Учебное пособие по блокчейну: учитесь на примерах

Что такое Blockchain?

Блокчейн Блокчейн — это цепочка блоков, содержащих информацию. Эта технология предназначена для простановки временных меток в цифровых документах, чтобы никто не мог изменить их дату или внести в них изменения. Блокчейн решает проблему двойной записи без использования центрального сервера, поэтому он лежит в основе значительной части современной цифровой экономики.

блокчейн используется для безопасной передачи таких предметов, как деньги, имущество и другие ценности.tracЭто достигается без привлечения посредников, таких как банки или государственные учреждения. После записи данных в блокчейн их изменение становится крайне затруднительным.

Блокчейн — это программный протокол, аналогичный тому, как работает SMTP для электронной почты. Однако блокчейны не могут функционировать без интернета, и их иногда называют метатехнологией, поскольку они влияют на другие технологии. Полный стек включает в себя базу данных, программное приложение, сеть подключенных компьютеров и механизм консенсуса.

Иногда этот термин относится конкретно к Bitcoin Блокчейн или Ethereum Блокчейн, а иногда и другие виртуальные валюты, цифровые токены или корпоративные распределенные реестры. В каждом случае основная идея заключается в общей записи, к которой можно только добавлять данные, и которая реплицируется между множеством участников.

Чем НЕ является блокчейн

Прежде чем углубляться в тему, полезно развеять несколько распространенных заблуждений:

• Блокчейн — это не Bitcoin, но это технология, лежащая в основе Bitcoin.
• Bitcoin — это цифровой токен, а блокчейн — это реестр, который хранит информацию. track из тех, кому принадлежат эти токены.
• Вы не можете иметь Bitcoin без блокчейна, но вы можете иметь блокчейн без Bitcoin.
• Блокчейн не всегда анонимен. Большинство публичных блокчейнов являются псевдонимными, то есть адреса видны, даже если реальные личности не видны.

Блокчейн Archiтекстура

Теперь давайте изучим архитектуру блокчейна, разложив её на основные компоненты.

Что такое Блок?

Блокчейн — это цепочка блоков, содержащих информацию. Данные, хранящиеся внутри блока, зависят от типа блокчейна.

Например, Bitcoin Блок содержит информацию об отправителе, получателе и количестве переданных биткоинов.

Bitcoin Заблокировать

Первый блок в цепочке называется Генезис блокКаждый новый блок связан с предыдущим блоком, образуя цепочку.

Понимание хеша SHA-256

Каждый блок также имеет хеш. Хеш можно рассматривать как уникальный отпечаток пальца, присущий каждому блоку. Он идентифицирует блок и все его содержимое и всегда уникален, как отпечаток пальца. После создания блока любое изменение внутри него приведет к изменению хеша.

Что такое хеш SHA-256?

Таким образом, хеш очень полезен, когда необходимо обнаружить изменения. Если отпечаток блока изменяется, он больше не представляет собой тот же самый блок.

Каждый блок хранит:

1. Данные
2. Hash
3. Хеш предыдущего блока

Рассмотрим приведенный ниже пример, где у нас есть цепочка из трех блоков. Первый блок не имеет предшественника, поэтому он не хранит хеш предыдущего блока. Блок 2 содержит хеш блока 1, а блок 3 содержит хеш блока 2.

Каждый блок содержит хеш предыдущего блока. Именно эта технология делает блокчейн таким безопасным. Вот как это работает.

Предположим, злоумышленник изменяет данные внутри блока 2. Хэш блока 2 также изменяется. Но блок 3 по-прежнему хранит старый хэш блока 2, что делает блок 3 и все последующие блоки недействительными, поскольку хэши предыдущих блоков больше не совпадают.

Следовательно, изменение одного блока может быстро привести к недействительности всех последующих блоков.

Механизмы консенсуса: Доказательство работы и Доказательство доли владения

Хэши — это превосходный механизм предотвращения подделки, но современные компьютеры способны вычислять сотни тысяч хэшей в секунду. За считанные минуты злоумышленник может изменить блок, а затем пересчитать хэши всех других блоков, чтобы цепочка снова выглядела корректной.

Чтобы предотвратить это, блокчейны используют механизм консенсуса. Двумя наиболее распространенными являются Proof of Work и Proof of Stake.

