Основы Blockchain
Блокчейн — это распределенная база данных или реестр, который совместно используется узлами компьютерной сети. В качестве базы данных блокчейн хранит информацию в электронном виде в цифровом формате. Блокчейны наиболее известны своей решающей ролью в системах криптовалют, таких как Биткойн , для обеспечения безопасного и децентрализованного учета транзакций. Инновация блокчейна заключается в том, что он гарантирует точность и безопасность записи данных и создает доверие без необходимости в доверенной третьей стороне.
Одно из ключевых различий между типичной базой данных и блокчейном заключается в том, как структурированы данные. Блокчейн собирает информацию в группы, известные как блоки , которые содержат наборы информации. Блоки имеют определенную емкость для хранения и при заполнении закрываются и связываются с ранее заполненным блоком, образуя цепочку данных, известную как блокчейн. Вся новая информация, которая следует за этим только что добавленным блоком, компилируется во вновь сформированный блок, который затем также будет добавлен в цепочку после заполнения.
База данных обычно структурирует свои данные в таблицы, тогда как блокчейн, как следует из его названия, структурирует свои данные в куски (блоки), которые связаны друг с другом. Эта структура данных по своей сути создает необратимую временную шкалу данных при децентрализованной реализации. Когда блок заполнен, он закрепляется и становится частью этой временной шкалы. Каждому блоку в цепочке присваивается точная временная метка, когда он добавляется в цепочку.
Как работает блокчейн?
Цель блокчейна — позволить записывать и распространять цифровую информацию, но не редактировать ее. Таким образом, блокчейн является основой для неизменяемых регистров или записей транзакций, которые нельзя изменить, удалить или уничтожить. Вот почему блокчейны также известны как технология распределенного реестра (DLT).
Впервые предложенная в качестве исследовательского проекта в 1991 году, концепция блокчейна предшествовала своему первому широко распространенному применению: биткойну в 2009 году. С тех пор использование блокчейнов резко возросло благодаря созданию различных криптовалют , приложений децентрализованного финансирования (DeFi), невзаимозаменяемые токены (NFT) и смарт-контракты.
Ключевые выводы.
- Блокчейн — это тип общей базы данных, которая отличается от обычной базы данных способом хранения информации; блокчейны хранят данные в блоках, которые затем связываются друг с другом с помощью криптографии.
- По мере поступления новых данных они вводятся в новый блок. Как только блок заполнен данными, он присоединяется к предыдущему блоку, в результате чего данные объединяются в цепочку в хронологическом порядке.
- В блокчейне могут храниться различные типы информации, но наиболее распространенным до сих пор было использование в качестве реестра транзакций.
- В случае Биткойна блокчейн используется децентрализованно, так что ни один человек или группа не имеют контроля — скорее, все пользователи коллективно сохраняют контроль.
- Децентрализованные блокчейны неизменны, что означает, что введенные данные необратимы. Для Биткойна это означает, что транзакции постоянно записываются и доступны для просмотра всем.
Что такое механизм консенсуса?
Механизм консенсуса — это отказоустойчивый механизм, который используется в компьютерных и блокчейн - системах для достижения необходимого соглашения по одному значению данных или одному состоянию сети среди распределенных процессов или многоагентных систем, например, с криптовалютами . Это полезно, в том числе, для ведения записей.
В биткойн - блокчейне, например, механизм консенсуса известен как Proof-of-Work (PoW), который требует применения вычислительной мощности для решения сложной, но произвольной головоломки, чтобы сохранить честность всех узлов в сети.
Объяснение механизма консенсуса.
В любой централизованной системе, такой как база данных, содержащая ключевую информацию о водительских правах в стране, центральный администратор имеет право поддерживать и обновлять базу данных. Задача внесения любых обновлений, таких как добавление/удаление/обновление имен людей, имеющих право на получение определенных лицензий, выполняется центральным органом, который остается единственным, кто отвечает за ведение подлинной документации.
Публичные блокчейны, которые работают как децентрализованные, саморегулирующиеся системы, работают в глобальном масштабе без какой-либо единой власти. В них участвуют сотни тысяч участников, которые работают над проверкой и аутентификацией транзакций, происходящих в блокчейне, а также над майнингом блоков .
В таком динамично меняющемся статусе блокчейна эти общедоступные реестры нуждаются в эффективном, честном, работающем в режиме реального времени, функциональном, надежном и безопасном механизме, чтобы гарантировать, что все транзакции, происходящие в сети, являются подлинными, и все участники согласны с консенсусом. о состоянии реестра. Эта важнейшая задача выполняется механизмом консенсуса, который представляет собой набор правил, определяющих легитимность вкладов, сделанных различными участниками (то есть узлами или транзакциями) блокчейна.
Механизмы консенсуса блокчейна.
Существуют различные виды алгоритмов механизма консенсуса, каждый из которых работает на разных принципах.
Доказательство работы (PoW) — это общий алгоритм консенсуса, используемый самыми популярными криптовалютными сетями, такими как биткойн и лайткойн . Он требует, чтобы узел-участник доказал, что проделанная и представленная им работа дает ему право на получение права добавлять новые транзакции в блокчейн. Однако весь этот механизм майнинга биткойнов требует высокого энергопотребления и более длительного времени обработки.
Доказательство доли (PoS) — это еще один распространенный алгоритм консенсуса, который развился как недорогая альтернатива алгоритму PoW с низким энергопотреблением. Он включает в себя распределение ответственности за ведение публичной книги на узле-участнике пропорционально количеству токенов виртуальной валюты, которыми он владеет. Однако у этого есть недостаток, заключающийся в том, что он стимулирует накопление криптовалюты, а не ее трату.
