Специалисты в области кибербезопасности и криптографии считают, что технологию хранения данных и зарегистрированные системы, основанные на технологии блокчейн (на которой основан биткоин), невозможно декодировать и взломать. Дополнительные преимущества включают более низкую стоимость его использования по сравнению с центральными системами и большую безопасность, а также устойчивость к вмешательству со стороны иностранных служб или организованных международных хакерских групп. Конечно, блокчейн не равен блокчейну, поэтому целевые решения (их стоимость или безопасность) зависят от конкретного выбора. Например, частные блокчейны не обязательно должны быть очень безопасными только потому, что они являются блокчейнами.

Представление технологии блокчейн имеет решающую ценность в контексте изучения криптовалют. Чтобы понять феномен биткоина, стоит возвратиться в 2008 год и взглянуть на экономическую ситуацию. В мире начался финансовый кризис. Доверие людей к финансовым учреждениям было подорвано. Ответом на этот вопрос, а также на неизбежность поиска нового безопасного способа связи между ИТ-системами стал проект системы биткоин, опубликованный Сатоши Накамото в октябре 2008 года.

Саму идею блокчейна понять нетрудно. Помимо всех программных и математических вопросов, блокчейн — это книга расчетов, охватывающая список транзакций, совершенных в данной криптовалюте — если это предусмотрено в данной цепочке блоков, а также систему транзакций одновременно. Как выглядит данная технология на примере ее самого популярного приложения — биткоина?

Блокчейн биткоинов начинается с записи о том, что владелец данного публичного адреса (по аналогии: номер учетной записи) создал первые 50 биткоинов (так называемый блок генезиса). Каждая последующая запись начинается с генерации следующего транша и размещения по определенному адресу. В блоки, помимо записей, касающихся вновь созданных биткоинов, также включены транзакции, касающиеся уже существующих цифровых «монет» 28. Блоки, то есть последующие главы книги под названием блокчейн, имеют ограниченную емкость. В случае с биткоином размер блока пока составляет 1 мегабайт. Из-за того, что блоки имеют ограниченный размер, если потребность в транзакциях превышает технические возможности системы, то некоторые транзакции, выполненные в заданный период, остаются в очереди, ожидая добавления при следующей возможности. Обычно критерием добавления транзакции в блок является размер комиссии за транзакцию, также выраженный в биткоинах. Чем он выше, тем больше вероятность того, что данная транзакция будет добавлена в цепочку блоков в следующем блоке.

Транзакции добавляются компьютерами, принадлежащими членам сообщества биткоинов, называемым «майнерами». Эти люди задействуют вычислительную мощность своего оборудования (бывшие обычные компьютеры, а затем специализированные устройства, разработанные специально для этой цели) получают «вознаграждение» в виде новых биткоинов и взимаемые комиссии за транзакции. Каждый майнер, который копирует только криптовалюту, должен хранить на своем компьютере такую же копию блокчейна (то есть бухгалтерскую книгу), однако в большинстве случаев майнеры объединяются в так называемую пулы (кооперативы), и тогда не требуется, чтобы каждый майнер в отдельности имел копию всей базы данных блокчейна на своем компьютере.

Блокчейн биткоинов содержит записи транзакций для каждой выпущенной биткоин-монеты с момента ее создания до настоящего времени. Биткоин разделен на 100000000 единиц, известных как сатоши. Блокчейн содержит записи о каждой передаче каждой единицы данной криптовалюты. В результате размер блокчейна постоянно растет. Размер блокчейна биткоинов в настоящее время составляет 166 гигабайт, а размер второго по величине блокчейна с точки зрения капитализации валюты - Ethereum - 140 гигабайт. Публичные цепочки блоков открыты для общественности, и для поиска в этой базе данных используются бесплатные исследователи цепочек блоков. Самые популярные — для биткоина — www.blockchain.info, а для Ethereum — www.etherscan.io.

Общедоступный блокчейн, как правило (но не всегда), обладает тем свойством, что все записи в нем доступны для проверки кем угодно, и каждый сетевой узел сохраняет полную информацию обо всех прошлых записях в этой базе данных. Таким образом, любая попытка подделки могла быть быстро выявлена.

Большинство публичных блокчейнов прозрачны. Это означает, что все адреса, используемые для транзакции, и все транзакции являются общедоступными. Для некоторых это недостаток — отсюда и созданные блокчейны, скрывающие транзакции. Биткоин (и многие другие криптовалюты) - это псевдонимная система, потому что, с одной стороны, она обеспечивает прозрачность транзакций, а с другой — не позволяет ассоциировать ее с конкретным человеком. Однако в настоящее время транзакции на основе биткоинов не являются на 100% анонимными, и существуют методы для успешного отслеживания конкретного человека. Методы, используемые для отслеживания транзакций с биткоинами, включают методы отслеживания файлов cookie и эвристический анализ.