Доказательство работы (PoW) Это вычислительная головоломка, решение которой требует значительных усилий, но результат быстро проверяется. В случае BitcoinВ среднем, вычисление необходимого доказательства работы для добавления нового блока в цепочку занимает около 10 минут. Если хакер захочет изменить блок 2, ему потребуется заново выполнить доказательство работы для этого блока и для каждого последующего блока.

Доказательство ставки (PoS) используется более новый подход. Ethereum, Солана, Cardanoи большинство современных блокчейнов первого уровня. Валидаторы блокируют, или размещают, собственные токены, чтобы получить право предлагать и проверять блоки. Ethereum В сентябре 2022 года завершилось слияние, в результате которого алгоритм Proof of Work был заменен на Proof of Stake, а энергопотребление сети сократилось примерно на 99.95 процента.

Независимо от того, использует ли блокчейн алгоритм Proof-of-Work (PoW) или Proof-of-Save (PoS), именно сочетание хеширования и консенсуса обеспечивает безопасность блокчейна.

Распределенная P2P-сеть

Блокчейны также обеспечивают свою безопасность благодаря распределенной структуре. Вместо централизованного управления цепочкой, блокчейны используют распределенную одноранговую сеть, к которой может присоединиться любой желающий. Когда участник присоединяется к сети, он получает полную копию блокчейна, и каждый компьютер называется узел.

Когда любой пользователь создает новый блок, этот блок рассылается каждому узлу в сети. Каждый узел проверяет блок, чтобы убедиться, что он не был изменен. После проверки каждый узел добавляет блок в свою собственную копию цепочки.

Узлы в сети создают консенсусОни согласовывают, какие блоки действительны, а какие нет. Узлы будут отклонять блоки, которые выглядят измененными.

Для успешного вмешательства в блокчейн злоумышленнику потребуется:

1. Вмешаться в каждый блок цепочки.
2. Повторно выполните проверку работоспособности или повторно внесите необходимую долю валидатора для каждого блока.
3. Возьмите под контроль более 50 процентов одноранговой сети.

Такое сочетание практически невозможно в крупной публичной цепочке, поэтому блокчейны считаются такими безопасными.

Как работает технология Blockchain?

Процесс транзакции блокчейна

Типичная транзакция в блокчейне состоит из четырех основных этапов.

Шаг 1) Пользователь запрашивает транзакцию. Транзакция может включать криптовалюту, смарт-контракты.tracts, записи или другая информация.

Шаг 2) Запрошенная транзакция передается в одноранговую сеть узлов.

Шаг 3) Сеть узлов проверяет транзакцию и статус пользователя, используя известные алгоритмы консенсуса, такие как Proof of Work или Proof of Stake.

Шаг 4) После подтверждения транзакция объединяется с другими в новый блок, который затем добавляется к существующей цепочке таким образом, что это становится постоянным и неизменяемым.

Зачем нам нужен блокчейн?

Вот некоторые из наиболее важных причин, по которым технология блокчейн стала настолько популярной.

Упругость: В блокчейнах используется реплицированная архитектура. Цепочка продолжает работать даже тогда, когда многие узлы отключаются или подвергаются атакам, поскольку большинство узлов по-прежнему хранят действительную копию.

Сокращение времени: В финансовой индустрии блокчейн позволяет ускорить расчеты по сделкам, поскольку исключает длительный процесс проверки, расчетов и клиринга. Единый согласованный реестр используется всеми заинтересованными сторонами.

Надежность: Технология блокчейн подтверждает и проверяет личности заинтересованных сторон. Это исключает дублирование записей, снижает операционные издержки и ускоряет транзакции.

Неизменяемые транзакции: Регистрируя транзакции в хронологическом порядке, блокчейн подтверждает неизменность всех операций. После добавления блока в цепочку его нельзя удалить или незаметно изменить.

Предотвращение мошенничества: Обмен информацией и сетевой консенсус предотвращают потери, вызванные мошенничеством или хищениями. В логистических отраслях блокчейн функционирует как система мониторинга в реальном времени, снижающая затраты.

Безопасность: Атака на традиционную базу данных означает вывод из строя конкретной цели. В случае распределенных баз данных... Ledger Благодаря этой технологии каждая сторона хранит копию исходной цепочки, поэтому система остается работоспособной, даже если многие узлы выходят из строя.

