Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

ОАО «Российские железные дороги»

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПУБЛИЧНОЙ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ СЕТИ НА ПРИМЕРЕ БЛОКЧЕЙНА БИТКОИН

Аннотация

В данной статье определено понятие блокчейна, его ключевые качества и особенности. Подробно рассмотрена структура блока в блокчейне Биткоин, а также процесс создания новых блоков и подтверждения транзакций майнерами сети. В заключении сформулированы основные достоинства и недостатки открытых блокчейнов, возможность их использования в сфере логистики.

Ключевые слова: логистика, транзитные перевозки, доверие, экономика, банки, блокчейн, децентрализация, биткоин, криптовалюта, прозрачность.

Блокчейн – распределенный цифровой реестр, используемый для хранения и передачи данных. Технология блокчейн была изобретена анонимной личностью, известной под псевдонимом Сатоши Накамото в 2008 году. В настоящий момент существует два вида блокчейна: финансовый, позволяющий проводить валютные транзакции между участниками сети, и нефинансовый, используемый для передачи различных активов и документации. Основным платёжным средством в системе блокчейн является криптовалюта, которую можно охарактеризовать как цифровую денежную единицу, не имеющую в отличие от фиатных[1] валют физического выражения, эмиссия[2] которой не контролируется государством. Криптовалюта создаётся при помощи математических вычислений, основанных на криптографических методах.

Блокчейн обладает рядом ключевых качеств, среди которых можно выделить следующие особенности:

1) децентрализация;

В существующей технологии отсутствует единая централизованная база данных (рис.1). Вместо этого, компьютер каждого пользователя сам является сервером, обладающим полной историей всех проведённых транзакций и обеспечивающим бесперебойную работу сети блокчейн.

Рис.1 – Централизованная и децентрализованная структура сети

2) прозрачность (информация о всех транзакциях хранится в открытом доступе и может быть проверена);

3) неизменность (любые данные, занесённые в систему блокчейн, не могут быть изменены);

4) надежность (для записи новых транзакций необходим консенсус пользователей системы, мотивированных финансовым вознаграждением, что способствует фильтрации некорректных операций и подтверждению только валидных транзакций);

5) неограниченность (записывать данные и проводить транзакции можно практически бесконечно, система не имеет границ);

6) высокая доступность (блокчейн не прекращает свою работу в случае отключения отдельных узлов сети);

7) защита от цензуры (ни один из участников системы не имеет возможности ограничивать содержимое или отключать всю систему).

Блокчейн можно изобразить в виде цепочки блоков, неразрывно связанной между собой правилами криптографии, где каждый блок содержит в себе информацию о проведённых транзакциях (рис.2).

Рис.2 – Цепь блоков в блокчейне

Для наиболее наглядного представления структуры блока, целесообразно провести аналогию с бумажной книгой (рис.3). К базовым свойствам книг следует отнести три характерных для них особенности:

1) хранение информации (книги хранят содержимое на своих страницах);

2) упорядоченность (предложения на страницах и сами страницы расположены в определённом порядке);

3) связанность (страницы физически объединены с помощью переплёта и логически связаны содержанием и нумерацией).

Рис.3 – Схематическое изображение структуры страниц книги

Таким образом, в случае отсутствия одной или нескольких страниц книги, конечным пользователем будет обнаружено нарушение логической взаимосвязи документа. В данной технологии роль книги выполняет блокчейн, а его страниц - блоки. Каждый блок имеет состоит из элементов, представленных на рисунке 4. К основным элементам, дающим представление о работе блокчейна следует отнести:

Рис.4 – Структура блока в блокчейне Биткоин

1) Хэш текущего блока (аналог номера страницы в бумажной книге);

Для создания неповторяющихся числовых ссылок в технологии блокчейн применяются криптографические хэш-значения. Простыми словами, хэширование – процесс преобразования входной информации в зашифрованный код фиксированной длины (рис.5).

Зашифрование

Привет!

b2b11afc89e6a4635f13e1fe404909ee873b2aa9b4d62ce414d327d39fef258e

Расшифрование

Рис.5 – Схематическое изображение процесса хэширования

При помощи эллиптической криптографии и функции SHA-256 входные данные (в нашем случае, например, «страница 1») проходят процедуру шифрования и преобразуются в выходное значение определенной длины[3] (табл.1).

Табл.1 – пример шифрования данных при помощи функции SHA-256

Текст	Хэш-значение
Страница 1	9bc9c42cc79a0ce2648a033819119bff4d799c3855f6e2a47ba570ceacbd3f64
Страница 2	a541a4fbbe6aed715411a7eff8b01138d0fb181022536720cb245ec1851928fe

Следует отметить, что функция хэширования чувствительна к регистру символов, наличию пробелов и др. знаков, полностью перестраивая выходную модель при малейшем изменении входных данных.

2) Информация о проведённых транзакциях (аналог содержимого страницы);

Каждый блок содержит произведённые в системе блокчейн транзакции. С целью уменьшения объёма веса сети блокчейн, было принято решение о содержании в заголовке блока не самих транзакций, а лишь хэш-ссылки на них, что привело к уменьшению объёма сети со 150 гигабайт до 40 мегабайт, позволив пользователям хранить полную историю транзакций даже на мобильных устройствах. Определение хэш-ссылки происходит по принципу «дерева Меркла», после построения которого в заголовок блока выносится результирующий хэш, называемый «корень Меркла» и являющийся криптографическим доказательством целостности блока (рис.6).

