Блокчейн

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Версія від 18:35, 24 вересня 2018, створена 93.74.89.204 (обговорення) (категоризація)
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Блок транзакцій.svg

Блокчейн, тобто ланцюжок блоків транзакцій (англ. Blockchain, Block chain[1] від block — блок, chain — ланцюг) — розподілена база даних, яка підтримує перелік записів, так званих блоків, що постійно зростає.[2][3] База захищена від підробки та переробки.[2] Кожен блок містить часову мітку та посилання на попередній блок хеш дерева.[4]:6[5]

Така розподілена база даних закладена в основу криптовалюти Bitcoin (вона була описана 2008 і реалізована 2009 року), де слугує бухгалтерською книгою для всіх операцій.[2] Таку базу називають Блокчейн.

У квітні 2017 року в ЗМІ з'явилася інформація, що Україна планує перевести державні дані у блокчейн.[6]

Історія

Кількість транзакцій біткоіна по днях (Січень 2009 — Вересень 2017)

Перша робота над криптографічно захищеним ланцюгом блоків була описана в 1991 році Стюартом Хабером (англ. Stuart Haber) та У. Скоттом Сторнеттою (англ. W. Scott Stornetta).[7][3] Вони хотіли запровадити систему, у якій неможливо змінити часові позначки документів або відновлювати їх. У 1992 році Байєр, Хабер і Сторнетта включили до проекту дерево Меркла, що покращило ефективність, дозволяючи включати в один блок декілька документів.[3][8]

Концепція першого блокчейну була розроблена людиною (або групою людей), відомою як Сатоші Накамото в 2008 році. В наступному році він реалізував систему, як основний компонент криптовалюти Bitcoin, де він служить книгою обліку для всіх транзакцій в мережі.[2] Завдяки використанню блокчейну, Bitcoin став першою цифровою валютою для вирішення проблеми подвійних витрат[en], не вимагаючи перевірених повноважень та був натхненником багатьох інших застосувань.[9]

У серпні 2014 р. розмір Bitcoin блокчейн файлу, що містить записи про всі операції, що відбулися в мережі, досяг 20 Гб (гігабайт).[10] У січні 2015 року розмір виріс до майже 30 Гб, а з січня 2016 року по січень 2017 року Bitcoin блокчейн виріс з 50 ГБ до 100 ГБ.[11]

Слова «блок» і «ланцюг» використовувались окремо в оригінальній роботі Сатоші Накамото, але потім, з 2016 року, вони стали використовуватися як одне слово — блокчейн. Термін блокчейн 2.0 відноситься до нових застосувань розподіленої блокчейн бази даних, яка вперше з'явилась в 2014 році.[12] The Economist описав одну з реалізацій цього блокчейну другого покоління як «мову програмування, яка дозволяє користувачам писати більш складні та витончені контракти, створюючи, таким чином, рахунки-фактури, які сплачують себе при доставці товару або поділяють сертифікати, які автоматично направляють їхнім власникам дивіденди, якщо прибуток досягає певного рівня». Очікується, що вони дозволять людям інтегруватись у світову економіку, захистити конфіденційність учасників, дозволяти людям «монетизувати свою власну інформацію» та забезпечити можливість забезпечити творцям компенсацію за їхню інтелектуальну власність. Технологія блокчейн другого покоління дозволяє зберігати «стійкий цифровий ідентифікатор та особу» індивідуума та надає просунутий шлях вирішення проблеми соціальної нерівності шляхом «потенційної зміни способів розподілу багатства».

У травні 2018 року Gartner виявив, що лише 1 % ІТ-директорів в своїх організаціях вказують будь-який тип прийняття блокчейнів, а лише 8 % ІТ-директорів в короткостроковій перспективі «планували або розглядають активне експериментування з блокчейном».[13]

Блок транзакцій

Блок транзакцій — спеціальна структура для запису групи транзакцій в системі Біткоїн та аналогічних їй[14].

Щоб транзакція вважалася достовірною («підтвердженою»), її формат і підписи повинні перевірити і потім групу транзакцій записати в спеціальну структуру — блок. Інформацію в блоках можна швидко перевірити. Кожен блок завжди містить інформацію про попередній блок. Усі блоки можна вибудувати в один ланцюжок, який містить інформацію про всі вчинені коли-небудь операції з біткоїнами. Перший блок в ланцюжку — первинний блок (англ. genesis block) — розглядається як окремий випадок, оскільки в нього відсутній материнський блок[15].

