Blockchain od podstaw - jak działa technologia łańcucha bloków?
Blockchain jest jedną z najważniejszych technologii rozwijanych wraz z rynkiem kryptowalut. Najczęściej kojarzy się z Bitcoinem, jednak jego zastosowanie nie ogranicza się wyłącznie do cyfrowych pieniędzy. Łańcuchy bloków mogą służyć między innymi do przechowywania danych, realizowania płatności, zawierania cyfrowych umów oraz potwierdzania własności.
Dla początkujących blockchain może wydawać się skomplikowany. W rzeczywistości jego podstawowa zasada działania jest stosunkowo prosta: informacje są zapisywane w kolejnych blokach, które zostają ze sobą połączone i udostępnione uczestnikom sieci.
W tym poradniku wyjaśniamy, czym jest blockchain, jak działa i dlaczego zapisanych w nim danych nie można łatwo zmienić.
Blockchain - co właściwie oznacza ta nazwa?
Słowo „blockchain” można przetłumaczyć jako „łańcuch bloków”. Jest to rodzaj cyfrowego rejestru, w którym informacje są grupowane w bloki, a następnie łączone w odpowiedniej kolejności.
Każdy nowy blok zawiera między innymi dane dotyczące wykonanych operacji oraz specjalne oznaczenie odnoszące się do poprzedniego bloku. Dzięki temu powstaje uporządkowany łańcuch informacji.
Blockchain można porównać do księgi, do której regularnie dopisywane są kolejne strony. Różnica polega na tym, że kopie tej księgi mogą być przechowywane jednocześnie na wielu komputerach należących do uczestników sieci.
Jak informacje trafiają do łańcucha bloków?
Proces zapisywania danych może wyglądać nieco inaczej w zależności od konkretnej sieci, jednak jego ogólny schemat jest podobny.
Najpierw użytkownik inicjuje operację, na przykład wysłanie kryptowaluty albo uruchomienie inteligentnego kontraktu. Informacja o tej operacji trafia do sieci, gdzie jest sprawdzana zgodnie z obowiązującymi zasadami.
Po zatwierdzeniu operacja może zostać umieszczona w nowym bloku razem z innymi operacjami. Następnie blok zostaje dodany do dotychczasowego łańcucha, a zaktualizowana wersja rejestru jest przekazywana uczestnikom sieci.
W uproszczeniu proces wygląda następująco:
- Użytkownik zleca operację
- Informacja trafia do sieci blockchain
- Uczestnicy sieci sprawdzają jej poprawność
- Zweryfikowane operacje są grupowane w blok
- Nowy blok zostaje połączony z wcześniejszymi blokami
- Zaktualizowany rejestr jest zapisywany w sieci
Z jakich elementów składa się blockchain?
Aby zrozumieć działanie technologii, warto poznać kilka jej podstawowych elementów.
Blok danych
Blok jest cyfrowym zbiorem informacji. W przypadku sieci kryptowalutowej może zawierać listę przeprowadzonych transakcji, czas ich zatwierdzenia oraz dane techniczne potrzebne do dalszego działania systemu.
Każdy blockchain ustala własne zasady dotyczące wielkości bloków, rodzaju przechowywanych danych i częstotliwości ich tworzenia.
Połączenie między blokami
Nowy blok odwołuje się do bloku utworzonego wcześniej. W ten sposób kolejne elementy rejestru tworzą chronologiczną strukturę.
Zmiana informacji w jednym ze starszych bloków wpłynęłaby na jego powiązanie z następnymi blokami. To jedna z przyczyn, dla których manipulowanie historią rozbudowanego blockchaina jest bardzo trudne.
Skrót kryptograficzny
Hash, nazywany również skrótem kryptograficznym, to ciąg znaków wygenerowany na podstawie określonych danych. Można go porównać do cyfrowego odcisku palca.
Nawet niewielka zmiana danych wejściowych powoduje powstanie innego skrótu. Dzięki temu sieć może wykryć, że zawartość bloku została zmodyfikowana.
Hash nie jest tym samym co szyfrowanie. Jego zadaniem nie jest ukrywanie informacji, lecz tworzenie unikalnego skrótu pozwalającego sprawdzić ich integralność.