Стоит отметить, что механизм криптографической авторегуляции встроен в блокчейн биткоинов. Он заключается в том, что, несмотря на изменения мощности вычислительного оборудования, задействованного в защите сети и авторизации транзакций в ней, каждый последующий блок транзакций создается в среднем каждые 10 минут. Этот интервал также помогает регулировать поставку новых биткоинов в сеть и предотвращает слишком частое разветвление цепочки. В блокчейне litecoin новый блок транзакции создается в среднем за 2,5 минуты, а в Ethereum долгое время он составлял всего 14 секунд.

Описанные выше особенности технологии блокчейн представляют собой лишь базовую информацию, которая облегчает общее понимание этой проблемы.

Проблема византийских генералов

Изложение задачи византийских генералов часто помогает читателям понять трудности, которые пришлось преодолеть Сатоши Накамото. Ему удалось решить проблему, которая многие годы была проблемой для ИТ-специалистов. Речь шла не столько о создании криптовалюты, сколько об обеспечении безотказной связи между ИТ-организациями, не доверяющими друг другу, и ее защите от подделки.

Аналогия, с которой часто начинается представление логики функционирования блокчейна и криптовалют, — это представление осады замка, в которой участвуют несколько независимых войск, каждое под командованием одного генерала. Из-за расстояния между отдельными подразделениями коммуникация на командном уровне не происходит мгновенно. Единственный способ захватить замок — атаковать одновременно. Если кто-то нарушит правила одновременной атаки, защитники замка выиграют.

С двумя генералами, казалось бы, общение должно быть простым. Генерал А отправляет сообщение о дате атаки. Генерал Б получает его. Однако генерал А не может быть уверен. Поэтому он просит подтверждения получения сообщения. Поэтому генерал B отправляет это подтверждение, но он не знает, дошло ли оно до адресата и каково его содержание — посланник мог быть потерян в пути, сообщение могло быть перехвачено противником и заменено другим сообщением. Следовательно, он должен дождаться, пока генерал А отправит ему соответствующее сообщение, прежде чем принимать решение о нападении. Однако, получив его, он все еще не может быть уверен, что это не подделка. Кроме того, генерал A должен быть уверен, что B получил свое подтверждение, потому что, если он нападет на себя, его армия будет побеждена. И так далее.

Ситуация усложняется, когда генералов больше двух (для троих эта проблема неразрешима), а также когда есть риск, что среди них окажется предатель. Чтобы составить представление о масштабах проблемы, можно представить, что необходимо согласовывать друг с другом не несколько десятков, а несколько тысяч человек, которых никто не знает и которым не нужно доверять, и многие из них могут просто захотеть обмануть других. Это была проблема, с которой столкнулся Сатоши Накамото, и ему удалось ее решить.

Решение заключалось в том, что каждый из генералов (а в более широком смысле — каждый человек, разрешающий транзакции в цепочке блоков) получает сообщения от других. Он собирает их в заранее определенное время (как напоминание в биткоинах — каждые 10 минут), а затем подтверждает их, отправляя информацию другим, прикрепляя исходные сообщения, которые он получил. Затем все также отправляют сообщения друг другу — также в режиме таймшера. Они сравнивают их и, если где-то видят несоответствие, могут не учитывать эту информацию. После нескольких таких итераций (подтверждений) высока вероятность (в случае обычных шести подтверждений в биткоинах — почти наверняка), что генералы выяснят, что правда. Система может быть подделана, если более 50% генералов оказались предателями или если более 50% из них должны были следовать чьим-то инструкциям (следовательно, в блокчейне, будь то официант или глава центрального банка — он имеет те же права, и, следовательно, система безопасно). Следовательно, в блокчейне важно, чтобы не было доминирующего объекта над другими, например, майнинг не был достаточно централизованным, чтобы иметь возможность проводить так называемые 51% атаки, и что ни одна компания не может контролировать блокчейн — как это происходит в так называемой частные блокчейны (потому что тогда решение этой компании могло изменить содержимое базы данных).

Блокчейн — это технология распределенного реестра, но она заслуживает доверия только в том случае, если децентрализация хорошо спроектирована, то есть: когда это происходит среди разработчиков программного обеспечения (разработчиков) и подразделений, занимающихся авторизацией транзакций (майнеры), а также когда нет центральной точки отказа.