Прозрачность: Изменения в публичных блокчейнах видны всем, что обеспечивает высокую прозрачность и позволяет проводить аудит транзакций.

Сотрудничество: Технология блокчейн позволяет сторонам совершать транзакции напрямую друг с другом без необходимости привлечения третьих лиц в качестве посредников.

Децентрализация: Стандартные правила регулируют обмен информацией в блокчейне между каждым узлом, поэтому все транзакции проверяются и добавляются в согласованном порядке.

Версии блокчейна

Давайте рассмотрим основные этапы развития блокчейна.

Версии блокчейна

Блокчейн 1.0: Валюта

Реализация распределенной системы Ledger Технологии привели к первому очевидному применению, которым стала криптовалюта. Это позволило осуществлять финансовые транзакции на основе технологии блокчейн, в первую очередь для обмена валюты и осуществления платежей. Bitcoin является наиболее ярким примером в этом сегменте.

Блокчейн 2.0: Smart Contracts

Следующая волна представила интеллектуальные системы управления.tracts — это небольшие программы, работающие на блокчейне. Они выполняются автоматически и проверяют заранее определенные условия, такие как содействие, проверка или обеспечение выполнения соглашения. Smart contracЭти технологии часто заменяют традиционные системы или, по крайней мере, автоматизируют их отдельные части.tracц.

Блокчейн 3.0: децентрализованные приложения

DApp — это аббревиатура от «децентрализованное приложение». Бэкенд DApp работает в децентрализованной одноранговой сети. Фронтенд DApp может быть написан на любом стандартном языке и взаимодействовать с его бэкендом на основе блокчейна, что по концепции аналогично традиционному веб- или мобильному приложению.

Блокчейн 4.0: интеграция предприятия и ИИ

Новейшее направление фокусируется на масштабируемости корпоративного уровня, совместимости между блокчейнами и интеграции с искусственным интеллектом. Примерами являются токенизированные реальные активы, агрегированные данные второго уровня. Ethereumцифровые валюты центральных банков и использование блокчейнов для регистрации проверяемого происхождения данных для обучения ИИ и результатов работы моделей.

Варианты блокчейна

Общая

В публичном блокчейне реестры видны всем пользователям интернета. Любой может проверить и добавить блок транзакций, а сеть обычно предлагает участникам вознаграждение в виде токенов. Bitcoin и Ethereum являются публичными блокчейнами.

Частные

Закрытый блокчейн существует внутри одной организации. Он позволяет только определенным лицам в этой организации проверять и добавлять блоки транзакций, в то время как доступ для чтения может быть ограничен по мере необходимости.

консорциум

В консорциумном блокчейне только группа уполномоченных организаций может проверять и добавлять транзакции. Реестр может быть открытым или доступным только для выбранных групп. Консорциумные блокчейны распространены в таких отраслях, как банковское дело, судостроение и т. д.ping, и здравоохранение.

Примеры использования блокчейна

Технология блокчейн в настоящее время используется в самых разных секторах, как показано в таблице ниже.

Сектор	Применение
Области применения:	Billмониторинг и передача данных Управление квотами в сетях поставок Токенизированные реальные активы
Правительство	Транснациональные услуги персонализированного управления Голосование и выпуск облигаций между физическими лицами Digiконтизация конtracдокументы и подтверждение права собственности для передачи прав Реестр и идентификация Телеадвокатские услуги Регистрация и обмен IP Квитанции об уплате налогов, нотариальные услуги и регистрация документов.
Интернет вещей (IoT)	Сети датчиков для сельского хозяйства и беспилотных летательных аппаратов Умные домашние сети Интегрированная инфраструктура «умного города» Беспилотные автомобили Персонализированные роботы и дроны Digiталантливые помощники
Медицина	Управление данными Универсальные электронные медицинские карты Данные проекта «Quantified Self» Анализ больших потоков медицинских данных Digiкошелек здоровья Тала и умная недвижимость Медицинские жетоны и средства для личностного развитияtracts
Наука и искусство	суперкомпьютерный Анализ толпы Ресурсы, предоставляемые пользователями (peer-to-peer). Digiпроисхождение произведений искусства и предметов коллекционирования
Финансы и учет	Digiплатеж в общей валюте Платежи и денежные переводы Децентрализованные рынки капитала Межведомственный учет Клиринг, торговля и производные финансовые инструменты Бухгалтерский учет

Важные примеры использования блокчейна в реальной жизни

1. Дубай: Умный город

В 2016 году офис Smart Dubai представил стратегию использования блокчейна. Благодаря этой технологии предприниматели и разработчики могут устанавливать связи с инвесторами и ведущими компаниями. Цель — внедрение системы на основе блокчейна, которая будет поддерживать множество отраслей и поможет сделать Дубай самым счастливым городом в мире. Если вы хотите построить карьеру в этой области, вы можете узнать больше об этом. как стать разработчиком блокчейна.