Węzły sieci
Węzły to komputery lub inne urządzenia połączone z blockchainem. Mogą przechowywać kopię rejestru, przekazywać informacje o nowych operacjach i sprawdzać poprawność danych.
Nie każdy węzeł musi wykonywać identyczne zadania. Niektóre przechowują pełną historię sieci, a inne korzystają jedynie z ograniczonego zakresu informacji.
Dlaczego blockchain nie potrzebuje jednej centralnej bazy?
W tradycyjnym systemie baza danych jest najczęściej zarządzana przez konkretną instytucję, przedsiębiorstwo albo administratora. To ten podmiot decyduje o zasadach dostępu i sposobie wprowadzania zmian.
W zdecentralizowanym blockchainie kopie rejestru są przechowywane przez wielu niezależnych uczestników. Nie istnieje więc jeden centralny serwer, od którego zależy działanie całego systemu.
Decentralizacja może zwiększać odporność sieci na awarie i próby manipulacji. Uszkodzenie jednego komputera nie powoduje utraty całego rejestru, ponieważ jego kopie znajdują się również na innych urządzeniach.
Nie każdy blockchain jest jednak w pełni zdecentralizowany. Poziom decentralizacji zależy między innymi od liczby uczestników, sposobu zatwierdzania operacji oraz rozkładu kontroli nad siecią.
W jaki sposób sieć uzgadnia poprawną wersję danych?
Uczestnicy blockchaina muszą ustalić, które operacje są prawidłowe i jaki jest aktualny stan rejestru. Służą do tego mechanizmy konsensusu.
Mechanizm konsensusu można opisać jako zestaw zasad, według których sieć osiąga porozumienie bez konieczności korzystania z jednego centralnego administratora.
Do najbardziej znanych mechanizmów należą:
- Proof of Work, oparty na wykonywaniu obliczeń przez górników
- Proof of Stake, w którym udział w zatwierdzaniu operacji wiąże się z posiadaniem i zablokowaniem określonych aktywów
- mechanizmy stosowane w sieciach prywatnych, gdzie uprawnienia mają wyłącznie zatwierdzeni uczestnicy
Poszczególne rozwiązania różnią się szybkością, zużyciem energii, kosztami oraz poziomem decentralizacji.
Co łączy blockchain i kryptowaluty?
Kryptowaluty wykorzystują blockchain jako rejestr informacji o stanie środków i przeprowadzanych transakcjach. Dzięki temu sieć może sprawdzić, czy użytkownik posiada odpowiednie aktywa i czy nie próbuje wydać tych samych jednostek więcej niż jeden raz.
Blockchain nie przechowuje monet w taki sam sposób, w jaki komputer przechowuje plik. Zapisuje natomiast informacje pozwalające określić, jakie aktywa są przypisane do poszczególnych adresów.
Dostęp do kryptowalut jest kontrolowany za pomocą kluczy kryptograficznych. Klucz publiczny lub utworzony na jego podstawie adres może służyć do otrzymywania środków. Klucz prywatny umożliwia zatwierdzanie operacji i powinien pozostać znany wyłącznie właścicielowi.
Czy każdy blockchain jest dostępny publicznie?
Łańcuchy bloków mogą mieć różne zasady dostępu. Najczęściej dzieli się je na sieci publiczne i prywatne, ale istnieją również rozwiązania pośrednie.
Sieci otwarte
Publiczny blockchain jest dostępny dla szerokiego grona użytkowników. Zazwyczaj każdy może przeglądać zapisane operacje, uruchomić własny węzeł lub korzystać z aplikacji działających w danej sieci.
Do tej kategorii należą między innymi Bitcoin i Ethereum.
Publiczne sieci zwykle stawiają na przejrzystość, odporność na cenzurę oraz ograniczenie kontroli pojedynczego podmiotu.
Sieci z ograniczonym dostępem
Prywatny blockchain jest kontrolowany przez określoną organizację lub zamkniętą grupę uczestników. Dostęp do danych i możliwość zatwierdzania operacji mogą wymagać odpowiedniego uprawnienia.
Takie rozwiązania mogą być wykorzystywane przez firmy, instytucje finansowe lub organizacje, które chcą korzystać z technologii rozproszonego rejestru, ale jednocześnie zachować kontrolę nad dostępem.
