Что такое блокчейн и как он работает: объясняем простыми словами

Например, при переводе криптовалюты в блокчейне записывается, с какого цифрового адреса на какой перевели деньги и какая это была сумма. Новые записи добавляются к предыдущим, а старые трудно незаметно изменить.

Название blockchain буквально переводится как «цепочка блоков»: block — «блок», chain — «цепь». Записи собираются в группы — блоки. Новые блоки один за другим добавляются к предыдущим по правилам конкретной сети. Так постепенно растёт цепочка.

Связь между блоками помогает заметить подмену данных. Если изменить запись в старом блоке, изменится его связь со следующими блоками. Чтобы скрыть такую подмену, пришлось бы менять и следующие блоки, а затем пройти проверку по правилам блокчейна. Поэтому старые записи трудно незаметно подменить.

Кроме того, у блокчейна нет одного главного хранилища, где лежат все записи. Копии данных хранятся в разных местах и обновляются по общим правилам. Такое устройство называют распределённым реестром. Поэтому недостаточно изменить данные только в одной копии: она перестанет совпадать с остальными. Это ещё одна причина, почему подменить старые записи незаметно сложно.

Идеи, которые позже использовали в блокчейне, появились ещё в начале 1990-х годов. Учёные уже тогда искали способы защищать цифровые документы от незаметных изменений. В 2008 году Сатоси Накамото представил Bitcoin — систему цифровых денег, в которой переводы можно проводить без банка. История этих переводов хранится в блокчейне. В него записывается, откуда и куда перевели биткоины и какая это была сумма.

Так блокчейн стал известен прежде всего благодаря биткоину. Но хранить в нём можно не только записи о переводах. Эту технологию используют и для других задач: например, чтобы проверять подлинность дипломов или фиксировать, кому принадлежит предмет в компьютерной игре.

Мы уже знаем, что записи в блокчейне собираются в блоки. Чтобы связать их между собой, для каждого блока вычисляют хеш — его цифровой отпечаток. Хеш зависит от данных внутри блока: если изменить, например, сумму перевода, хеш почти наверняка тоже изменится. Так можно заметить, что данные в блоке поменяли.

Допустим, есть три блока. Во втором записан хеш первого, а в третьем — хеш второго. Если изменить данные в первом блоке, у него получится уже другой хеш. Но во втором останется прежний — и связь между блоками перестанет сходиться.

Так хеши связывают отдельные блоки в цепочку и позволяют заметить изменения в её истории. Но возникает следующий вопрос: кто решает, какие новые записи можно добавить в блокчейн? Для этого в сети существуют правила согласования — механизм консенсуса.

Во многих привычных системах базой данных управляет одна организация. Например, школьной базой — школа, а банковской — банк. В блокчейне общие записи могут хранить и проверять несколько участников. Правила сети определяют, как проверить новую запись и можно ли добавить её к остальным. Для этого и нужен консенсус.

Разберём на примере перевода цифровых денег. Один человек отправляет деньги другому — в сети появляется новая запись о переводе. Сначала нужно проверить, всё ли с ней в порядке: например, действительно ли отправитель может распоряжаться этими деньгами. Для этого в том числе используют цифровую подпись. Она создаётся с помощью приватного ключа — секретных данных, доступ к которым должен быть только у владельца кошелька. По подписи система может проверить, что перевод подтвердили с помощью нужного ключа и что данные о переводе после этого не изменили.

Если проверка пройдена, запись можно добавить в новый блок. Но участники сети должны согласовать, какие записи попадут в общую историю. В разных блокчейнах такое согласование устроено по-разному. Например, в Bitcoin компьютеры соревнуются в решении специальной задачи. Когда один из них находит решение, остальные проверяют результат. Если всё верно, новый блок можно добавить к цепочке. В других блокчейнах участники оставляют часть своей криптовалюты как залог и помогают проверять новые блоки. Если кто-то нарушает правила, он может потерять часть залога. После подтверждения новый блок добавляется к цепочке и связывается с предыдущим с помощью хеша.

У разных блокчейнов управление устроено по-разному. Например, обычной банковской системой управляет банк. Он решает, кто может работать с ней и какие правила в ней действуют. У блокчейна одного такого владельца может не быть.

Например, Bitcoin и Ethereum — открытые блокчейны. К ним могут подключаться люди из разных стран и организаций. Новые записи проверяются по общим правилам, и никто не может единолично управлять всей системой.

