Підручник з блокчейну: Навчання на прикладах

Що таке Blockchain?

Blockchain — це ланцюжок блоків, що містить інформацію. Ця техніка розроблена для позначення цифрових документів часом, щоб ніхто не міг їх заднім числом датувати або підробити. Блокчейн вирішує проблему подвійного запису, не покладаючись на центральний сервер, саме тому він лежить в основі значної частини сучасної цифрової економіки.

Команда blockchain використовується для безпечного переміщення таких предметів, як гроші, майно та іншіtracts, без необхідності стороннього посередника, такого як банк чи державна установа. Після того, як дані записані всередині блокчейну, їх стає надзвичайно важко змінити.

Блокчейн – це програмний протокол, подібний до того, як працює SMTP для електронної пошти. Однак блокчейни не можуть працювати без інтернету, і їх іноді називають метатехнологією, оскільки вони впливають на інші технології. Повний стек включає базу даних, програмний застосунок, мережу підключених комп’ютерів та механізм консенсусу.

Іноді цей термін стосується саме Bitcoin Блокчейн або Ethereum Блокчейн, а іноді й інші віртуальні валюти, цифрові токени або розподілені реєстри підприємств. У кожному випадку основна ідея полягає в спільному записі, який можна лише додавати, та який реплікується між багатьма учасниками.

Чим НЕ Є блокчейн

Перш ніж заглиблюватися, варто розвіяти кілька постійних помилкових уявлень:

• Блокчейн – ні Bitcoin, але це технологія позаду Bitcoin.
• Bitcoin – це цифровий токен, а блокчейн – це реєстр, який зберігає track того, кому належать ці токени.
• Ви не можете мати Bitcoin без блокчейну, але ви можете мати блокчейн і без нього Bitcoin.
• Блокчейн не завжди анонімний. Більшість публічних блокчейнів є псевдонімними, тобто адреси видно навіть тоді, коли справжні особи не видно.

Blockchain Archiтектура

Тепер давайте вивчимо архітектуру блокчейну, розбивши її на основні компоненти.

Що таке блок?

Блокчейн — це ланцюжок блоків, що містять інформацію. Дані, що зберігаються всередині блоку, залежать від типу блокчейну.

Na przykład,,en Bitcoin Блок містить інформацію про відправника, одержувача та кількість переданих біткоїнів.

Bitcoin Блокувати

Перший блок у ланцюжку називається Блок генезисуКожен новий блок пов'язаний з попереднім блоком, утворюючи ланцюжок.

Розуміння хешу SHA-256

Кожен блок також має хеш. Хеш можна розуміти як унікальний для кожного блоку відбиток. Він ідентифікує блок та весь його вміст і завжди унікальний, як і відбиток. Після створення блоку будь-яка зміна всередині блоку призведе до зміни хешу.

Що таке хеш SHA-256

Тому хеш дуже корисний, коли потрібно виявити зміни. Якщо відбиток блоку змінюється, він більше не представляє той самий блок.

Кожен блок зберігає:

1. дані
2. Мішанина
3. Хеш попереднього блоку

Розглянемо приклад нижче, де у нас є ланцюжок із трьох блоків. Перший блок не має попередника, тому він не зберігає хеш попереднього блоку. Блок 2 містить хеш блоку 1, а блок 3 містить хеш блоку 2.

Кожен блок містить хеш попереднього блоку. Саме ця техніка робить блокчейн таким безпечним. Ось як це працює.

Припустимо, що зловмисник змінює дані всередині блоку 2. Хеш блоку 2 також змінюється. Але блок 3 все ще зберігає старий хеш блоку 2, що робить блок 3 та кожен блок після нього недійсним, оскільки хеші попереднього блоку більше не збігаються.

Таким чином, зміна одного блоку може швидко зробити недійсним кожен наступний блок.

Механізми консенсусу: доказ роботи та доказ частки

Хеші – це чудовий механізм запобігання втручанню, але сучасні комп'ютери можуть обчислювати сотні тисяч хешів за секунду. За лічені хвилини зловмисник може втрутитися в блок, а потім перерахувати всі хеші інших блоків, щоб знову зробити ланцюжок коректним.

Щоб запобігти цьому, блокчейни використовують механізм консенсусу. Дві найпоширеніші родини - це Proof of Work та Proof of Stake.

