Криптовалюта

Цифровые деньги, созданные по определённым алгоритмам с применением криптографии (шифрования). Применение техники шифрования позволяет ей быть защищённой от мошенничества. У нее есть создатель (программист, написавший код), но нет владельца, который мог бы у всех всё отобрать, принудительно обесценить, или запретить к использованию.

Блокчейн (blockchain)

Дословный перевод с английского – цепочка блоков.

Представляет из себя реестр, состоящий из непрерывной последовательной цепочки блоков с информацией. Блокчейн Bitcoin представляет из себя базу данных, состоящую из всех когда-либо совершённых транзакций, находящуюся в свободном доступе.

Цепь выстроена по определённому алгоритму. Каждый новый блок связан с предыдущим, содержит в себе набор записей и добавляется всегда строго в конец цепочки. Копии цепочек хранятся параллельно и независимо друг от друга. Обрабатываются сразу на множестве компьютеров, что предотвращает возможный сбой или вмешательство в один из блоков.

Выглядит это примерно так:

Модель blockchain сети

Если попытаться изменить информацию в блоке на одном компьютере, то все остальные узлы, находящиеся внутри сети, подтвердят, что данная операция изменена, а значит недействительна, сеть отвергает эту цепочку, и операции происходят дальше.

Это никак не отразится на blockchain сети в целом. Любой пользователь имеет возможность свободного доступа к информации, используемой в ней, что делает распределенный реестр абсолютно прозрачным. В любой момент вы можете скачать к себе на компьютер весь blockchain и синхронизировать его в реальном времени, иметь актуальную информацию о всех транзакциях.

Несмотря на полную прозрачность, также сохраняется максимальная анонимность. Совершая перевод криптомонет с одного кошелька на другой, в реестре blockchain остаётся лишь информация о сумме отправленных монет, адреса кошельков отправителя и получателя, без какой-либо информации об участниках сделки.

Блок (Block)

Каждый блок цепочки содержит случайное число, которое является ответом на математическую задачу. Решение конкретно этой задачи происходит перебором случайных чисел множеством компьютеров, используемых «майнерами» это люди или организации у которых имеется оборудование и вычислительные мощности.

Когда задача решена и число совпадает, сеть подтверждает решение и блок присоединяется к цепочке. Это необходимо для того, чтобы исключить нахождение двух и более блоков одновременно. Теперь рассмотрим один из блоков подробнее, на рисунке ниже я показал схему его построения.

Упрощенная модель одного блока цепочки

Вся информация проходит шифрование, что бы злоумышленники не могли перехватить и заменить данные в блоке. Шифрование идет по специальным алгоритмам с использованием хэша.

Хэш

Процесс математического преобразования любой информации в буквенно – цифровую фразу. Например, хэшировать слово «KUKOIN» алгоритмом SHA-256, то получим следующее «18833da39fb9b7f8c917fe0220x8l4df8fb16e39f04dbe827e2d200». Этот процесс называется хэш-функция. Хеширование широко применяется в криптографии.

Чтобы визуально представить блок – включите свое воображение. Блок появляется благодаря майнерам, которые создают его, решив на своём оборудовании сложную задачу, выданную сетью. Когда самому удачливому из майнеров удаётся найти решение задачи, сеть подтверждает, что решение верно. Майнер в свою очередь получает награду в виде заданного количества криптовалюты как говорится за труды праведные.

Блок содержит в себе информацию, которая была передана вам в шифрованном виде от предыдущего блока. Перед тем, как предыдущий блок передал вам шифр, вы обменялись паролями как разведчики на задании, чтобы удостовериться, что перед вами действительный не мошеннический блок.

Современное сетевое оборудование

Теперь блок может начать записывать в себя транзакции, подтверждая их. Эти транзакции уже были проведены, но находились «вне закона», а как только появился новый блок в цепочке, они поместились внутри, тем самым став подтверждёнными.

Теперь наш воображаемый блок стал частью длинной цепочки и бережно хранит в себе данные, которые не могут быть изменены! Я намерено упустил технические тонкости, оставив лишь основную суть, чтобы сформировать чёткое представление, что такое блок.

Майнинг

Процесс добычи криптовалюты на всём, что в состоянии производить необходимые вычислительные операции. Для этой цели пригодны как специализированные устройства ASIC так и персональные компьютеры, ноутбуки. Соответственно человек котороый контролирует этот процесс называется майнером.

Почти все криптовалюты, в том числе и Bitcoin поддерживаются майнерами. Но есть так называемые «не добываемые монеты», например, монетка Ripple (XRP). Она не подтверждает свои транзакции майнингом, а рыночная цена актива зависит от ценности проекта, что является негативом для лиц, предпочитающих иметь дела только с «добываемыми» монетами.

Майнинговая ферма

Оборудование, предназначенное для майнинга криптовалюты. Фермы могут быть различными по размеру, виду и мощности. Обычный системный блок персонального компьютера, четыре видеокарты с блоком питания и огромный ангар со стеллажами ASIC – это всё фермы.

Производительность ферм разнится в зависимости от оснащения, но все они характеризуются высоким потреблением электроэнергии и большим тепловыделением, поэтому нуждаются в охлаждении. Устройства, на которых криптовалюта майнится в промышленных масштабах, размещаются в местах с дешёвым электричеством и холодным климатом с целью продления срока жизни оборудования.

