Блокчейн

Блокчейн — это способ вести общую базу данных, которую одновременно хранят и проверяют множество независимых участников. Записи в ней группируются в блоки, а блоки выстраиваются в цепочку — отсюда и название: block + chain, «цепочка блоков». Главная особенность блокчейна в том, что для доверия к записям не нужен центральный администратор: правила проверки одинаковы для всех и заложены в программу.

Простая аналогия

Представьте тетрадь учёта, копия которой есть у каждого участника группы. Когда кто-то делает запись, остальные проверяют её по общим правилам и дописывают в свои тетради. Если один человек попробует тайно исправить старую строчку в своей копии, это сразу будет видно: его тетрадь перестанет совпадать с тетрадями всех остальных.

Блокчейн работает похожим образом, только вместо тетрадей — компьютеры, называемые узлами (нодами), а вместо ручной проверки — криптография и математика.

Из чего состоит блок

Каждый блок содержит несколько важных частей:

Список транзакций — например, переводы монет между адресами.
Метка времени — примерное время создания блока.
Хеш предыдущего блока — своего рода «отпечаток» блока, который был перед ним.
Служебные данные, нужные для механизма консенсуса.

Хеш — это результат работы специальной математической функции. Она превращает любые данные в строку фиксированной длины. Если изменить в исходных данных хотя бы один символ, хеш станет совершенно другим. Предсказать заранее, каким он получится, практически невозможно.

Почему историю сложно изменить

Поскольку каждый блок хранит хеш предыдущего, все блоки оказываются связаны между собой. Если кто-то изменит транзакцию в старом блоке, изменится хеш этого блока. Тогда следующий блок будет ссылаться на «неправильный» хеш, и связь в цепочке нарушится. Чтобы подделка выглядела правдоподобно, пришлось бы пересчитать все последующие блоки — и сделать это быстрее, чем остальная сеть добавляет новые.

В крупных сетях это требует огромных ресурсов, поэтому записи, которые уже глубоко «закопаны» в цепочке, считаются практически неизменяемыми.

Как сеть договаривается

У тысяч независимых участников должна быть одна и та же версия истории. Правила, по которым они приходят к согласию, называют механизмом консенсуса. Самые известные из них:

Proof of Work — «доказательство работы». Участники, называемые майнерами, выполняют сложные вычисления, и право добавить блок получает тот, кто первым найдёт подходящее решение. Так устроен биткоин.
Proof of Stake — «доказательство доли». Блоки создают и подтверждают валидаторы, которые блокируют в сети собственные монеты в качестве залога. За нечестное поведение они могут потерять часть залога. На этот механизм перешёл Ethereum.

Оба подхода решают одну задачу: сделать так, чтобы обман обходился дороже честной работы.

Публичные и частные блокчейны

Публичные (биткоин, Ethereum и многие другие) открыты для всех: любой может запустить узел, отправить транзакцию и посмотреть историю.
Частные или корпоративные блокчейны доступны только ограниченному кругу участников, которых допускает организация-владелец. Они ближе к обычным базам данных с дополнительными гарантиями учёта.

Когда говорят о криптовалютах, обычно имеют в виду именно публичные блокчейны.

Что ещё можно делать на блокчейне

Первым применением блокчейна стали цифровые деньги. Позже появились сети, в которых можно запускать смарт-контракты — программы, которые выполняются автоматически по заранее заданным правилам. На них построены децентрализованные финансы (DeFi), NFT, стейблкоины и многие другие сервисы.

Ограничения

У блокчейна есть и слабые стороны:

Скорость и пропускная способность. Публичные сети обрабатывают меньше операций, чем централизованные платёжные системы. Для решения этой проблемы создаются решения второго уровня (L2).
Комиссии. Когда сеть загружена, стоимость транзакций может заметно расти.
Необратимость. Ошибочную транзакцию обычно невозможно отменить.
Публичность. Все операции видны всем, что не всегда удобно с точки зрения приватности.
Блокчейн не проверяет правдивость данных. Он гарантирует, что запись не изменили, но не то, что исходная информация была верной.

Коротко

Блокчейн — общая база данных, которую ведут и проверяют многие независимые участники.
Блоки связаны через хеши, поэтому изменить старые записи крайне сложно.
Согласие в сети достигается с помощью механизма консенсуса — например, Proof of Work или Proof of Stake.
На блокчейнах работают не только криптовалюты, но и смарт-контракты.