Доказ роботи (PoW) – це обчислювальна головоломка, вирішення якої вимагає значних зусиль, але результат можна швидко перевірити. У випадку Bitcoin, в середньому потрібно близько 10 хвилин, щоб розрахувати необхідний доказ роботи для додавання нового блоку до ланцюжка. Якщо хакер захоче змінити блок 2, йому потрібно буде повторити доказ роботи для цього блоку та кожного наступного блоку.

Підтвердження частки (PoS) це новіший підхід, який використовується Ethereum, Солана, Cardano, та більшість сучасних ланцюгів першого рівня. Валідатори блокують або ставлять на позицію власні токени, щоб отримати право пропонувати та перевіряти блоки. Ethereum завершила Злиття у вересні 2022 року, замінивши Proof of Work на Proof of Stake та зменшивши енергетичний слід мережі приблизно на 99.95 відсотка.

Незалежно від того, чи використовує блокчейн PoW чи PoS, саме поєднання хешування та консенсусу забезпечує безпеку блокчейну.

Розподілена мережа P2P

Блокчейни також захищають себе завдяки розподіленості. Замість використання центрального органу для управління ланцюгом, блокчейни використовують розподілену однорангову мережу, до якої може приєднатися будь-хто. Коли учасник входить до мережі, він отримує повну копію блокчейну, і кожен комп'ютер називається вузол.

Коли будь-який користувач створює новий блок, цей блок транслюється кожному вузлу в мережі. Кожен вузол перевіряє блок, щоб переконатися, що він не був змінений. Після перевірки кожен вузол додає блок до своєї копії ланцюжка.

Вузли в мережі створюють консенсусВони домовляються про те, які блоки є дійсними, а які ні. Вузли відхилятимуть блоки, які виглядають підробленими.

Щоб успішно втрутитися в блокчейн, зловмиснику потрібно:

1. Підробіть кожен блок на ланцюзі.
2. Перевиконайте підтвердження роботи або повторно використовуйте необхідний доступ валідатора для кожного блоку.
3. Візьміть під контроль понад 50 відсотків однорангової мережі.

Таке поєднання практично неможливе у великому публічному ланцюжку, тому блокчейни вважаються такими безпечними.

Як працює технологія блокчейн?

Процес транзакцій блокчейну

Типова транзакція блокчейну складається з чотирьох високорівневих кроків.

Крок 1) Користувач запитує транзакцію. Транзакція може включати криптовалюту, смарт-мошенництва.tracдокументи, записи чи іншу інформацію.

Крок 2) Запитана транзакція транслюється до однорангової мережі вузлів.

Крок 3) Мережа вузлів перевіряє транзакцію та статус користувача за допомогою відомих алгоритмів консенсусу, таких як Proof of Work або Proof of Stake.

Крок 4) Після підтвердження транзакція об'єднується з іншими в новий блок, який потім додається до існуючого ланцюжка таким чином, що він є постійним і незмінним.

Навіщо нам потрібен блокчейн?

Ось деякі з найважливіших причин, чому технологія блокчейн стала такою популярною.

Стійкість: Блокчейни використовують репліковану архітектуру. Ланцюг продовжує працювати навіть тоді, коли багато вузлів виходять з ладу або зазнають атаки, оскільки більшість вузлів все ще зберігають дійсну копію.

Скорочення часу: У фінансовій галузі блокчейн дозволяє швидше здійснювати розрахунки, оскільки усуває тривалий процес перевірки, розрахунків та оформлення документів. Єдиний узгоджений реєстр використовується всіма зацікавленими сторонами.

Надійність: Блокчейн сертифікує та перевіряє особи зацікавлених сторін. Це видаляє дублікати записів, зменшує операційні витрати та пришвидшує транзакції.

Незмінні транзакції: Реєструючи транзакції в хронологічному порядку, блокчейн засвідчує незмінність усіх операцій. Після додавання блоку до ланцюжка його не можна видалити або непомітно змінити.

Запобігання шахрайству: Спільна інформація та мережевий консенсус запобігають збиткам, спричиненим шахрайством або розкраданням. У галузях, що базуються на логістиці, блокчейн функціонує як система моніторингу в режимі реального часу, що знижує витрати.

