатности, могут быть исключены пользователями, потеряв при этом свою должность и соответствующее вознаграждение. Такая система создает сильное препятствие для злонамеренного поведения и стимулирует валидаторов поддерживать целостность сети.

Одним из основных преимуществ DPoS является его способность масштабироваться и обрабатывать большое количество транзакций более эффективно, чем традиционные механизмы PoS или PoW. Полагаясь на меньший набор валидаторов, DPoS может достигать большей скорости обработки блока и более высокой пропускной способности транзакций, что делает его подходящим выбором для блокчейна с высокими требованиями к производительности.

Хотя DPoS и решает некоторые проблемы PoW и PoS, он не лишен своих недостатков, связанных с централизацией. Концентрируя власть в руках ограниченного числа валидаторов, DPoS потенциально может сделать сеть более восприимчивой к сговору или коррупции. Для минимизации этих угроз в некоторых системах DPoS применяются такие меры, как ротация валидаторов, корректировка веса голосов или введение штрафов за злонамеренное поведение.

Практическая византийская отказоустойчивость (PBFT)

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) – это алгоритм консенсуса, разработанный для решения задачи византийских генералов в распределенных системах, которая связана с проблемой достижения консенсуса в сети, несмотря на наличие неисправных или злонамеренных узлов. PBFT является алгоритмом на основе лидера, который подчеркивает эффективность и отказоустойчивость, что делает его подходящим для эксклюзивных и консорциумных блокчейн-сетей. В этом разделе мы обсудим принципы PBFT и его значение для систем блокчейн.

В блокчейне на основе PBFT узлы по очереди выполняют роль лидера или основного узла, ответственного за предложение новых блоков и координацию процесса консенсуса. Другие узлы, называемые репликами, проверяют транзакции, создают новые блоки и голосуют за достоверность предложенных блоков. Блок считается действительным и добавляется в блокчейн, если он получил большинство голосов (обычно две трети или более) реплик.

Система на основе PBFT разработана таким образом, что допускает определенное количество византийских (вредоносных) узлов в сети. Пока количество подобных узлов не превышает заранее определенного порога (обычно одна треть от общего числа узлов), система может достичь консенсуса и сохранить свою целостность.

PBFT-система более энергоэффективна, чем системы на основе PoW, поскольку не требует интенсивного майнинга. Кроме того, PBFT может быстрее создавать новый блок и достигать более высокой пропускной способности транзакций, чем PoW или PoS, благодаря своей детерминированной природе и сниженным коммуникационным накладным расходам. Это делает PBFT отличным решением для блокчейнов с правом доступа и консорциумов, для которых эффективность и производительность являются приоритетными.

PBFT обеспечивает безопасность сети, полагаясь на сверхбольшинство узлов для достижения консенсуса. Для того чтобы успешно атаковать сеть на основе PBFT, злоумышленник должен контролировать более трети узлов, что в целом считается маловероятным в хорошо распределенной сети. Однако безопасность PBFT сильно зависит от первоначального выбора узлов и надежности базовой сетевой инфраструктуры.

Хотя PBFT предлагает ряд преимуществ, у нее также есть некоторые ограничения. Во-первых, PBFT лучше всего подходит для частных блокчейнов и консорциумов, поскольку его зависимость от известного набора узлов может привести к усилению централизации в сетях, не требующих разрешения. Во-вторых, производительность алгоритма склонна к снижению по мере увеличения числа узлов, что делает его менее масштабируемым, чем, например, DPoS. Наконец, PBFT может быть более уязвим для атак вида «Сивилла» (Sybil) в средах, не требующих прав доступа, поскольку злоумышленник потенциально способен создать несколько вредоносных узлов и получить контроль над сетью.

В заключение можно сказать, что практическая византийская отказоустойчивость – это эффективный и стойкий к сбоям алгоритм консенсуса, который хорошо подходит для частных и консорциумных блокчейн-сетей. Хотя PBFT устраняет некоторые недостатки PoW и PoS, он создает новые проблемы, связанные с масштабируемостью и централизацией.

Направленный ациклический граф

Направленный ациклический граф (Directed Acyclic Graph, DAG) – это уникальная структура данных и альтернатива традиционной архитектуре блокчейна, призванная устранить некоторые ограничения масштабируемости и производительности традиционных блокчейнов. Вместо того чтобы полагаться на линейную цепочку блоков, система на основе DAG организует транзакции в графоподобную систему, что позволяет увеличить пропускную способность и параллельную обработку транзакций. В этом разделе мы обсудим принципы DAG и его последствия для технологии распределенных реестров.

Направленный ациклический граф состоит из узлов (транзакций), соединенных направленными ребрами (подтверждениями транзакций), которые образуют древовидную структуру. Каждая транзакция подтверждает одну или несколько предыдущих транзакций, гарантируя, что граф остается ациклическим, то есть не имеет петель или циклов. Эта уникальная структура позволяет добавлять и подтверждать транзакции параллельно, увеличивая общую пропускную способность и эффективность системы.

Системы на основе DAG применяют различные механизмы консенсуса для обеспечения безопасности и целостности сети. Некоторые популярные криптовалюты на основе DAG, например IOTA, используют модифицированную версию PoW под названием The Tangle, а другие, такие как Nano, – DPoS. Эти механизмы консенсуса направлены на достижение децентрализации, безопасности и энергоэффективности; при этом они используют преимущества масштабируемости, присущие структуре DAG.