Блок складається із заголовка та списку транзакцій. Заголовок блоку включає в себе свій хеш, хеш попереднього блоку, хеші транзакцій та додаткову службову інформацію. Першою транзакцією в блоці завжди вказується отримання комісії, яка стане нагородою користувачеві за створений блок[14].

Далі йдуть всі або деякі з останніх транзакцій, які ще не були записані в попередні блоки. Для транзакцій в блоці використовується деревоподібне хешування[16], аналогічне формуванню хеш-суми файлу в протоколі BitTorrent. Транзакції, крім нарахування комісії за створення блоку, містять всередині атрибута input посилання на транзакцію, за якою на цей рахунок були отримані біткоїни. Комісійні операції можуть містити в атрибуті будь-яку інформацію (для них це поле носить назву англ. Coinbase parameter), оскільки у них немає батьківських транзакцій.

Створений блок буде прийнятий іншими користувачами, якщо числове значення хешу заголовка менше або дорівнює певному числу, величина якого періодично коригується. Оскільки результат хешування (функції SHA-256) необоротний, немає алгоритму отримання бажаного результату, окрім випадкового перебору. Якщо хеш не задовольняє умову, то довільно змінюється блок службової інформації в заголовку, і хеш перераховується. Зазвичай потрібна велика кількість перерахунків. Коли варіант знайдено, вузол розсилає отриманий блок іншим підключеним вузлам, які перевіряють блок. Якщо помилок немає, то блок вважається доданим в ланцюжок, і наступний блок повинен включити в себе його хеш[14].

Величина цільового числа, з яким порівнюється хеш, коригується через кожні 2016 блоків. Заплановано, що вся мережа буде витрачати на генерацію одного блоку приблизно 10 хвилин, на 2016 блоків — близько двох тижнів. Якщо 2016 блоків сформовані швидше, то мета трохи зменшується і досягти її стає важче, в іншому випадку мета збільшується. Зміна складності обчислень не впливає на надійність мережі Біткоїн і потрібна лише для того, щоб система генерувала блоки майже з постійною швидкістю, що не залежить від потужності мережі[17].

Ланцюжок блоків

Основна послідовність блоків (чорні) є найдовшою від початкового (зелений) до поточного. Побічні гілки (фіолетові) відсікаються.

Блоки одночасно формуються безліччю «майнерів». Блоки, які задовольняють критерії, відправляються в мережу, включаючись у розподілену базу блоків. Регулярно виникають ситуації, коли кілька нових блоків в різних частинах розподіленої мережі називають попереднім один і той же блок, тобто ланцюжок блоків може розгалужуватися. Спеціально чи випадково можна обмежити ретрансляцію інформації про нові блоки (наприклад, один з ланцюжків може розвиватися в рамках локальної мережі). У цьому випадку можливе паралельне нарощування різних гілок.

У кожному з нових блоків можуть траплятися як однакові транзакції, так і різні, що входять тільки в один з них. Коли ретрансляція блоків поновлюється, майнери починають вважати головним ланцюжок з урахуванням рівня складності хешу і довжини ланцюжка. При рівності складності і довжини перевага віддається тому ланцюжку, кінцевий блок якого з'явився раніше. Транзакції, що увійшли тільки у відхилену гілку (в тому числі з виплати винагороди), втрачають статус підтверджених.

Якщо це операції з передачі біткоїнів, то вона буде поставлена в чергу і потім включена в черговий блок. Транзакції отримання винагороди за створення відсічених блоків не дублюються в іншій гілці, тобто «зайві» біткоїни, виплачені за формування відсічених блоків, не отримують подальших підтверджень і «втрачаються»[16].

Розподілена база даних Blockchain формується як безперервно зростаючий ланцюжок блоків з записами про всі транзакції. Копія бази даних або її частини одночасно зберігаються на безлічі комп'ютерів та синхронізуються відповідно до формальних правил побудови ланцюжка блоків. Інформація в блоках не шифрована і доступна у відкритому вигляді, однак захищена від змін криптографічно через хеш-ланцюжок[18].

Найчастіше умисна зміна інформації в будь-якій з копій бази або навіть в досить великій кількості копій не буде визнана істинною, оскільки не відповідатиме правилам. Деякі зміни можуть бути прийняті, якщо будуть внесені в усі копії бази (наприклад, видалення кількох останніх блоків через помилку в їхньому формуванні).