Безпека: Атака на традиційну базу даних означає знищення певної цілі. За допомогою розподіленої Ledger Завдяки технології кожна сторона зберігає копію оригінального ланцюжка, тому система залишається працездатною, навіть якщо багато вузлів вийдуть з ладу.

Прозорість: Зміни в публічних блокчейнах видно всім, що створює високу прозорість і робить транзакції доступними для аудиту.

Співпраця: Блокчейн дозволяє сторонам здійснювати транзакції безпосередньо одна з одною без необхідності посередництва третіх осіб.

Децентралізація: Стандартні правила регулюють, як кожен вузол обмінюється інформацією блокчейну, тому всі транзакції перевіряються та додаються в узгодженому порядку.

Версії блокчейна

Давайте пройдемося по основних епохах розвитку блокчейну.

Версії блокчейна

Блокчейн 1.0: Валюта

Впровадження розподіленого Ledger Технології призвели до першого очевидного застосування, яким стала криптовалюта. Це дозволило здійснювати фінансові операції на основі технології блокчейн, головним чином для валюти та платежів. Bitcoin є найяскравішим прикладом у цьому сегменті.

Блокчейн 2.0: Розумна афераtracts

Наступна хвиля представила смарт-конtracts, невеликі програми, що працюють у блокчейні. Вони виконуються автоматично та перевіряють заздалегідь визначені умови, такі як сприяння, верифікація або забезпечення виконання угоди. Розумні контроверсіїtracчасто замінюють або принаймні автоматизують частини традиційних конtracц.

Блокчейн 3.0: децентралізовані додатки (DApps)

DApp – це абревіатура від децентралізований додаток (decentralized application). Логіка серверної частини DApp працює в децентралізованій одноранговій мережі. DApp може мати фронтенд, написаний будь-якою стандартною мовою, яка звертається до його серверної частини на основі блокчейну, подібно за концепцією до традиційного веб- або мобільного додатку.

Блокчейн 4.0: Інтеграція підприємств та штучного інтелекту

Найновіша хвиля зосереджена на масштабованості корпоративного рівня, взаємодії між блокчейнами та інтеграції зі штучним інтелектом. Прикладами є токенізовані реальні активи, зведення рівня 2 на Ethereum, цифрові валюти центральних банків та використання блокчейнів для запису перевіреного походження даних для навчання ШІ та результатів моделювання.

Варіанти блокчейна

громадськості

У публічному блокчейні реєстри видимі для всіх в Інтернеті. Будь-хто може перевірити та додати блок транзакцій, а мережа зазвичай пропонує учасникам токен-заохочення. Bitcoin та Ethereum є публічними ланцюгами.

приватний

Приватний блокчейн знаходиться в межах однієї організації. Він дозволяє лише певним людям у цій організації перевіряти та додавати блоки транзакцій, тоді як доступ на читання може бути обмежений за потреби.

консорціум

У консорціумному блокчейні лише група уповноважених організацій може перевіряти та додавати транзакції. Реєстр може бути відкритим або обмеженим для обраних груп. Консорціумні блокчейни поширені в таких галузях, як банківська справа, судноплавство.ping, та охорона здоров'я.

Варіанти використання блокчейну

Технологія блокчейн зараз використовується в широкому спектрі секторів, як показано в таблиці нижче.

Сектор	Використання
ринки	Billування, моніторинг та передача даних Управління квотами в мережах ланцюгів поставок Токенізовані реальні активи
Уряд	Транснаціональні персоналізовані послуги управління Голосування та випуск облігацій між рівними учасниками Digiтизація конtracта підтвердження права власності для передачі Реєстрація та ідентифікація Послуги телеадвоката Реєстрація та обмін IP Податкові квитанції, нотаріальні послуги та реєстрація документів
Інтернет речей (IoT)	Сільськогосподарські та дронові сенсорні мережі Розумні домашні мережі Інтегрована інфраструктура розумного міста Безпілотні транспортні засоби Персоналізовані роботи та дрони Digiасистенти
Здоров'я	Управління даними Універсальні електронні медичні записи Кількісно визначені загальні дані про себе Аналіз потоків великих медичних даних Digiгаманець для здоров'я та розумна власність Токени здоров'я та особистісний розвитокtracts
Наука і мистецтво	Суперкомп'ютер Аналіз натовпу Однорангові ресурси Digiпоходження творів мистецтва та колекційних предметів
Фінанси та бухгалтерський облік	Digiоплата у валюті Платежі та грошові перекази Децентралізовані ринки капіталу Міжпідрозділовий облік Кліринг, торгівля та деривативи Буккіping

