Урок №1. Блокчейн основы, Bitcoin

Её создатель, Сатоши Накамото (хотя доподлинно неизвестно, кто он такой, т.к. есть предположения, что это группа людей), хотел создать систему электронных денег, которая была бы надёжной и безопасной. Блокчейн позволяет это сделать. Сами криптовалюты — это цифровые деньги, которые основаны на блокчейне.

Блокчейн — это не какой-то сверхуникальный сервис, доступный малому кругу лиц. Блокчейн — общедоступная технология, которой будут пользоваться все в случае её широкого распространения. Если тебе очень захочется, даже ты можешь сделать его у себя на компьютере и поделиться со своими друзьями. Конечно, придется потратить нехило усилий, но друзья точно удивятся.

Извините, но нам придется загрузить вас двумя строчками непонятного определения, иначе интернет-гики нас сожрут. Что такое блокчейн непонятным, но точным языком?

А теперь, что такое блокчейн понятным и простым языком?

У Жорика есть много друзей. Так как Жорик был самым богатым в компании (накопил еще с экономии на обедах в школе), он часто давал деньги в долг. Но, как обычно бывает, сложная криптовалюта, в которой он пытался разобраться, не оставляла ему свободного времени — про все долги Жорик забывал.

Решив, что так дела не делаются, Жорик взял школьную доску, повесил у себя дома и стал записывать на нее все долги друзей.

Теперь Жорик всегда мог проверить, кто ему должен, а кто уже вернул долг. Подойдя к доске, Жорик видит, что Ваня вернул ему долг двумя транзакциями, а вот Петя, отдавая 100 рублей, соврал, что полностью вернул долг.

У Жорика все работает, он доволен своей идеей. Теперь все его знакомые отдают долги в полном размере. Радуются все, кроме друзей Жорика, которые теперь на тотальном контроле.

И вот Петя у Жорика дома. Жорик отлучается на несколько минут из комнаты, где находится доска с долгами, и Петя решает воспользоваться моментом. Петя стирает данные с доски и вписывает туда другую сумму, делая так, будто он полностью вернул долг.

После тусовки Жорик решает проверить доску и видит, что данные исправлены. Да, он понимает, что Петя должен ему, но так как нет данных, сколько именно должен, а при этом Петя говорит, что вернул долг, то доказать, что Петя что-то должен, для Жорика оказывается невозможным.

Блокчейн использует хеширование данных для того, чтобы их было сложно изменить, чем и можно воспользоваться. Хеширование — это превращение одного набора символов в разнозначный набор символов определенной длины.

Таким образом Жорик захешировал все данные на своей доске.

Петя так и поступил. Теперь Жорику предстоит усложнить хеширование так, чтобы хитрый Петя его не смог обмануть.

Стоить отметить, что хеширование — процесс односторонний. Найти источник хеширования возможно только перебором, тем не менее, в интернете можно найти списки некоторых известных комбинаций слов. Однако фраза про долг — уникальная, поэтому Пете помогло лишь то, что он знал, какие фразы были на этих же строках до хеширования.

Чтобы решить проблему безопасности, Жорик решает действовать следующим образом: берёт первую строку, хеширует её и получает некий хеш; этот хеш Жорик добавляет к следующей строке и заново хеширует.

Теперь, если изменить хотя бы одну строчку, то придется пересчитать хеши всех остальных ниже по списку. Представим, что Петя опять на тусовке у Жорика, и Жорик отлучился на минутку от своей доски со связным списком. Вот тут Петя и понимает, что при таком хешировании у него точно не хватит минутки, чтобы исправить весь список, подменив все хеши.

Петя дожидается момента, проникает в квартиру к Жорику и садится изменять все хеши. На это он тратит практически всю ночь, но в итоге изменяет все хеши в списке. Наутро приходит Жорик и сверяет каждый хэш. На удивление, все хэши совпадают, и по итогу Петя опять ничего не должен Жорику. Даже больше — теперь Жорик должен Пете.