2. Стимулирование удержания клиентов

Incent — это сервис удержания клиентов, основанный на технологии блокчейн. Это программа лояльности, которая генерирует токены для компаний, входящих в партнерскую сеть. Токены обмениваются мгновенно и могут храниться в цифровых кошельках на телефоне или быть доступны через браузер.

3. Блокчейн для гуманитарной помощи

В январе 2017 года Всемирная продовольственная программа ООН запустила проект под названием «Строительные блоки» в регионе Синд в Пакистане. Используя технологию блокчейн, получатели помощи получали деньги и продукты питания, а каждая транзакция регистрировалась в блокчейне для обеспечения безопасности и прозрачности.

4. Центральный банк Digiтал Валюты

Такие страны, как Китай, Бразилия и Европейский союз, проводят пилотные проекты по внедрению цифровых валют центральных банков на основе блокчейна или инфраструктуры, созданной по образцу блокчейна. Цель этих проектов — модернизация платежей при сохранении контроля над политикой центрального банка.

Bitcoin Криптовалюта: самое популярное применение блокчейна.

Что такое Cryptocurrency?

Криптовалюта — это средство обмена, аналогичное традиционным валютам, таким как доллар США, но предназначенное для обмена цифровой информацией с использованием принципов криптографии. Криптовалюта — это цифровая валюта, относящаяся к подмножеству альтернативных и виртуальных валют.

Криптовалюта — это инструмент на предъявителя, основанный на цифровой криптографии. Владелец валюты обладает правом собственности, и никакие другие записи о личности владельца не хранятся. В 1998 году Вэй Дай опубликовал B-Money, анонимную распределенную электронную денежную систему, которая послужила источником вдохновения для последующих разработок.

Что такое Bitcoin?

Bitcoin Была основана в 2009 году неизвестным лицом или группой лиц, использовавших имя Сатоши Накамото. Bitcoin Это одноранговая технология, не регулируемая каким-либо центральным органом или банком. Выпуск и управление транзакциями осуществляются коллективно сетью.

В настоящее время это доминирующая криптовалюта в мире. Bitcoin Это проект с открытым исходным кодом, предназначенный для широкой публики, а это значит, что никто им не владеет и не контролирует. Общее количество монет ограничено 21 миллионом. Bitcoin остается крупнейшей криптовалютой по рыночной капитализации в 2026 году.

Кто угодно может использовать Bitcoin без уплаты высоких комиссий за обработку платежей, и отправитель и получатель совершают транзакции напрямую, без участия третьей стороны.

Блокировать и Bitcoin

Блокчейн — это технология, лежащая в основе Bitcoin. Bitcoin — это цифровой токен, а блокчейн — это реестр, который хранит информацию. track из тех, кто владеет этими токенами. У вас не может быть Bitcoin без блокчейна, но вы можете иметь блокчейн без Bitcoin.

К числу других известных криптовалют относятся:

• Ethereum (теперь Proof of Stake)
• Solana
• Cardano
• XRP
• Bitcoin Cash
• Litecoin

Блокчейн против общей базы данных

Блокчейн против общей базы данных

Параметры	Блокчейн	Общая база данных
Операции	Вставить только	Создание, чтение, обновление и удаление
копирование	Полная репликация на каждом узле	Схема "ведущий-ведомый" или мультимастер
Консенсус	Большинство участников должны прийти к согласию относительно результатов сделок.	Распределенные транзакции с использованием двухфазной фиксации или Paxos
Проверка	Глобальные правила применяются ко всей блокчейн-сети.	Только локальные ограничения целостности.
освобождение от посредников	Разрешено	Не положено
Конфиденциальность	Настраиваемый, часто псевдонимный	Не является полностью конфиденциальной.
прочность	Очень прочный	Less надежный

