Блокчейн: что за цепь и куда она ведет?

Возникновение блокчейна (blockchain) связывают с появлением криптовалюты биткойн. Действительно, именно блокчейн, представляющий собой подход к организации надежных распределенных публичных реестров, лежит в основе работы полностью цифровой «финансовой системы», реализуя ту функцию, которую в материальном мире выполняет банковская система. Последняя включает в себя центральные банки, которые регулируют взаимоотношения между другими банками, гарантируя исполнение транзакций и их юридическое признание как некоторого акта по передаче прав на определенные суммы. С этим как раз и связан ажиотаж по поводу возможного краха традиционных институтов с приходом блокчейна; речь тут идет уже не только о финансах, но и о других сферах, где передача прав фиксируется с помощью посредников и документов, — например, о нотариате. Под угрозой оказываются все области, где посредники выступают в качестве третьей стороны — доверенного центра, выполняющего проверку, защиту и сохранение транзакций.

Технология блокчейна позволила создать цифровую децентрализованную валюту, сделав историю транзакций достоянием всех участников системы: каждый может загружать и хранить копию истории транзакций и проверить записи бухгалтерской книги. Для совершения транзакции участник должен сообщить другим членам сети о том, что он уменьшает свой баланс в бухгалтерской книге и увеличивает баланс получателя. Аналогично работает и банк, а единственное отличие состоит в том, что бухгалтерская книга криптовалюты общедоступна, хотя и зашифрована, и для ее открытия требуется цифровая подпись.

Общая модель расчетов в подобной системе выглядит так. При подключении нового участника ему присваивается уникальный идентификатор — биткойн-адрес. Иначе говоря, создается новая пара ключей шифрования, которые можно использовать для транзакций. Когда участник создает новую транзакцию, она подписывается его частным ключом, который соответствует имеющемуся у него идентификатору, и после этого передается другим участникам сети. Узлы сети, получающие транзакцию, проверяют цифровую подпись на ее соответствие публичному ключу адреса, из которого произведена отправка. Каждая транзакция передается каждому узлу и после проверки на достоверность записывается в «виртуальный гроссбух». Прежде чем совершить запись любой транзакции, проверяющий узел должен удостовериться в том, что участник сделки, совершающий перевод денег, действительно является участником сети и имеет на своем счету криптовалюту в достаточном количестве.

Центральное звено в такой схеме — «виртуальный гроссбух», который для обеспечения надежности должен обладать двумя базовыми свойствами: быть всегда доступным всем участникам и исключать возможность подделок. Все это достигается благодаря распределенности, отсутствию одной централизованной точки хранения и поддержке всех узлов в актуальном состоянии. Такой распределенный реестр и есть блокчейн, в нем последовательность транзакций размещается в группах (блоках), которые соединяются в цепочки, причем каждый последующий блок хранит в зашифрованном виде информацию о предыдущем: каждый заголовок блока содержит хеш заголовка предыдущего блока, а тот, в свою очередь, — хеш предыдущего и т. д. (рис. 1). В результате нельзя изменить блок без изменения хешей во всех последующих блоках.

Рис. 1. Формирование цепочки блоков

Для того чтобы узлы сети не могли собирать неподтвержденные операции, создавать блоки и передавать их для размещения в блокчейне, был введен механизм Proof of work (PoW) — доказательство выполнения работы. Узел, генерирующий блок, должен доказать, что он предоставил необходимое количество вычислительных ресурсов для решения PoW-задачи, представляющей собой достаточно сложную абстрактную математическую проблему. Предполагается, что решивший ее узел не будет тормозом процесса генерации блоков, также сопровождаемого решением вычислительной задачи из-за использования криптографии. Очевидно, что участники цепочки должны иметь достаточную мотивацию, для того чтобы предоставлять свои ресурсы для генерации новых блоков и хранения всей распределенной базы транзакций. В случае с криптовалютами это достигается просто: узлы сети, предоставляющие свои вычислительные ресурсы для генерации очередного блока, получают за свои усилия вознаграждение в виде новых биткойнов. Таким образом происходит децентрализованная эмиссия криптовалюты. Отсюда и появилось понятие «майнер» (miner) для узлов, генерирующих блоки, — ведь именно в них и появляется новая валюта, происходит ее «добыча» (mining) силами «майнеров».

Существует небольшая вероятность того, что в один момент времени в системе будет сгенерирован более чем один блок. Если такая ситуация возникнет, то появятся несколько ветвей (рис. 2) и тогда каждый майнер должен решить, какую ветвь он будет продолжать, включив в свой блок информацию о предыдущем для гарантии однозначности связности. За каждое из направлений майнеры голосуют своими вычислительными ресурсами — ветвь, в которую будет вложено больше вычислительных ресурсов, будет длиннее, и именно она станет в итоге правильной. Более короткая аннулируется, а отраженные в ней транзакции придется проводить повторно. Это создает определенные дополнительные издержки в рамках сети, однако позволяет получить и новый уровень защиты, сочетая одновременно криптографические, организационные и социальные механизмы.