До версії 0.8.0 для зберігання ланцюжка блоків основний клієнт використовував Berkeley DB, починаючи з версії 0.8.0 розробники перейшли на LevelDB[en][19].

Підтвердження транзакцій

Поки транзакція не включена в блок, система вважає, що кількість біткоїнів за якоюсь адресою залишається незмінною. У цей час є технічна можливість оформити кілька різних транзакцій для передачі з однієї адреси одних і тих же біткоїнів різним одержувачам[20]. Але як тільки одна з подібних транзакцій буде включена в блок, то інші транзакції з цими ж біткоїнами система вже буде ігнорувати.

Наприклад, якщо в блок буде включена більш пізня транзакція, то більш рання буде вважатися помилковою. Є невелика ймовірність, що при розгалуженні дві подібні транзакції потраплять в блоки різних гілок. Кожна з них буде вважатися правильною, лише при відмиранні гілки одна з транзакцій стане вважатися помилковою. При цьому не буде мати значення час здійснення операції.

Отож попадання транзакції в блок є підтвердженням її достовірності незалежно від наявності інших транзакцій з тими ж біткоїнами. Кожен новий блок вважається додатковим підтвердженням транзакцій з попередніх блоків. Якщо в ланцюжку три блоки, то транзакції з останнього блоку будуть підтверджені один раз, а поміщені в перший блок будуть мати три підтвердження. Досить дочекатися декількох підтверджень, щоб звести ймовірність скасування транзакції до мінімуму.

Для зменшення впливу таких ситуацій на мережу існують обмеження на розпорядження щойно отриманими біткоїнами. Згідно сервісу blockchain.info до травня 2015 року максимальна довжина відкинутих ланцюжків була 5 блоків[21]. Необхідне число підтверджень для розблокування отриманого залежить від програми-клієнта або від вказівок приймаючої сторони. Клієнт «Bitcoin-qt» для відправлення не потребує наявності підтверджень, однак у більшості одержувачів за замовчуванням виставлено вимогу 6 підтверджень, тобто реально скористатися отриманим зазвичай можна через годину. Різні онлайн-сервіси часто встановлюють свій поріг підтверджень.

Біткоїни, отримані за створення блоку, протокол дозволяє використовувати після 100 підтверджень[22], але стандартна програма-клієнт показує комісію через 120 підтверджень, тобто зазвичай скористатися комісією можна приблизно через 20 годин після її нарахування.

«Подвійне витрачання»

Якщо контролювати понад 50 % сумарної обчислювальної потужності мережі, то існує теоретична можливість при будь-якому порозі підтверджень одні і ті ж біткоїни передати два рази різним одержувачам[23] — одна з транзакцій буде публічною і буде підтверджуватися в загальному порядку, а друга не буде афішуватися, її підтвердження відбуватиметься блоками прихованої паралельної гілки. Лише через деякий час мережа отримає відомості про другу транзакцію, вона стане підтвердженою, а перша втратить підтвердження і буде ігноруватися. В результаті не відбудеться подвоєння біткоїнів[24], але зміниться їхній поточний власник, при цьому перший отримувач втратить біткоїни без будь-яких компенсацій.

Відкритість ланцюжка блоків дає змогу внести зміни в довільний блок. Але тоді стане потрібним перерахунок хешу не лише зміненого блоку, а й усіх наступних. Фактично, для такої операції буде потрібна потужність не менша за ту, яка була використана для створення зміненого і наступних блоків (тобто всієї поточної потужності), що робить таку можливість вкрай малоймовірною.

Подвійне витрачання біткоїнів на практиці ніколи не було зафіксовано. На травень 2015 року паралельні ланцюжки ніколи не перевищували 5 блоків.[21]

Складність

За вимогу до хешів блоків відповідає спеціальний параметр, званий «складність».

Оскільки обчислювальні потужності мережі непостійні, цей параметр перераховується клієнтами мережі через кожні 2016 блоків таким чином, щоб підтримувати середню швидкість формування розподіленої БД на рівні 2016 блоків за два тижні. Таким чином 1 блок повинен створюватися приблизно раз на десять хвилин. На практиці, коли обчислювальна потужність мережі зростає — відповідні часові проміжки коротші, а коли знижується — довші[25].