Но бывают блокчейны с ограниченным доступом. Например, такую сеть могут создать несколько банков для совместной работы. Тогда они сами определяют, кто может подключаться к системе и подтверждать новые записи.

Блокчейн используют не только для цифровых денег. Эту технологию применяют в образовании, медицине, играх, финансах и государственных проектах. Где-то такие системы уже работают, а где-то их пока только разрабатывают и тестируют.

Дипломы и другие документы об образовании. В блокчейн можно записать хеш цифрового диплома, а сам документ хранить отдельно. При проверке хеш вычисляют заново: если он совпадает с сохранённым, значит, диплом после выдачи не меняли. При этом хеш не подтверждает, что сведения в документе изначально были верными, — имеет значение, кто его выдал.

Медицинские данные. Блокчейн можно использовать, чтобы хранить информацию о том, кто получил доступ к медицинским данным. Например, пациент может разрешить врачу просматривать свои записи. Но правила доступа определяют законы и медицинская система. Пока многие такие проекты только тестируют: нужно надёжно защищать личные данные и быстро обрабатывать большой объём информации.

Предметы в компьютерных играх. Представим редкий меч из компьютерной игры. С ним можно связать NFT — цифровой жетон, запись о котором хранится в блокчейне. По этой записи можно узнать, кому принадлежит жетон. При этом сам меч существует внутри игры: там хранятся его внешний вид и свойства. Поэтому, если игру закроют, NFT может сохраниться, а воспользоваться мечом уже не получится.

В России блокчейн применяют, например, при дистанционном электронном голосовании (ДЭГ) в Москве. В системе сохраняются записи о ходе голосования, а блокчейн вместе с шифрованием и другими средствами защиты помогает уберечь их от незаметных изменений.

Другое применение связано с банками. Российская платформа «Мастерчейн» позволяет работать с цифровыми банковскими гарантиями. Это документы, в которых банк обещает выплатить деньги, если его клиент не выполнит свои обязательства.

Это помогает выявлять подделки.

У блокчейна есть недостатки. Перед добавлением новых записей их нужно проверить по правилам сети. На это нужны время и ресурсы. В одних блокчейнах проверка сложнее, в других — проще, поэтому скорость и затраты у разных систем отличаются.

Старые записи в блокчейне трудно изменить — и это не всегда удобно. Например, если в запись попала ошибка, её нельзя просто исправить или удалить. Обычно приходится добавлять новую запись с правильными данными. Проблемы могут возникнуть и с личной информацией, если её понадобится удалить.

Блокчейн также не защищает от всех опасностей. Например, в нём могут работать смарт-контракты — программы, которые сами выполняют заданные действия. Если в такой программе есть ошибка, человек может потерять деньги. Важно беречь и приватный ключ от криптокошелька. Это секретные данные, которые нужны для подтверждения операций. Если ключ от обычного кошелька украдут, злоумышленник сможет воспользоваться деньгами.

Наконец, блокчейн нужен не всегда. Например, школьные оценки может хранить сама школа: ей не требуется создавать для этого блокчейн. Если с данными спокойно может работать одна организация, часто достаточно обычной базы данных.

Блокчейн может стать темой для школьного IT-проекта. Начать можно с простых задач: написать программу, которая создаёт хеши, собрать из нескольких записей небольшую цепочку блоков или посмотреть, как изменение одной записи влияет на всю цепочку. Так станет понятнее, как описанные в статье принципы работают на практике.

Следующий шаг — попробовать написать простой смарт-контракт. Например, можно задать ей условие и проверить, правильно ли она его выполняет. Для таких экспериментов существуют тестовые сети: в них можно запускать программы и проводить пробные операции без настоящих денег.

Такие проекты дают практику в программировании. Нужно написать код, проверить его работу, найти ошибки и исправить их. Постепенно можно разобраться и в том, как компьютеры обмениваются данными по сети и как защищают информацию.

Умение писать и проверять код нужно разработчикам, а понимание того, как передаются и защищаются данные, — специалистам по информационной безопасности. Поэтому проект с блокчейном может помочь школьнику попробовать разные задачи из IT и понять, какие из них ему интереснее.

Блокчейн используют в разных сферах: от образования и игр до финансов и государственных систем. Но подходит он не для каждой задачи.

Это полезно, когда с одними данными работают несколько участников. Если такой защиты не требуется, можно обойтись более простой системой.