Мифы о блокчейне

Миф	Реальность
Это решает любую проблему	Нет, это один из типов баз данных со специфическими компромиссами.
Технология, не требующая доверия	Это может как подорвать доверие, так и распространить его.
Полностью безопасный	В центре внимания — честность, а не конфиденциальность.
Умный сtracЭто всегда законно.	Они выполняют лишь отдельные положения некоторых юридических законов.tracts
Неизменный	Оно обеспечивает высокую вероятностную неизменность.
Всегда тратит электроэнергию впустую.	блокчейны с доказательством доли владения, такие как Ethereum потребляет очень мало энергии
По своей природе не масштабируем.	Современные сети второго уровня и модульные цепочки масштабируются до тысяч транзакций в секунду.

Применение технологии блокчейн

Вот некоторые распространенные области применения блокчейна.

• Он используется для создания безопасного и прозрачного цифрового реестра всех транзакций.
• Это позволяет учебным заведениям создавать защищенную от подделки запись об успеваемости, доступную для студентов и преподавателей.
• Он используется для создания более эффективной системы торговли ценными бумагами.
• Кредиторы используют блокчейн для осуществления обеспеченных кредитов посредством смарт-контрактов.tracц.
• Использование технологии блокчейн для регистрации сделок с недвижимостью может обеспечить более безопасный способ проверки и передачи права собственности.
• Он используется для киping проверяемые идентификационные данные, такие как дата рождения, зафиксированная в общедоступном реестре.
• Технология блокчейн используется в логистике для track товаров по мере их перемещения по сети поставок.
• Этот метод все чаще используется для проверки происхождения обучающих данных для ИИ и подлинности результатов работы модели.

Ограничения технологии блокчейн

Технология блокчейн обладает мощными возможностями, но это не панацея. Вот наиболее распространенные ограничения, о которых следует помнить.

Более высокие затраты: Узлы стремятся к более высокому вознаграждению за завершение транзакций на рынке, функционирующем на основе спроса и предложения.

Более медленные транзакции: Узлы отдают приоритет транзакциям с более высоким вознаграждением, что может привести к накоплению задержек в периоды пиковой нагрузки.

Меньшие Ledgers: Поддерживать полную копию блокчейна не всегда возможно, что может повлиять на неизменность данных и консенсус на легковесных узлах.

Транзакционные издержки и скорость сети: Транзакционные издержки Bitcoin Это значительно выше, чем практически бесплатная плата, рекламировавшаяся в первые годы существования программы.

Риск ошибки: В контексте человеческого фактора всегда существует риск ошибок. Если блокчейн служит базой данных, все поступающие данные должны быть высокого качества, поскольку ошибки распространяются очень широко.

Использование ресурсов: Каждый узел в блокчейне с алгоритмом Proof of Work должен поддерживать консенсус, что потребляет энергию. Блокчейны с алгоритмом Proof of Stake значительно сократили этот показатель.

Совет блокчейнов

Совет блокчейнов Компания предоставляет сертификаты по блокчейну, предназначенные для людей, желающих построить карьеру в этой области. Для получения сертификатов требуются глубокие знания основных концепций блокчейна, и основное внимание уделяется Corda, интеллектуальным контроллерам и т.д.tracПриложения ts, Hyperledger и Quorum.

Сертификаты Blockchain Council полезны в таких отраслях, как цифровой маркетинг, здравоохранение и управление цепочками поставок. Обучение и сертификация ценны для предприятий, компаний и отдельных разработчиков, которые хотят применять блокчейн в традиционных рабочих системах.

В число сертификатов, предлагаемых Blockchain Council, входят:

• Сертифицированный блокчейн-эксперт
• Сертифицированный эксперт по Corda
• Сертифицированная Корда ArchiTECT
• Сертифицированный разработчик блокчейнов
• Сертифицированный специалист по безопасности блокчейна
• Сертифицированный Smart Contract Разработчик
• Сертифицированные Bitcoin ExpertXNUMX
• Сертифицированные Ethereum ExpertXNUMX

Если вы хотите узнать о создании собственной криптовалюты, вот бесплатный обучающий материал, который стоит посмотреть: Как создать свою собственную криптовалюту.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)