Одним из главных преимуществ систем на основе DAG является их способность масштабироваться и обрабатывать большое количество транзакций более эффективно, чем традиционные блокчейн-системы. Благодаря параллельной обработке транзакций и отсутствию необходимости в подтверждении блоков сети на основе DAG способны обеспечить повышенную пропускную способность транзакций и ускорить время их подтверждения.

В системах на базе DAG часто используются облегченные механизмы консенсуса, которые требуют меньше вычислительной мощности, чем традиционный майнинг в PoW. Это делает криптовалюты на основе DAG более энергоэффективными и экологичными, чем их аналоги на блокчейне, устраняя одно из основных критических замечаний в адрес сетей типа PoW, таких как Биткоин.

Хотя системы на архитектуре DAG могут предложить повышенную масштабируемость и производительность, они также влекут за собой проблемы безопасности. Отсутствие линейной структуры блокчейна усложняет определение «длиннейшей» или «тяжелейшей» цепи, что может привести к потенциальным атакам с двойным расходованием. Для решения данных проблем применяются различные меры безопасности, такие как узлы контрольной проверки, весовые коэффициенты транзакций и алгоритмы консенсуса, чтобы обеспечить целостность и надежность сети.

Криптовалюты и распределенные реестры на основе DAG имеют потенциал для поддержки широкого спектра приложений, особенно в сфере интернета вещей (IoT) и микроплатежей. Способность быстро и с минимальными комиссиями обрабатывать транзакции делает DAG привлекательным вариантом для использования в случаях, требующих высокой пропускной способности и низкой задержки, таких как обмен данными в режиме реального времени, управление цепочками поставок и децентрализованное хранение данных.

Смарт-контракты: автоматизация и децентрализация

Впервые появившись в Ethereum, смарт-контракты стали основополагающим компонентом многих блокчейн-платформ, способствуя созданию широкого спектра децентрализованных приложений (DApps) и сценариев использования.

Так что же из себя представляют смарт-контракты? Это цифровые контракты, которые используют технологию блокчейн для обеспечения их выполнения, соблюдения и проверки без участия посредников. Они состоят из строк кода, определяющих правила и условия контракта, которые автоматически выполняются при достижении заданных условий. Смарт-контракты могут использоваться для различных целей: передачи цифровых активов, автоматизации бизнес-процессов и управления децентрализованными приложениями.

Смарт-контракты обладают рядом ключевых преимуществ по сравнению с традиционными контрактами.

• Бездоверительное исполнение. Умные контракты автоматически реализуются сетью блокчейн, что устраняет необходимость в третьих сторонах для обеспечения исполнения или проверки условий контракта. Это минимизирует вероятность мошенничества, споров и человеческих ошибок, а также снижает затраты, связанные с традиционным исполнением контрактов.

• Прозрачность. Условия смарт-контракта записываются в блокчейн, что делает их прозрачными, защищенными от взлома и доступными для всех участников. Это гарантирует, что все стороны четко понимают условия контракта и могут легко проверить его исполнение.

• Скорость и эффективность. Смарт-контракты выполняются автоматически сетью блокчейн, что способствует значительному сокращению времени и ресурсов, необходимых для создания, исполнения и управления контрактами. Такое повышение эффективности помогает оптимизировать бизнес-процессы и повысить общую производительность.

• Программируемость. Смарт-контракты обладают высокой степенью настраиваемости и могут быть запрограммированы на выполнение сложной логики и условий, что открывает широкие возможности для их применения.

Смарт-контракты способны произвести революцию в различных отраслях, автоматизируя процессы и устраняя необходимость в посредниках. Вот некоторые популярные примеры их использования.

• Децентрализованные финансы (DeFi). Смарт-контракты являются основой многих приложений DeFi, обеспечивая децентрализованное кредитование, займы и торговлю цифровыми активами без необходимости взаимодействовать с традиционными финансовыми учреждениями.

• Управление цепочками поставок. Смарт-контракты могут использоваться для отслеживания и проверки движения товаров и материалов по всей цепочке поставок, повышая прозрачность, эффективность и прослеживаемость.

• Страхование. Смарт-контракты позволяют автоматизировать процесс обработки страховых претензий, сокращая административные расходы и повышая скорость и точность урегулирования претензий.

• Цифровая идентификация. Смарт-контракты могут помочь в создании безопасных децентрализованных решений для цифровой идентификации, которые защищают конфиденциальность пользователей и дают им контроль над своими личными данными.

Хотя смарт-контракты предлагают множество преимуществ, они также сталкиваются с рядом проблем и ограничений в области безопасности, масштабируемости и регулирования.

• Безопасность. Смарт-контракты надежны лишь настолько, насколько надежен код, на котором они построены, что делает их уязвимыми к ошибкам, взломам и другим рискам безопасности. Обеспечение безопасности смарт-контрактов требует тщательного тестирования, аудита и применения лучших практик безопасного программирования.

• Масштабируемость. Масштабируемость платформ смарт-контрактов может быть ограничивающим фактором, поскольку они испытывают трудности при обработке больших объемов транзакций и сложных вычислений. Текущие исследования и разработки в области блокчейна направлены на решение этих проблем масштабируемости.

• Правовые рамки. Правовой статус и возможность принудительного исполнения смарт-контрактов в зависимости от юрисдикции различны, при этом многие страны все еще работают над созданием нормативно-правовой базы для решения уникальных проблем, связанных с этой технологией.