Консенсус

Целью людей, участвующих в подтверждении транзакций, является достижение консенсуса в отношении того, какие транзакции являются правильными и которые в конечном итоге должны быть добавлены в регистры в системе блокчейн. Уходя с поля битвы и переходя к финансовым приложениям, технология блокчейн делает невозможным тратить больше средств, чем у вас есть, включая так называемые удачно их удвоить. Любые попытки сфальсифицировать положение дел или исказить общение будут обнаружены другими. Транзакции могут быть фальсифицированы, если кто-то сможет заменить более 50% баз данных блокчейнов по всему миру. При хорошо спроектированном (то есть правильно распределенном) блокчейне это невозможно. Об этом свидетельствует тот факт, что биткоин работает безупречно и непрерывно более 10 лет. Через блокчейн биткоинов уже прошли транзакции на сотни миллиардов долларов. И ни одна часть из них не была подделана или потеряна. ИТ-технологии, и бухгалтерская система несовершенны, поэтому возникают ситуации, когда баланс средств неверный. Есть абсолютная уверенность в состоянии взаиморасчетов, поскольку в их подтверждении участвует «третья сторона». Обычно такая деятельность осуществляется расчетной палатой, которой вы доверяете, или посредством аудита. В блокчейне нет единого центрального учреждения, которое было бы доверенной третьей стороной — оно рассредоточено и заменено «майнерами».

Чтобы это произошло, необходим так называемый консенсус. Нужно установить, что является правдой, каково истинное состояние записей базы данных, а что нет. В блокчейнах криптовалюты транзакции подтверждаются «майнерами», а точнее — их вычислительным оборудованием. Соглашение между ними обычно достигается на основе их так называемого доказательство работы (PoW). В системе биткоин каждый «майнер» решает определенное математическое уравнение. Чтобы побудить его сделать это (в том числе сделать свое оборудование доступным для этой цели), за каждый проверенный блок он получает «вознаграждение» (биткоин или другая собственная криптовалюта). «Майнеры» — как рациональные единицы — руководствуются максимизацией своих выгод, то есть они хотят иметь больше единиц данной криптовалюты. Поэтому, если они решат, что это может окупиться, они подключат вычислительное оборудование с большей мощностью к сети криптовалюты. Однако, как уже упоминалось, сеть автоматически регулирует сложность решения расчетов (уровень сложности меняется каждые 2016 блоков, что составляет в среднем 14 дней). Это так, что в среднем в сеть поступает одинаковое количество новых единиц криптовалюты за тот же период времени. Кроме того, в случае с биткоинами их количество удваивается каждые 4 года.

Как нетрудно догадаться, между «майнерами» идет гонка, чтобы первыми найти решение и выиграть приз. Как следствие, это привело к появлению новой отрасли — разработчиков вычислительного оборудования, предназначенного исключительно для авторизации транзакций в сети биткоин (а также к увеличению спроса на видеокарты, которые можно использовать для «майнинга» в других блокчейнах, таких как Ethereum, Litecoin).

Помимо PoW, есть и другие способы достижения консенсуса.

Proof-of-Stake — метод, основанный на имеющейся валюте. Чем больше у участника единиц данной криптовалюты, тем выше шанс, что он создаст новый блок. Утверждающий получает только комиссию с пользователей. Существует два метода выбора создателя блока: псевдослучайный, когда имеет значение только сумма ставки, и «на основе возраста монеты», который также учитывает время владения. Криптовалюты на основе PoS включают NXT, BlackCoin.

Delegated Proof-of-Stake — метод основан на выборе держателями валюты определенного числа делегатов путем голосования. Только делегатам разрешено добавлять новые блоки в цепочку блоков, за что они получают наградe.

Консенсус на основе dPoS применялся, например, в BitShares.

Доступное владение данными (PDP) — дает возможность пользователю отправлять данные на установленный сервер, а затем контролировать, что данные все еще там.

Proof-of-Retrievability (PoRet) — расширение PDP, также позволяющее представлять переданные данные. Однако для этого требуется отослать несколько запросов и возобновить данные из принятых фрагментов.

Proof-of-Storage (PoS) — базируется на том, что другому пользователю указывают хранить данные, а затем вторично проверяют, хранятся ли они. Эта схема является обобщением PDP и PoRet.

Proof-of-Replication (PoRep) — это тип Proof-of-Storage, который дополнительно требует выделения уникальной физической памяти для данных. Это делает невозможным сбережение одних и тех же данных дважды в одном месте.

Proof-of-Spacetime (PoSt) — это PoSpace с последовательностью проверок, распределенных во времени.

Proof-of-Importance (PoI) — это производная от системы Proof-of-Stake, но с рядом улучшений. Применяемые математические формулы обрабатывают сведения об аккаунте, чтобы решить, насколько данное лицо важно для группы. Чем больше у пользователя степень "правдивости", тем больше у него шансов приобрести комиссию за транзакцию, оставленную другими пользователями во время «майнинга».

