Обзор технологии блокчейн, декабрь 2017 г.

Биткоин – то, с чего начался блокчейн; в 2008 г.

Суть биткоина – это 3 основных глобальных технологии: 1) peer-to-peer сети (распределенные одноранговые сети, они равноправные и обмениваются равноправной информацией), 2) алгоритм консенсуса (в случае биткоина это proof of work; большинство криптовалют сегодня работает на этом типе алгоритма), 3) алгоритм криптошифрования шабал-256 (sha-256).

Три вышеперечисленные технологии были применены как единая в биткоине; до этого момента все они развивались отдельно.

Рис. 1: «Централизованная система и децентрализованная»

news

Как работают одноранговые распределенные сети: P2P-сети обмениваются между собой с ближайшим пиром по теории трех рукопожатий информацией.

Сети могут быть 3-х видов: централизованные, децентрализованные и распределенные. В чистом виде есть же только распределенные.

Суть блокчейна в том, что он представляет собой условную базу данных, которая содержит факты с самого первого блока его существования и до сегодняшнего дня; данные структурированы, факты объединены в блоки, и каждый из блоков связан с предыдущим блоком, т.е. каждый блок несет в себе хэш предыдущего блока. 

Хэширование – это функция, которая дает из любого входа заданный размер выхода. Изменение одного знака полностью меняет хэш. На стр. 2 представлен пример.

Криптографическая хэш-функция (см. рис. 3) имеет 3 основополагающих свойства: 1) свободна от коллизий (т.е. не существует никакого другого входа, который даст такой же хэш, как у кого-то; если такая математическая возможность есть, то это значит, что функция взломана), 2) она необратима (если мы знаем хэш, то ни при каких условиях мы не можем получить входные данные), 3 puzzle-friendly (если мы подаем ключ и шифруем с помощью криптофункции сообщение, то зная эти исходящие данные можно извлечь потом сообщение, которое нам надо).

Алгоритмы безопасности:

Sha-1: был разработан в 1995 г., теоретически был взломан в 2005 г. (было обосновано математиками, т.е. были найдены коллизии), опубликованы коллизии были только в 2017 г.

Рис. 2: «Хеширование»

news

Рис. 3: «Хэш-функция»
news

SHA-256: используется в биткоине, входит в семейство SHA-2 алгоритмов, был разработан в 2002 г., конкурс на разработку алгоритма проводило АНБ США; в 2008 г. были найдены коллизии для 22 и 31 итераций алгоритма, в 2012 г. принято решение, что SHA-3 будет базироваться на принципиально других алгоритмах защиты (см. рис. 4).

Фактически в 2012 г. было прекращено использование SHA-256.

Однако в биткоине используется. Считается, что на текущих компьютерных мощностях нельзя взломать этот алгоритм сегодня, в чем есть сомнения.

Рис. 4: «SHA-256»

news

Технология proof-of-work была разработана теоретически в 1993 г. И практическое применение получила в 1997 г.

Рис. 5: «Proof-of-work»

news

В среднем в одном блоке в биткоине 3000-5000 транзакций, объем блока 1 МБ. В биткоине используется «дерево Меркель» (с канцлером Германии ничего общего), это дает возможность существованию в биткоине облегченных узлов сети, т.е. клиенту не нужно иметь локальный узел его блокчейна размеров 150 ГБ, а достаточно иметь блокчейн только заголовков блоков (в биткоине это объем в 40 МБ, что тянет любой телефон). Верификация происходит путем указания пути нескольких хэшей.

В эфире, например, уже целых 3 дерева.

Рис. 6: «Дерево Меркель»

news

Рис. 7: «Дерево Меркель в эфире»
news

В 2011 г. был придуман алгоритм Scrypt (по сути это функция формирования ключа, которая заключается в том, что в оперативной памяти добавляет условно и случайно псевдослучайные величины, которые при расчете алгоритма используются) и криптовалюта Litecoin.

В 2012 г. был придуман алгоритм proof-of-stake (деньги делают деньги). Схема работы алгоритма представлена на рис. 8.

В 2014 г. разработан новый алгоритм, включающий в себя 6 ранее известных алгоритмов криптозащиты, которые запаковали один в один как матрешка. Так была придумана криптовалюта Dash (рис. 9). Основная ценность Dash – это возможность отмывания денег и их дальнейшая легализация, так как все транзакции в системе дробятся и смешиваются.

Рис. 8: «POS»

news

Рис. 9: «Dash»
news

В 2014 г. появился консенсус proof-of-space (майнинг на винчестерах). Эта технология соприкасается с облачными технологиями и виртуальной реальностью. Она дает людям возможность работать в распределенных децентрализованных сетях в облаке, а в будущем в виртуальной реальности. Главное преимущество технологии перед такими гигантами как Google или Apple – конфиденциальность.

В 2015 г. придуман совершенно новый и крутой алгоритм в своем роде – Ethash.

Рис. 10: «Ethash & Ethereum»

news

Позже появился алгоритм Equihash и криптовалюта Zcash. Эта технология позволяет математически обосновать анонимность ваших транзакций. Т.е. вы можете получить подтверждение транзакции, не разглашая отправителя, получателя и суммы. По сути Zcash – это лучшее, что есть из анонимных валют на сегодня.

Рис. 11 «Equihash & Zcash»

В последнее время была придумана технология Lightning Network (рис. 12). Самое интересное, что позволяет делать Lightning, – это транзакции между блокчейнами. Технология поддерживает практически все функции клиринга, т.е. даже биржа может быть полностью децентрализованной.

Рис. 12: «Lightning Network»

Очень интересно, как распределены майнинговые пулы биткоина в мире. Более 80% майнеров биткоина находятся в Китае.

Рис. 13: «майнинговые пулы биткоина»

Огромная проблема с ростом текущей сложности сети (рис. 14). Как видно из рисунка сложность сети за последние 10 дней выросла на 50% (это количество асиков, подключенных к розетке). Поэтому технологически в скором времени, если у биткоина не поменяется технология и алгоритм SHA-256 на более совершенные, он начнет проигрывать другим криптовалютам, что отразится на его капитализации.

Рис. 14: «Рост сложности сети биткоина»

Рис. 15: «Вызовы перед системой Bitcoin»

Важный момент: 11 октября 2017 г. Intel предоставила 17-кубитный сверхпроводящий квантовый чип. Сейчас чип внедряется по офисам Intel насколько известно. Это предпосылка к вероятному взлому в будущем биткоина.

Рис. 16: «Сравнительная таблица биткоинов»

Сегодня только у Bitcoin Gold используются современные технологии, он наиболее защищен и удобен, хотя при этом его цена на бирже ниже, чем у других.

Данный обзор ситуации вокруг технологии блокчейн и возможностей ее применения систематизирует знания о технологии и текущую ситуацию, а также может служить своеобразной памяткой и помогает понять перспективы развития технологии и ее применении в мире в скором будущем.

Обзор подготовлен командой Barbarossa.

Обзор технологии блокчейн, декабрь 2017 г.