В то время как PoW и PoS на сегодняшний день являются наиболее распространенными в пространстве блокчейнов, существуют и другие алгоритмы консенсуса, такие как Proof of Capacity (PoC), которые позволяют совместно использовать пространство памяти участвующих узлов в сети блокчейна. Чем больше памяти или места на жестком диске имеет узел, тем больше прав ему предоставляется для ведения публичного реестра. Доказательство активности (PoA), используемое в блокчейне Decred , представляет собой гибрид, в котором используются аспекты как PoW, так и PoS. Доказательство сжигания (PoB) — это еще одно требование, которое требует от транзакций отправки небольшого количества криптовалюты на недоступные адреса кошельков, фактически «сжигая» их с лица земли.
Другой, называемый Proof of History (PoH), разработанный проектом Solana Project и аналогичный Proof of Elapsed Time (PoET), криптографически кодирует само течение времени для достижения консенсуса без затрат большого количества ресурсов.
Ключевые выводы.
- Механизм консенсуса относится к любому количеству методологий, используемых для достижения согласия, доверия и безопасности в децентрализованной компьютерной сети.
- В контексте блокчейнов и криптовалют доказательство работы (PoW) и доказательство доли (PoS) являются двумя наиболее распространенными механизмами консенсуса.
- Критики биткойн-майнеров утверждают, что PoW является чрезмерно энергоемким, что привело к созданию новых и более эффективных механизмов.
Proof-of-Stake и Proof-of-Work.
Proof-of-work и Proof-of-Stake — это механизмы консенсуса или алгоритмы, которые позволяют блокчейнам работать безопасно. Эти механизмы консенсуса обеспечивают безопасность блокчейнов, позволяя только настоящим пользователям добавлять новые транзакции.
Они работают, заставляя потенциальных участников доказывать, что они выделили какой-то ресурс, например, деньги или энергию, для блокчейна. Эта функция помогает отфильтровать тех, кто может быть ненастоящим или привязанным к сети. Основное различие между proof-of-work и proof-of-stake заключается в том, как они выбирают, кто может добавлять транзакции в цепочку.
Краткие факты:
- Proof-of-work и Proof-of-Stake — это алгоритмы, также известные как механизмы консенсуса, которые помогают блокчейнам синхронизировать данные и оставаться в безопасности.
- Эти алгоритмы определяют, какой узел (компьютер) в сети может добавить следующий блок транзакций в цепочку.
- Оба механизма доказали свою эффективность в обслуживании блокчейнов, хотя каждый из них имеет свои недостатки.
Что такое доказательство работы?
Proof-of-work — это система, в которой компьютеры соревнуются друг с другом, чтобы первыми решить сложные головоломки.
Этот процесс обычно называют добычей полезных ископаемых, потому что энергия и ресурсы, необходимые для решения головоломки, часто считаются цифровым эквивалентом реального процесса добычи драгоценных металлов из земли.
В книге Натаниэля Поппера «Цифровое золото» используется аналогия для описания доказательства работы в системе Биткойн:
«Относительно легко умножить 2 903 и 3 571 с помощью листа бумаги и карандаша, но гораздо сложнее понять, какие два числа можно перемножить, чтобы получить 10 366 613».
Используя эту аналогию, мы можем представить, что майнер в сети Биткойн должен выяснить, какие два числа можно умножить, чтобы получить 10 366 613, угадывая комбинации чисел, пока не найдет правильный ответ. Как только компьютер определяет, что 2 903 можно умножить на 3 571, чтобы получить 10 366 613, компьютер представляет решение другим компьютерам в сети, которые могут легко проверить, что 2 903 и 3 571 на самом деле равны 10 366 613 при умножении.
Когда майнер решает эту «головоломку» раньше других майнеров, ему разрешается создать новый блок (группу транзакций) и передать его в сеть узлов, которые затем будут индивидуально проводить аудит существующей книги и нового блока. Если все проверяется, новый блок «привязывается» к предыдущему блоку, создавая хронологическую цепочку транзакций. Затем майнер вознаграждается биткойнами за предоставление своих ресурсов (энергии).
Что такое доказательство доли?
В системе proof-of-stake валидаторы (эквивалент майнеров) выбираются для поиска блока на основе количества имеющихся у них токенов, а не произвольного соревнования между майнерами, определяющего, какой узел может добавить блок. .
В этой системе сумма «ставки» или количество криптовалюты, которой владеет пользователь, заменяет работу, которую майнеры выполняют при доказательстве работы. Эта структура ставок защищает сеть, потому что потенциальный участник должен купить криптовалюту и удерживать ее, чтобы быть выбранным для формирования блока и получения вознаграждения.
Участники должны тратить деньги и выделять финансовые ресурсы для сети, подобно тому, как майнеры должны расходовать электроэнергию в системе проверки работоспособности. Те, кто потратил деньги на монеты, чтобы заработать эти награды, кровно заинтересованы в дальнейшем успехе сети.
Proof-of-stake предотвращает атаки и подделку монет с помощью практически того же механизма, что и Proof-of-Work. Вместо того, чтобы контролировать 51% хешрейта майнинга и узлов, как в случае с доказательством работы, злоумышленникам системы доказательства доли владения необходимо будет удерживать не менее 51% предложения монеты и контролировать не менее 51% сети. узлы.