Важливі приклади використання блокчейну в реальному житті

1. Дубай: Розумне місто

У 2016 році офіс Smart Dubai представив стратегію блокчейну. Використовуючи цю технологію, підприємці та розробники можуть зв'язуватися з інвесторами та провідними компаніями. Мета полягає у впровадженні системи на основі блокчейну, яка підтримує багато галузей та допомагає зробити Дубай найщасливішим містом у світі. Якщо ви хочете побудувати кар'єру в цій галузі, ви можете дізнатися більше про як стати розробником блокчейн.

2. Стимулювання утримання клієнтів

Incent — це пропозиція «Утримання споживачів як послуга» на основі технології блокчейн. Це програма лояльності, яка генерує токени для бізнесу всередині афілійованої мережі. Токени обмінюються миттєво та можуть зберігатися в цифрових гаманцях на телефоні або отримувати до них доступ через браузер.

3. Блокчейн для гуманітарної допомоги

У січні 2017 року Всесвітня продовольча програма Організації Об'єднаних Націй розпочала проект під назвою «Будівельні блоки» в регіоні Сінд у Пакистані. Використовуючи технологію блокчейн, бенефіціари отримували гроші та продукти харчування, а кожна транзакція реєструвалася в блокчейні для забезпечення безпеки та прозорості.

4. Центральний банк Digiвалюти

Такі країни, як Китай, Бразилія та Європейський Союз, проводять пілотні проекти цифрових валют центральних банків на блокчейні або інфраструктурі, натхненній блокчейном. Ці проекти спрямовані на модернізацію платежів, зберігаючи при цьому контроль над політикою центрального банку.

Bitcoin Криптовалюта: найпопулярніше застосування блокчейну

Що таке криптовалюта?

Криптовалюта — це засіб обміну, подібний до традиційних валют, таких як долар США, але він призначений для обміну цифровою інформацією за принципами криптографії. Криптовалюта — це цифрова валюта, яка класифікується як підмножина альтернативних та віртуальних валют.

Криптовалюта — це інструмент на пред'явника, заснований на цифровій криптографії. Власник валюти є власником, і жодних інших записів про особу власника не ведеться. У 1998 році Вей Дай опублікував B-Money, анонімну розподілену систему електронних грошей, яка надихнула на пізніші розробки.

Що таке Bitcoin?

Bitcoin був запущений у 2009 році невідомою особою або групою під ім'ям Сатоші Накамото. Bitcoin — це технологія peer-to-peer, яка не регулюється жодним центральним органом чи банком. Випуск та управління транзакціями здійснюються мережею колективно.

Наразі це домінуюча криптовалюта у світі. Bitcoin має відкритий вихідний код та розроблений для широкої публіки, що означає, що ніхто не володіє ним і не контролює його. Загальна пропозиція обмежена 21 мільйоном монет. Bitcoin залишається найбільшою криптовалютою за ринковою капіталізацією у 2026 році.

Будь-хто може використовувати Bitcoin без сплати високих комісій за обробку, а відправник і одержувач здійснюють транзакції безпосередньо, без використання третьої сторони.

Блокчейн і Bitcoin

Блокчейн – це технологія Bitcoin. Bitcoin – це цифровий токен, а блокчейн – це реєстр, який зберігає track того, кому належать ці токени. Ви не можете мати Bitcoin без блокчейну, але ви можете мати блокчейн і без нього Bitcoin.

Інші відомі криптовалюти включають:

• Ethereum (тепер Proof of Stake)
• Солана
• Cardano
• XRP
• Bitcoin готівкові гроші
• Litecoin

Блокчейн проти спільної бази даних

Блокчейн проти спільної бази даних

Параметри	Blockchain	Спільна база даних
Operaвих	Тільки вставка	Створення, читання, оновлення та видалення
Реплікація	Повна реплікація на кожному вузлі	Головний-підлеглий або мультиголовний
Консенсус	Більшість учасників повинні погодитися з результатом транзакцій	Розподілені транзакції з використанням двофазного фіксування або Paxos
Перевірка	Глобальні правила застосовуються по всьому блокчейну	Тільки локальні обмеження цілісності
Неінтермедіація	Дозволено	Не дозволено
Конфіденційність	Налаштовується, часто псевдонімний	Не повністю конфіденційно
Надійність	Дуже міцний	Less міцний