Алгоритм консенсуса и протокол сети

В контексте криптовалют, алгоритмы консенсуса являются решающим элементом каждой blockchain сети, поскольку они отвечают за поддержание целостности и безопасности этих распределенных систем.

Алгоритм консенсуса – это механизм, с помощью которого сеть достигает консенсуса. Публичные (децентрализованные) blockchain цепочки построены как распределенные системы, и поскольку они не полагаются на центральный сервер, распределенные узлы должны согласовывать валидацию (подтверждение) транзакции между собой.

Именно здесь вступают в силу алгоритмы консенсуса. Они уверяют, что соблюдаются правила протокола, и гарантируют, что все транзакции происходят доверенным способом, и отсутствует возможность двойной траты монет. Очень часто путают понятие алгоритм консенсуса и протокол сети. Хочу внести немного ясности.

Эти термины используются взаимозаменяемо, но это не одно и то же. Проще говоря, мы можем охарактеризовать протокол как первичные правила blockchain сети, а алгоритм консенсуса – механизм, с помощью которого они будут выполняться.

Существует несколько типов алгоритмов консенсуса. Наиболее распространенными являются Proof of Work и Proof of Stake. У каждого есть свои преимущества и недостатки, при попытке добиться баланса безопасности, с функциональностью и масштабируемостью.

Например, алгоритмом консенсуса сети, является то, что определяет в ней валидацию транзакций и блоков. Таким образом, Bitcoin и Ethereum являются протоколами, а Proof of Work и Proof of Stake являются их алгоритмами консенсуса. Теперь разберемся поподробнее с ними…

Proof of Work (PoW) – первый алгоритм консенсуса, который был создан. Он используется Bitcoin и многими другими криптовалютами. Алгоритм Proof of Work является основой майнинг процесса.

Внешний вид майнеров

Майнинг PoW включает в себя бесчисленные попытки хеширования, поэтому чем больше вычислительная мощность, тем больше попыток в секунду. Другими словами, майнер с высоким хешрейтом имеет больше шансов найти правильное решение для следующего блока.

Алгоритм консенсуса PoW обьединяет майнеров, которые подтверждают новые блоки транзакций и добавляют его в blockchаin цепочку, далее распределенные узлы сети достигают консенсуса и соглашаются с тем, что хеш блока, предоставленный майнером, является подтвержденным.

Алгоритм консенсуса Proof of Stake (PoS) разработан в 2011 году в качестве альтернативы PoW. Хотя PoS и PoW имеют похожие цели, но имеют некоторые кардинальные различия. В нескольких словах, алгоритм консенсуса Proof of Stake заменяет технологию майнинга PoW механизмом, в котором блоки проверяются в соответствии с долей монет участников в сети.

Валидатор транзакций вносит свои монетки в blockchаin, и количеством этих монет определяется его вес в сообществе майнеров, а не количеством его вычислительной мощности. Каждая система PoS может реализовать алгоритм по-разному, но в целом цепочка блоков обеспечивается псевдослучайным процессом отбора, который учитывает баланс монет узла сети и возраст монеты (как долго монеты заблокированы или находятся в доле), наряду с фактором рандомизации.

Вышеперечисленные протоколы консенсуса отнюдь не все, которые применяются на сегодняшний день. Попадаются и довольно экзотичные, которые мы рассмотрим в следущей главе книги.

Генезис блок

Самый первый блок в цепочке blockchain. Точнее сказать это даже не первый, а нулевой блок. Любая криптовалюта начинает добываться с нулевого блока, то есть с генезис блока.

Нода

Любой компьютер, подключенный к сети blockchаin той или иной криптовалюты. Ноды децентрализованной сети контактируют посредством одно ранговой пиринговой сети для обмена информацией о блоках и транзакциях. Нода, в зависимости от ее типа, хранит только часть или все данные blockchain.

Полная нода – это компьютер, постоянно подключенный к сети blockchain и полностью синхронизированный с ней. Он хранит все данные распределенного реестра, начиная с генезис-блока.

Полные ноды не берут платы за обслуживание сети, загружают и валидируют (подтверждают) каждый блок с транзакциями, руководствуясь исключительно алгоритмом консенсуса и являются полностью независимыми. Полные ноды отфильтровывают противоречащие консенсусу блоки или отдельные транзакции.

Мастерноды – это специально настроенные полные ноды, разделяющие майнерам вознаграждение за обслуживание сети. Они с успехом используются для поддержания сети криптовалюты Dash. Так же они обеспечивают повышенную анонимность, поскольку информация о транзакциях не находится в общем доступе, а записывается только на мастернодах.

Сверхмощные серверные стойки с оборудованием

Подтверждение транзакции

Процедура, выполняемая автоматически сетью. При отправке монет некоторое количество произвольно выбранных компьютеров подтверждают подлинность транзакции, после получения нескольких подтверждений транзакция считается действительной и более никто никогда не сможет утверждать, что такой транзакции не было.

Транзакции в blockchаin сети сохраняются навечно в «открытой книге», называемой «public ledger». Все криптовалюты предоставляют приватность для пользователей, но данные о задействованных кошельках, суммах, датах платежей записываются в «открытой книге» и доступны к просмотру любым человеком, когда угодно. «Открытую книгу» можно в любой момент скачать к себе на компьютер и иметь под рукой записи о всех транзакциях в сети, когда-либо совершённых.