Рис.6 – Графическое представление «дерева Меркла» при наличии 4-х транзакций в блоке[4]

3) Хэш предыдущего блока;

Блоки в технологии блокчейн взаимосвязаны между собой функцией шифрования. При попытке замены любого значения случайного подтверждённого блока (например, суммы транзакции или наименования получателя) все последующие блоки становятся недействительными в результате мгновенной корректировки хэш-значения изменённого блока, разрыва связи с следующим блоком и уничтожением всей последующей цепи. Данная технология защищает участников сети от попытки злоумышленников корректировать данные транзакций с целью получения собственной выгоды.

4) Нонс;

Для формулирования термина «нонс», необходимо в первую очередь определить, каким образом происходит процесс подтверждения транзакций.

В системе блокчейн существует три типа участников:

· Пользователи, производящие и принимающие платежи, а также выплачивающие майнерам небольшую комиссию за проверку действительности их транзакций (комиссия может быть нулевой);

· Полные ноды, обеспечивающие всех участников одинаковой информацией (для поддержания децентрализации сети);

· Майнеры, проверяющие и подтверждающие транзакции пользователей посредством консенсуса.

Майнеры наблюдают за транслируемыми транзакциями и добавляют их в свой пул. Из-за большого количества неподтверждённых транзакций и ограниченного размера блока, майнеры вынуждены отбирать наиболее приоритетные из них, в первую очередь ориентируясь на размер предлагаемой пользователем комиссии за добавление в блок. Как только транзакции собраны, компьютерные мощности всех майнеров автоматически начинают выполнение сложнейших математических задач с целью определения хэша нового блока. Весь процесс можно сравнить со сборкой пазла. Прежде всего производится проверка валидности каждой транзакции блока на предмет наличия у отправителей указанных к переводу средств, после чего с корректными транзакциями формируется «дерево Меркла» и выполняется просчёт всех хэш-функций блока, определяя таким образом необходимый «корень Меркла». Последней деталью математических вычислений является процесс поиска нонса – случайного числа, заданного системой. В связи с вопросами безопасности, блокчейн автоматически задаёт сложность криптографической задачи поиска хэша таким образом, чтобы среднее время его определения составляло 10 минут.[5] Например, система может установить следующее условие: хэш-функция нового блока должна начинаться с трёх нулей подряд. В зависимости от установленной сложности количество нулей в начале функции может варьироваться в разные стороны. Таким образом, последним шагом к получению хэш-значения нового блока становится определения нонса, при котором хэш блока будет соответствовать заданному системой условию. Процесс поиска нонса не имеет математического алгоритма, поэтому выполняется перебором значений[6]. Майнер, чьи компьютерные мощности первыми обнаружат указанный нонс и определят хэш-функцию нового блока, автоматически рассылает полученный ответ всем узлам сети с целью подтверждения выполненной работы. Данный алгоритм консенсуса получил название Proof-of-Work[7]. За проделанную работу майнер награждается фиксированным количеством криптовалюты, а также комиссией, установленной участниками добавленных транзакций. Новый блок присоединяется к существующей цепи блокчейна, а майнеры переходят к созданию следующего блока.

Процесс принятия единого решения (о валидности транзакции и выполненной майнером работы), в результате которого создаётся новый блок в сети, лежит в основе технологии блокчейн и называется консенсусом.

Именно благодаря консенсусу, блокчейн сумел решить проблему «двойной траты»[8], тем самым открывая новые возможности для развития свободной цифровой экономики в современном мире.

Подводя итоги, следует отметить высокий потенциал технологии блокчейн в сфере логистики за счёт переноса функций посредника на надёжные математические и криптографические алгоритмы, обеспечивающие справедливое выполнение условий сделки. Прозрачность технологии создаёт благоприятные условия для организации различных бизнес-процессов минуя посредников и, тем самым, сокращая как финансовые, так и доверительные издержки существующей системы, а высокая надёжность и безопасность системы[9] могут стать ключевыми факторами при использовании технологии распределённого реестра в секторе финансовых услуг. Однако открытые блокчейны имеют ряд ограничений, не позволяющих государственным и частным компаниям использовать технологию в своей профессиональной деятельности. Большинство предприятий не готовы раскрывать конфиденциальную информацию перед конкурентами, тем самым игнорируя основной принцип открытого блокчейна - полную прозрачность. В таком случае следует обратить внимание на приватные, или частные блокчейны. Несмотря на ограниченную открытость, приватный блокчейн обеспечивает полную прозрачность процессов для участников закрытой системы. Все важные функции доступны ограниченному кругу лиц, а права на запись и чтение записанной информации заранее определены, что позволяет предприятиям использовать технологию блокчейн, не разглашая корпоративные данные.

В настоящий момент наблюдается тенденция к цифровизации мировой экономики, и блокчейн – ключевое звено грядущих изменений.

Библиографический список:

1. О криптовалюте просто. Биткоин, эфириум, блокчейн, децентрализация, майнинг, ICO & Co. – СПб.: Питер, 2019 г. – 256 с.: ил. – (Серия «IT для бизнеса»)

2. Технология блокчейн: то, что движет финансовой революцией сегодня / Дон Тапскотт, Алекс Тапскотт ; [пер. с англ. К. Шашковой, Е. Ряхиной]. – Москва : Эксмо, 2018. – 448 с. – (Top Economics Awards)

3. Дрешер Д. Основы блокчейна: вводный курс для начинающих в 25 небольших главах / пер. с англ.. А.В. Снастина. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 312 с.: ил.

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Russian Railways»

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 147; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!