Жорик создает программу, которая генерирует очень сложное уравнение из математики. Ответ на каждое уравнение будет добавляться к хешу. Давайте приведем в пример нереально сложное уравнение x-100+1000/500=350 и сделаем вид, что оно действительно очень сложное. В реальности там будет что-то типа высшей математики.

Как бы хорошо Петя ни знал математику, решить такие уравнения за ночь и подменить всю таблицу он не сможет…

То есть вместо уравнения Пете придется придумать любое число, чтобы хеш просто начинался на 0. Такое число может состоять из миллионов цифр, делая тем самым задачу для Пети невыполнимой. Это число непросто найти, но его результат легко проверить.

Жорик проверяет, чтобы все хеши начинались на заданное количество нулей. И даже если Петя вооружится мощным ноутбуком для вычисления хешей, он не сможет пересчитать все хеши за ночь, чтобы они соответствовали условию. Для этого просто не хватит времени. Такой список — это фактически домашний блокчейн, созданный в домашних условиях. Его безопасность гарантирована математиками, которые доказали, что эти хеши невозможно вычислить быстрее, чем методом перебора. Перебор хешей для каждой записи — это и есть майнинг, о котором мы поговорим позже.

Давайте теперь посмотрим на всю сложившуюся ситуацию со стороны Пети. А вдруг Петя действительно не занимал в долг такую сумму? Вдруг Жорик, может и не специально, но записал неверную сумму? В таком случае все друзья решают, что им следует выбрать самого ответственного из них, чтобы вел весь список и периодически его проверял. Точно так же в нашей стране работает рубль и Центральный Банк — централизованно. Это называется централизация.

Таким образом, если найдется какой-то отбитый Петька, ему придется пробраться к каждому пользователю в ночи и решить неведомую головоломку. И не повезло Петьке, если у кого-то будет дома храниться ещё и две-три таких копии! В совокупности с тем, что проверку будет осуществлять бездушная машина, которую невозможно подкупить, задача становится невыполнимой. Практически невыполнимой. Это называется децентрализация.

Вернемся к Жорику и Пете. Жорик и Петя создают децентрализованный блокчейн и добавляют туда своих друзей — Диму, Ваню и Дашу. У каждого из них есть своя копия блокчейна. Далее Петя одалживает у Жорика уже в который раз 1000 рублей с целью поставить жирную победную точку в их споре. Так как в блокчейне состоит пять пользователей, и шансов изменить у всех списки практически нет, Петя идет к трем оставшимся друзьям — Диме, Ване и Даше — и предлагает им сделку: давайте подменим данные, спишем все наши долги перед Жориком, а я вам дам за это по 250 рублей. Ребята соглашаются (что их не красит, конечно), изменяют все списки на новые, одинаковые, где они ничего не должны Жорику.

Итого: у друзей-разбойников «навар» по 250 рублей, а Жорик, мало того, что 1000 ₽ потерял, так еще и без возврата долгов остался. Почему же так? Все просто — в децентрализации побеждает всегда большинство. Если 51% имеют отличные данные от других 49%, то за истину принимают данные большинства. В нашем примере Жорик был 1 против 4, поэтому, извини, Жорик, но ты остался без денег.

Все мы пользовались электронными деньгами. Средства лежат на счете банка, дебетовая или кредитная карта является неким ключом, который может инициировать перевод из банка на счет компании, в которой что-то приобретаем. При покупке мы прикладываем карту и вводим пин-код. После этого совершается покупка. Мы инициировали перевод → банк одобрил транзакцию и произвел ее. Такие транзакции банк записывает в свой список.

Блокчейн работает похожим образом, ведь «Ваня взял в долг 200 рублей» — это тоже транзакция. Только в блокчейне используется механизм шифрования через публичный и приватный ключ.

Публичный ключ может зашифровать любую информацию так, чтобы только приватный ключ мог ее расшифровать обратно.

