Блокчейны защищены с помощью различных механизмов, которые включают в себя передовые криптографические методы и математические модели поведения и принятия решений. Технология блокчейн является базовой структурой большинства криптовалютных систем и предотвращает дублирование или уничтожение такого рода цифровых денег.

Использование технологии блокчейн также исследуется в других сферах, где неизменность данных и безопасность очень важна. Несколько примеров включают в себя акты регистрации и отслеживания благотворительных пожертвований, медицинские базы данных и управление цепочками поставок.

Тем не менее безопасность технологии блокчейн, далеко не простая тема. Следовательно, важно понимать основные концепции и механизмы, обеспечивающие надежную защиту этих инновационных систем.

Концепция неизменности и консенсуса

Хотя многие функции играют важную роль в безопасности, связанной с блокчейн, две из наиболее важных, это концепции консенсуса и неизменности. Консенсус относится к способности узлов в сети распределенной цепочки блоков согласовывать истинное состояние сети и достоверность транзакций. Как правило, процесс достижения консенсуса зависит от так называемых алгоритмов консенсуса.

С другой стороны, неизменность относится к способности блокчейн предотвращать изменение уже подтвержденных транзакций. И хотя эти транзакции часто связаны с передачей криптовалют, они также могут относиться к записи других менее надежных форм цифровых данных.

Сочетание консенсуса и неизменности обеспечивают основу для безопасности данных в блокчейне. Хотя алгоритмы консенсуса обеспечивают соблюдение правил системы и согласие всех участвующих сторон о текущем состоянии сети, неизменность гарантирует целостность данных и записанных транзакций после того, как каждый новый блок был подтвержден как действительный.

Роль криптографии в безопасности блокчейн

Блокчейны в значительной степени полагаются на криптографию для обеспечения безопасности своих данных. Одна криптографическая функция, которая чрезвычайно важна в таком контексте, это хеширование. Хеширование - это процесс, при котором алгоритм, известный как хеш-функция, получает входные данные (любого размера) и возвращает определенный вывод, содержащий значение фиксированной длины.

Независимо от размера ввода данных, вывод всегда будет иметь одинаковую длину. Если вход изменяется, выход будет совершенно другим. Однако, если входные данные не изменяются, полученный в результате хеш всегда будет одинаковым, независимо от того, сколько раз вы запускаете хеш-функцию.

В блокчейнах значение получаемое на выходе, известно как хэш, и он используются в качестве уникального идентификатора для блока данных. Хеш каждого блока генерируется относительно хеша предыдущего блока, и именно это связывает их вместе, образуя цепочку из блоков. Более того, хеш блока зависит от данных, содержащихся в этом блоке, означая что любое изменение данных потребует изменения хеша этого блока.

Следовательно, хэш каждого блока генерируется на основе данных, содержащихся в этом блоке, и хеша предыдущего. Эти хеш идентификаторы играют важную роль в обеспечении безопасности и неизменности блокчейна.

Хеширование также используется в алгоритмах консенсуса, используемых для проверки транзакций. Например, в Биткойн блокчейне алгоритм Proof of Work (PoW), используемый для достижения консенсуса и для добычи новых монет, использует хеш-функцию SHA-256. Как следует из названия, SHA-256 принимает и возвращает данные хэшем длиной 256 бит или 64 символа.

Помимо обеспечения защиты и записи транзакций в регистрах, криптография также играет роль в обеспечении безопасности кошельков, используемых для хранения криптовалютных единиц. Парные публичные и приватные ключи, которые соответственно позволяют пользователям получать и отправлять платежи, создаются с использованием асимметричного шифрования или криптографии с открытым ключом. Публичные ключи используются для генерации цифровых подписей транзакций, что позволяет аутентифицировать право собственности на отправляемые монеты.

Хотя подробности выходят за рамки данной статьи, природа асимметричной криптографии не позволяет никому, кроме владельца приватного ключа, получить доступ к средствам, хранящимся на криптовалютном кошельке, таким образом эти средства хранятся в безопасности, пока владелец не решит их потратить (пока приватный ключ не передавался или не был скомпрометирован).

Криптоэкономика

В дополнение к криптографии, относительно новая концепция, известная как криптоэкономика, также играет важную роль в поддержании безопасности блокчейн сетей. Это связано с областью исследования, известной как теория игр, которая математически моделирует принятие рациональных решений участниками в различных ситуациях с заранее определенными правилами и наградами. В то время как традиционная теория игр может широко применяться в множестве случаев, криптоэкономика специально моделирует и описывает поведение узлов в распределенных блокчейн системах.

Если быть короче, криптоэкономика - это изучение экономики в области блокчейн протоколов и возможных результатов, которые их конструкция может предоставить на основе поведения своих участников. Безопасность криптоэкономики основана на представлении о том, что блокчейн системы предоставляют больше стимулов для честных действий узлов, чем для злонамеренного или ошибочного поведения. Алгоритм консенсуса Proof of Work, используемый в Биткойн майнинге, является хорошим примером такой структуры стимулов.

Когда Сатоши Накамото создал фреймворк для Биткойн майнинга, он был специально разработан, чтобы быть дорогостоящим и ресурсоемким процессом. Из-за своей сложности и вычислительных требований, PoW майнинг требует значительных затрат денег и времени, независимо от того, где и как находится майнинг-узел. Таким образом, такая структура является сильным сдерживающим фактором для злонамеренной деятельности и значительным стимулом для честного майнинга. Нечестные или неэффективные узлы будут быстро исключены из блокчейн сети, в то время как честные и эффективные майнеры могут получить существенное вознаграждение за блок.

Аналогичным образом, этот баланс рисков и выгод также обеспечивает защиту от потенциальных атак, которые могут подорвать весь консенсус, передав большую часть хэш-скорости блокчейн сети в руки одной группы или объекта. Такой вид атак, также известен как атаки 51%, и могут быть чрезвычайно разрушительными при успешном выполнении. Из-за конкурентоспособности майнинга Proof of Work и масштабов сети Биткойн вероятность того, что злоумышленник получит контроль над большинством узлов, крайне мала.

Кроме того, затраты на вычислительную мощность, необходимые для достижения контроля в 51% над огромной блокчейн сетью, будут астрономическими, что обеспечит немедленный сдерживающий фактор таких больших инвестиций, за относительно небольшое потенциальное вознаграждение. Этот факт способствует одной из характеристик технологии блокчейн, известной как Византийская Отказоустойчивость (BFT), которая по сути является способностью распределенной системы продолжать нормально работать, даже если некоторые узлы скомпрометированы или действуют злонамеренно.

Пока стоимость создания большинства вредоносных узлов остается непомерно высокой, а для честной деятельности существуют лучшие стимулы, система сможет процветать без значительных сбоев. Однако стоит отметить, что небольшие блокчейн сети, безусловно подвержены большинству атак, потому что общая скорость хэширования этих систем значительно ниже, чем у Биткойн.

Заключение

Благодаря комбинированному использованию теории игр и криптографии, блокчейны могут достигать высокого уровня безопасности распределенных систем. Однако, как и в большинстве систем, очень важно, чтобы эти две области знаний применялись должным образом. Тщательный баланс между децентрализацией и безопасностью жизненно важен для построения надежной и эффективной криптовалютной сети.

Поскольку использование технологии блокчейн продолжает развиваться, системы безопасности также меняются, чтобы удовлетворить потребности различных приложений. Например, частные блокчейны, которые сейчас разрабатываются для коммерческих предприятий, в большей степени полагаются на безопасность посредством контроля доступа, чем на механизмы теории игр (или криптоэкономику), которые необходимы для безопасности большинства публичных блокчейнов.