Рис. 2. За каждое из направлений майнеры голосуют своими вычислительными ресурсами

Блокчейн всегда выбирает самую длинную и сложную цепочку, поэтому отдельному майнеру выгодно продолжать именно ее, иначе растет риск попасть в аннулированную цепочку и обнулить вознаграждение. Это является препятствием для тех, кто хочет создать цепочку, выгодную именно ему, — например, подменяющую уже зафиксированные транзакции. Если, например, после финального блока в цепи (блок 3 на рис. 2) майнер-мошенник захочет, чтобы в блоке 4 не было информации о некоторой его транзакции (скажем, о факте траты валюты), то он начнет создавать блок без этой транзакции. В этом случае ему придется соревноваться со всеми «законопослушными» узлами при формировании всех последующих блоков в порядке, уже принятом другими узлами сети. Сама по себе мошенническая операция очень сложна технологически и находится за границей возможностей рядового пользователя — все блоки криптографически связаны между собой, и для осуществления такой операции придется их взламывать и пересчитывать заново. А то, что в сети одновременно работает множество майнеров, сводит к нулю вероятность общего сговора.

Технологии блокчейна находят применение в областях, где традиционно требовалось участие доверенной третьей стороны для проверки и защиты транзакций. И это может касаться не только финансов. Так, внедрение технологии существенно снизит пиратство в области распространения контента, а музыкальная индустрия в будущем может полностью переключиться на блокчейн-платформы. Ожидается, что блокчейн окажет существенное влияние на телекоммуникационную индустрию — операторы будут осваивать блокчейн для совершенствования систем биллинга, предоставления финансовых сервисов, идентификации пользователей и услуг децентрализованного голосования. Тот факт, что многие государства говорят о необходимости контролировать содержание сообщений, передаваемых с помощью мобильных телефонов, стимулирует создание приложений для обмена сообщений, защищенных на основе технологии блокчейна.

Более того, из-за всеобщей цифровизации и повсеместного распространения Интернета вещей такая цифровая фиксация прав может выйти за пределы чисто информационные. Если фиксация прав осуществляется автоматически и в цифровой форме, то значит автоматически можно запускать любые процессы их изменения. Так появилась идея «умных контрактов» (smart contract), представляющих собой программу, алгоритм которой проверяет наличие каких-либо определенных условий и запускает необходимые транзакции через блокчейн. Это позволяет по-новому автоматизировать некоторые бизнес-процессы и строить концептуально новые управленческие схемы по типу децентрализованных автономных организаций (Decentralized Autonomous Organization, DAO). И хотя первый опыт работы The DAO, построенной на основе криптовалюты Etherium, оказался неудачным, возможность таких подходов уже доказана. А неудача лишь показала, что для таких систем важно тщательно продумывать все алгоритмы и на забывать про человеческий фактор.

В стартапы, развивающие технологию блокчейна, сегодня инвестируют такие корпорации, как MasterCard, Visa, Goldman Sachs, Mitsubishi Capital. Возможно, компании вроде BitFlyer, Coinbase, Chain, Digital Currency Group станут известны не менее, чем их инвесторы. Сегодня уже можно говорить о появлении экосистемы блокчейна (рис. 3), объединяющей брокеров, инвесторов, продавцов, разработчиков и т. п.

Рис. 3. Экосистема блокчейна

По данным PwC, рынок блокчейна насчитывает более тысячи игроков и их число постоянно растет. Возникают самые разные идеи, многие из которых уже реализованы: Assembly — платформа, которая позволяет программистам, дизайнерам и пр. обеспечивать совместное создание некоторых продуктов и получать вознаграждения по мере их реализации; Ascribe — система, позволяющая художникам устанавливать права на владение и печать цифровых снимков; Colu — средство управления цифровыми активами в различных приложениях (акциями, сертификатами, авторскими правами, документацией, билетами на мероприятия, ваучерами и т. п.); Lazooz — платформа, которая призвана решить проблему пробок в мегаполисе, позволяющая потенциальным пользователям искать попутчиков, строить маршруты с пересадками и предоплачивать свои поездки.

***

Наряду с дополнительными возможностями любые новые технологии таят в себе и угрозы. Блокчейн, предоставляя среду для распределенных децентрализованных приложений, может ограничить монополию контролирующего центра, однако способен и помешать этому центру бороться, например, с правонарушителями. Кроме того, для блокчейна не решены проблемы масштабирования сети, эффективного управления, а также регулирования — столетиями вся правовая база общества ориентировалась на централизацию и наличие посредников, призванных подтверждать правомерность выполнения различных действий. Но сейчас всему этому брошен цифровой вызов, на который еще предстоит найти ответ.

Александр Прохоров (prokhorov.alexander@huawei.com) — менеджер, компания Huawei; Василий Буров (vasiliy.burov@gmail.com) — член правления АНО «Информационная культура» (Москва).