Если вам кажется, что все это слишком сложно, — не думайте, что вам придется все это пройти. Это работает с помощью сервисов, которые делают это за секунды, а о наличии приватного ключа знают далеко даже не все криптаны по причине того, что обычным юзерам он просто не нужен. Все работает в автоматическом режиме.

Представьте вражеский город. Вам нужно его захватить. Вокруг него находятся четыре ваши армии, которые руководятся четырьмя генералами. Город окружен крепостью — атаковать нужно одновременно и желательно после полуночи, чтобы был эффект неожиданности. Расстояние между вашими армиями слишком большое, чтобы передать команду атаки.

Вопрос: как атаковать город одновременно? Как сделать так, чтобы каждая из четырёх армий одновременно пошла в атаку?

Итог: решить эту задачу невозможно без использования блокчейна. Блокчейн решил бы вопрос доказательства отсутствием человеческого фактора: машину нельзя подкупить, алгоритм будет считывать математические вычисления, тем самым доказывая факт совершения транзакции, или факт совершения наступления по всем фронтам в 00:01, если возвращаться к генералам из примера.

Не переживайте, если у вас тоже нет баланса на карте, так как в блокчейне баланса в принципе нет.

Если точнее, баланс-то сам есть, но он записывается не в привычном виде «Ваш баланс: 10 000 ₽», а как-то так «Ваш баланс: 1000 рублей от Саши, 1000 рублей от Маши, 500 из которых вы отдали Пете из которых вам вернули 100 рублей».

Сложновато? — ДА
Практично? — НЕТ
Безопасно? — ДА

Блокчейн доказывает, что у вас 100 рублей, не просто надписью баланса, а доказательством переводов на ваш счет этих 100 рублей.

К примеру: когда-то Саша и Ваня скидывали вам по 50 рублей, но эти 100 рублей никогда не тратились и никуда не переводились, а это означает, что при инициировании транзакции должен быть соответствующий факт, что выводов не было.

Поэтому блокчейн покажет, что ваш баланс составляет:

Представь, что у тебя есть 100 рублей. Ты можешь потратить их в магазине на хлеб. Магазин записывает, что ты потратил эти деньги, и добавляет эту запись в блокчейн. Теперь у тебя осталось 0 рублей.

Но что, если бы ты смог обмануть магазин и снова потратить эти же 100 рублей? Например, ты мог бы сделать копию чека и показать её другому магазину. Это и называется двойная трата.

Время задержки нужно для того, чтобы подписать транзакцию майнерами, и пока транзакции ждут своей подписи, они висят в списке неподтвержденных транзакций, который называется мемпулом.

Средства с вашего адреса списываются после подписания транзакции. Что из этого следует: имея баланс 1 Bitcoin, вы могли бы отправить 1 Bitcoin на адрес, и, пока транзакция подтверждается, отправить еще раз тот же самый 1 Bitcoin на такой же адрес. Это и называется двойной тратой в блокчейне.

Еще помните Жорика? Если да, то забудьте его как человека. Он настолько стал профи в блокчейне, что эволюционировал до самого настоящего компьютера. Теперь Жорик — это комьютер.

Так вот из таких Жориков и состоит весь блокчейн — тысячи компьютеров по всему миру, которые хранят все транзакции блокчейна. Если тоже захотите стать Жориком, вам придется скачать все транзакции, подобно скачиванию с Торрента, где скачивание происходит с ближайших нод — таких же компьютеров, но владеющих информацией.

Транзакции представлены в виде блоков. Блок — список из n-нного количества транзакций, которые суммарно весят до 2 МБ (применительно к сети Bitcoin). Каждый блок имеет свою дату и добавляется друг за другом, подобно цепочке. Таким образом, мы избавляемся от вопроса «а какая транзакция была раньше», так как блоки добавляются строго каждые 10 минут.