Міфи про блокчейн

Міф	Реальність
Це вирішує будь-яку проблему	Ні, це один тип бази даних зі специфічними компромісами
Бездовірні технології	Це може змінити довіру, а також розподілити її
Повністю безпечно	Він зосереджений на чесності, а не на конфіденційності
Розумний шахрайtracзавжди законні	Вони виконують лише частини деяких юридичних умовtracts
Незмінний	Він пропонує сильну ймовірнісну незмінність
Завжди витрачає електроенергію даремно	Ланцюжки Proof of Stake, такі як Ethereum використовують дуже мало енергії
Немасштабований за своєю суттю	Сучасні мережі другого рівня та модульні ланцюги масштабуються до тисяч транзакцій за секунду.

Застосування технології Blockchain

Ось деякі поширені застосування блокчейну.

• Він використовується для створення безпечної та прозорої цифрової книги всіх транзакцій.
• Це дозволяє навчальним закладам створювати захищений від несанкціонованого втручання облік академічних досягнень, доступний для студентів та викладачів.
• Він використовується для створення більш ефективної системи торгівлі цінними паперами.
• Кредитори використовують блокчейн для виконання забезпечених позик через смарт-моделіtracц.
• Використання технології блокчейн для реєстрації операцій з нерухомістю може забезпечити безпечніший спосіб перевірки та передачі права власності.
• Його використовують для зберіганняping перевірені атрибути особи, такі як дата народження, у публічному реєстрі.
• Блокчейн використовується в логістиці для track товарів під час їхнього переміщення мережею ланцюга поставок.
• Його все частіше використовують для перевірки походження даних навчання ШІ та автентичності результатів моделі.

Обмеження технології блокчейн

Блокчейн — потужний засіб, але він не панацея. Ось найпоширеніші обмеження, про які слід знати.

Вищі витрати: Вузли прагнуть отримати вищу винагороду за завершення транзакцій на ринку, який працює на основі попиту та пропозиції.

Повільніші транзакції: Вузли надають пріоритет транзакціям з вищою винагородою, що може призвести до накопичення затримок під час пікового попиту.

Менші Ledgers: Не завжди можливо підтримувати повну копію блокчейну, що може вплинути на незмінність та консенсус на легких вузлах.

Витрати на транзакції та швидкість мережі: Вартість транзакції Bitcoin набагато вища, ніж майже безкоштовні збори, що рекламувалися на початку його існування.

Ризик помилки: Завжди існує ризик помилки, коли задіяні люди. Якщо блокчейн служить базою даних, усі вхідні дані повинні бути високої якості, оскільки помилки поширюються широко.

Використання ресурсу: Кожен вузол, на якому працює блокчейн Proof of Work, повинен підтримувати консенсус, що споживає енергію. Ланцюги Proof of Stake значно зменшили цей вплив.

Blockchain Council

Blockchain Council надає сертифікати з блокчейну, розроблені для людей, які хочуть зробити кар'єру в галузі блокчейну. Сертифікації вимагають глибоких знань основних концепцій блокчейну та зосередження на Corda, розумних конторах...tracts, Hyperledger та Quorum додатки.

Сертифікати Blockchain Council корисні в таких галузях, як цифровий маркетинг, охорона здоров'я та ланцюги поставок. Навчання та сертифікації цінні для підприємств, бізнесів та окремих розробників, які хочуть застосовувати блокчейн у традиційних робочих системах.

Сертифікати, що пропонуються Радою блокчейну, включають:

• Сертифікований експерт з блокчейну
• Сертифікований експерт Corda
• Сертифікована Corda ArchiTECT
• Сертифікований розробник блокчейнів
• Сертифікований фахівець з безпеки блокчейну
• Сертифікований Smart ContracРозробник
• Сертифікований Bitcoin Експерт
• Сертифікований Ethereum Експерт

Якщо ви хочете дізнатися про створення власної криптовалюти, ось безкоштовний навчальний посібник, який варто переглянути: Як створити власну криптовалюту.

Поширені запитання