Другими методами достижения консенсуса являются, например: Proof-of-Authority, Proof-of-Capacity, Proof-of-Burn и гибриды, сочетающие два ранее упомянутых метода. Однако они гораздо менее распространены (и поэтому им гораздо меньше доверяют), а некоторые из них не вышли за рамки экспериментальной фазы.

Понятие «экономическое большинство»

Интересным, теоретическим, как долгое время казалось (из-за невозможности проверить на практике) для защиты систем, описываемых с учетом биткоинов, является концепция «экономического большинства». В нем говорится, что возможность управления протоколом биткоин находится не на стороне единиц авторизации транзакций («майнеров»), а на стороне тех, кто может и желает предлагать ценность биткоина (будь то товары, услуги или другие валюты). Если бы «майнеры» внесли изменения в протокол биткоина, то вполне возможно, что «монеты», которые они добывают, не будут признаны теми, кто не согласен с изменениями. Тогда «майнерам» не выгодно вносить изменения, не согласованные с «экономическим большинством».

Возможность успешно вносить изменения в протокол биткоин в крайнем случае остается у тех, кто принимает биткоины в обмен на ценность. В основном это будут покупатели. Концепция «экономического большинства» предполагает, что даже олигополизация пулов не будет иметь полной власти над системой и должна согласовывать изменения с торговцами. В крайнем случае, если бы один из них получил большую часть вычислительной мощности и способность выполнить «атаку 51%», такая ситуация могла бы быть сочтена сообществом опасной, как риск для поддержания безопасности системы, и в результате цена биткоина упала бы.

Эта концепция долгое время казалась теоретической. Ситуация изменилась, когда у биткоина появился реальный конкурент — Bitcoin Cash. Он больше отвечал потребностям пользователей, чем поддержанию статус-кво, поддерживаемого «майнерами». Когда выяснилось, что изменения в протоколе биткоин (SegWit2x), объявленные в течение длительного времени и согласованные в течение более двух лет, не состоятся, как следствие, некоторое сообщество объявило о поддержке прямого конкурента биткоин — Bitcoin Cash. Результатом стало резкое повышение курса последнего. Более того, к так определенному «экономическому большинству» быстро присоединились сами «майнеры», которые быстро подсчитали, что им выгоднее «добывать» наличные биткоины. К счастью для «основного» биткоина, по мере того, как цена его форка упала, его экономическая привлекательность для «майнеров» также снизилась.

Важным элементом функционирования криптовалюты является защита сети от попыток мошенничества. Криптография — это практика и изучение безопасных методов связи в присутствии третьих лиц. Он основан на теории математики и информатики. Его цель — эффективно хранить или передавать конфиденциальную информацию безопасным и секретным образом, предотвращая таким образом нарушение открытости и целостности данных третьими сторонами.

Понятия симметричной и асимметричной криптографии связаны с проблемой криптовалют.

Симметричная криптография — это использование одного и того же ключа как для шифрования данных, так и для их дешифрования. Его обратная сторона — безопасность ключа, которая подвергается повышенному риску, потому что обе стороны знают об этом. Если такой ключ попадет в чужие руки, он может не только расшифровать секретное сообщение, но и отправить поддельное.

Криптография с асимметричным открытым ключом основана на том, что существует два ключа: открытый и частный (секретный). В зависимости от цели, для которой планируется использовать этот метод: цифровая подпись или шифрование — есть некоторые отличия. Данные могут быть переданы в режиме онлайн с открытыми и закрытыми ключами. Если нужно отправить кому-то сообщение, берется его открытый ключ, который является публично известным (в том числе для мошенников), и с его помощью шифруются данные. Однако эти данные можно расшифровать только с помощью закрытого ключа, который знает получатель сообщения.

Что касается цифровой подписи, есть закрытый ключ, который используется для шифрования, «подписи» документа. С другой стороны, открытый ключ используется для проверки личности, например, банком. Однако для шифрования данных используется общедоступный открытый ключ, а у получателя есть закрытый ключ, с помощью которого можно будет расшифровать документ.

Эффективная криптографическая система — это основа работы криптовалют. Это также гарант безопасности. Криптография, лежащая в основе криптовалют, таких как биткоин, практически не поддается взлому, учитывая вычислительные мощности, необходимые для защиты этой системы. Это может измениться с появлением квантовых компьютеров, но тогда это будет непростая задача. Криптографические методы защищают от манипуляций и попыток нарушения целостности баз данных.

Подогтовлено проектом: KOKPLAY-RUSSIA.RU

Источник: https://kokplay-russia.ru/