Когда наш компьютер скачивает блокчейн, он узнает, какой блок является последним. Чтобы создать новый блок, компьютер добавляет ссылку на последний блок в его заголовок. Затем он вычисляет хэш этого блока и отправляет его другим компьютерам сети. Другие компьютеры проверяют хэш и, если он правильный, добавляют новый блок в свой блокчейн. И вот, вроде все понятно, — рабочий блокчейн, Жорики трудятся и записывают транзакции в сеть. Но нет, рано радоваться.

Для компьютера задача добавления блока в блокчейн похожа на эту. Компьютеру нужно найти такое число (nonce), которое сделает так, чтобы хэш блока начинался на 10 нулей. Это очень сложно, и даже компьютер будет искать такое число перебором.

Но компьютеры способны выполнять подобные вычисления очень быстро, поэтому они могут перебирать различные числа nonce, пока не найдут такое, которое подходит. Вопрос только, как быстро компьютер это сможет сделать. Более мощный компьютер — больше вариантов подбора в секунду.

Чтобы найти хэш, начинающийся на 0, одному компьютеру потребуется несколько десятков лет. Но если объединить тысячи компьютеров в одну сеть, то задача решается значительно быстрее. По теории вероятностей, в среднем, она будет решена за 10 минут. Именно это время требуется для создания нового блока в блокчейне биткоина. Каждые 8−12 минут кто-то в мире находит такой хэш и получает право сообщить о нём остальным участникам сети. Это позволяет избежать споров о том, кто был первым.

За нахождение ответа компьютер (по данным на 2023 год) получает 6.25 BTC — это сумма вознаграждения, которая генерируется системой биткоин «из воздуха» и уменьшается каждые четыре года. Такое уменьшение вознаграждения называется «халвинг».

Следующий халвинг биткоина ожидается в апреле 2024 года (не спешите закупаться асиками и видеокартами — на момент ноября 2023 года майнинг не представляет большого интереса для пользователей без очень мощных компьютеров). Точную дату предсказать сложно, так как она зависит от высоты блока. Поскольку халвинг происходит каждые 210 000 блоков, следующий ожидается, когда высота блока достигнет 840 000.

Любой блокчейн живет и существует с помощью майнеров. Не будь майнеров, ни одной транзакции бы не было, а токенов Bitcoin не было бы добыто.

Да ничего, собственно, критичного не произойдет. Майнинг останется, просто майнеры будут получать вознаграждение из комиссий.

Изначально транзакции в Bitcoin были с нулевыми комиссиями, в дальнейшем появились комиссии и до сегодняшнего дня включительно они растут. Рост обуславливается спросом. В общем, что хайпит — то и продается.

На деле, конечно же, не так. Сейчас компьютеры достигли огромных мощностей, конкуренция возросла в десятки раз, новейшей видеокартой 4 GEN уже никого не удивить. Вы вряд ли сможете на домашнем компьютере смайнить блок быстрее ваших конкруентов, потому что по ту сторону вашей квартиры сидят целые корпорации, которые попытаются вытащить коврик из-под ваших ног. Для майнинга в 2023 году пользователи собираются в группы и майнят вместе.

Собрались как-то Жорик, Петя, Дима и Даша для майнинга Bitcoin. Соединили вычислительные мощности их компьютеров и майнят Bitcoin c одной машины. Для доходчивости объяснения упростим мощность компьютера до его стоимости:

• Жорик принес компьютер за 100 000 рублей
• Петя принес компьютер за 50 000 рублей
• Даша принесла компьютер за 15 000 рублей
• А вот Дима накопил только на домофон и присоединил мощность домофона за 100 рублей к майнинг пулу (шутим, конечно, просто представим, что у Димы очень плохой компьютер)

Вышеописанный пример — это майнинг пул. Именно в майнинг пуле участвуют различные пользователи, которые хотят смайнить хотя бы один блок в своей жизни. Чем больше мощности вы предоставите, тем больше вы получите от вознаграждения. Учтите, что в примере мы привели слишком упрощенные данные, обычно в майнинг пуле состоит от 1000 пользователей, которые владеют, в среднем, менее 0,5% от вознаграждения, отдавая всю мощность.