Перерахунок складності з прив'язкою до часу можливий завдяки наявності в заголовках блоків часу їх створення. Він записаний в Unix-форматі і взятий за системним годинником автора блоку (якщо блок створений у пулі, то за системним годинником сервера цього пулу)[26].

Використання

В 2016 році Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) було створено комітет для напрацювання міжнародного стандарту з технологій блокчейн[27].

Україна

В 2017 році технологія блокчейн була використана для оновленої системи електронних торгів конфіскованим майном СЕТАМ. У жовтні 2017 року із використанням блокчейн було реалізовано оновлену версію інформаційної системи державного земельного кадастру[28].

Примітки

  1. Satoshi, 2008, с. 2-3
  2. а б в г Economist Staff (2015-10-31). Blockchains: The great chain of being sure about things. The Economist. Процитовано 18 June 2016. «[Subtitle] The technology behind bitcoin lets people who do not know or trust each other build a dependable ledger. This has implications far beyond the crypto currency.» 
  3. а б в Narayanan, Arvind; Bonneau, Joseph; Felten, Edward; Miller, Andrew; Goldfeder, Steven (2016). Bitcoin and cryptocurrency technologies: a comprehensive introduction. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-17169-2. 
  4. Blockchain. Investopedia. Процитовано 19 March 2016. «Based on the Bitcoin protocol, the blockchain database is shared by all nodes participating in a system.» 
  5. «Merkle trees are a fundamental part of what makes blockchains tick.», blog.ethereum.org/2015
  6. Ukraine launches big blockchain deal with tech firm Bitfury, 14 квітня 2017
  7. Haber, Stuart; Stornetta, W. Scott (January 1991). How to time-stamp a digital document. Journal of Cryptology 3 (2): 99–111. doi:10.1007/bf00196791. Процитовано 4 July 2017. 
  8. Bayer, Dave; Haber, Stuart; Stornetta, W. Scott (March 1992). Improving the Efficiency and Reliability of Digital Time-Stamping. Sequences 2: 329–334. doi:10.1007/978-1-4613-9323-8_24. Процитовано 4 July 2017. 
  9. Nakamoto, Satoshi (October 2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. bitcoin.org. Архів оригіналу за 20 March 2014. Процитовано 28 April 2014. 
  10. Nian, Lam Pak; Chuen, David LEE Kuo (2015). A Light Touch of Regulation for Virtual Currencies. У Chuen, David LEE Kuo. Handbook of Digital Currency: Bitcoin, Innovation, Financial Instruments, and Big Data. Academic Press. с. 319. ISBN 978-0-12-802351-8. 
  11. Blockchain Size. Blockchain. Blockchain Luxembourg S.A. Архів оригіналу за 2017-03-03. 
  12. Bheemaiah, Kariappa (January 2015). Block Chain 2.0: The Renaissance of Money. Wired. Архів оригіналу за 14 November 2016. Процитовано 13 November 2016. 
  13. Hype Killer - Only 1% of Companies Are Using Blockchain, Gartner Reports | Artificial Lawyer. Artificial Lawyer (en-GB). 2018-05-04. Процитовано 2018-05-22. 
  14. а б в Satoshi, 2008, с. 3
  15. Genesis Block, Block 0 (en). Процитовано 2015-12-21. 
  16. а б Satoshi, 2008, с. 4
  17. Finding 2016 Blocks (en). Процитовано 2015-12-21. 
  18. Satoshi, 2008, с. 5
  19. Релиз Bitcoin 0.8.0 - OpenSource - Новости. Архів оригіналу за 2013-03-13. Процитовано 2013-02-22. 
  20. Bitcoin is under attack (en). Процитовано 2015-12-21. 
  21. а б Число брошенных блоков (en). Процитовано 2015-12-21. 
  22. Bitcoin Developer Examples (en). Процитовано 2015-12-21. 
  23. Статья о вероятности Double Spending атаки (en). Архів оригіналу за 2013-05-21. 
  24. Satoshi, 2008, с. 6-8
  25. Графики изменения сложности сети Bitcoin (en). Процитовано 2015-12-21. 
  26. Bitcoin hash (en). Процитовано 2015-12-21. 
  27. Paul Rosenzweig (August 19, 2017). Blockchain Standards. Lawfare. 
  28. Державний земельний кадастр перейшов на технологію Blockchain. Міністерство аграрної політики та продовольства України. 03.10.2017. 

Література

Див. також

Посилання