Blockchain konsorcjalny
Sieć konsorcjalna jest zarządzana przez kilka współpracujących ze sobą podmiotów. Żaden z nich nie posiada pełnej, samodzielnej kontroli nad systemem.
Model ten może być wykorzystywany w branżach, w których wiele przedsiębiorstw potrzebuje wspólnej bazy danych, ale nie chce przekazywać jej jednemu operatorowi.
Skąd bierze się bezpieczeństwo blockchaina?
Bezpieczeństwo blockchaina nie wynika z jednego mechanizmu. Jest efektem połączenia kryptografii, rozproszonego przechowywania danych i zasad osiągania konsensusu.
Do najważniejszych elementów ochrony należą:
- powiązanie kolejnych bloków za pomocą skrótów kryptograficznych
- przechowywanie kopii rejestru na wielu urządzeniach
- sprawdzanie operacji według ustalonych reguł
- stosowanie podpisów cyfrowych
- konieczność uzyskania akceptacji sieci przed dodaniem nowych danych
Nie oznacza to jednak, że każdy system oparty na blockchainie jest automatycznie całkowicie bezpieczny. Błędy mogą występować w aplikacjach, inteligentnych kontraktach, portfelach lub sposobie przechowywania kluczy prywatnych.
Bezpieczeństwo zależy również od konstrukcji konkretnej sieci i liczby niezależnych uczestników, którzy ją zabezpieczają.
Czy dane zapisane w blockchainie można usunąć?
Często mówi się, że dane w blockchainie są niezmienne. W praktyce oznacza to, że ich późniejsza modyfikacja jest bardzo trudna i może wymagać przejęcia znacznej części kontroli nad siecią.
Nie należy jednak rozumieć niezmienności jako absolutnej gwarancji. W niektórych sytuacjach może dojść do reorganizacji bloków, aktualizacji protokołu lub podziału sieci.
W publicznych, odpowiednio rozproszonych blockchainach zmiana starszych zapisów staje się coraz trudniejsza wraz z dodawaniem kolejnych bloków. Im więcej nowych bloków powstało po danej operacji, tym większa jest pewność, że pozostanie ona częścią historii sieci.
Czym są inteligentne kontrakty?
Inteligentny kontrakt, czyli smart contract, to program działający w blockchainie. Wykonuje określone instrukcje automatycznie, gdy zostaną spełnione zapisane w nim warunki.
Może na przykład:
- przesłać cyfrowe aktywa
- wymienić jeden token na inny
- rozdzielić środki pomiędzy kilka adresów
- potwierdzić wynik głosowania
- obsługiwać pożyczkę
- zarządzać własnością cyfrowego przedmiotu
Inteligentny kontrakt nie musi być umową w tradycyjnym znaczeniu prawnym. Jest przede wszystkim kodem komputerowym wykonywanym przez sieć.
Jego zaletą jest automatyzacja, ale błędy w kodzie mogą prowadzić do strat. Z tego powodu rozbudowane kontrakty powinny być dokładnie testowane i audytowane.
Do czego wykorzystuje się blockchain poza kryptowalutami?
Technologia łańcucha bloków może być wykorzystywana wszędzie tam, gdzie potrzebny jest wspólny, możliwy do zweryfikowania rejestr informacji.
Śledzenie łańcucha dostaw
Blockchain może rejestrować kolejne etapy transportu i produkcji towarów. Pozwala to sprawdzić pochodzenie produktu oraz drogę, jaką przebył od producenta do odbiorcy.
Cyfrowe potwierdzanie własności
W blockchainie można zapisywać informacje o prawach do cyfrowych lub fizycznych aktywów. Przykładem są tokeny reprezentujące przedmioty kolekcjonerskie, udziały lub inne prawa majątkowe.
Dokumenty i certyfikaty
Skróty dokumentów mogą być zapisywane w blockchainie w celu późniejszego potwierdzenia ich autentyczności. Takie rozwiązanie nie musi oznaczać publikowania całej treści dokumentu.
Finanse zdecentralizowane
Aplikacje DeFi umożliwiają między innymi wymianę tokenów, udzielanie pożyczek i naliczanie odsetek bez korzystania z tradycyjnego pośrednika.
Głosowania i zarządzanie organizacjami
Blockchain może służyć do rejestrowania głosów oraz zarządzania zdecentralizowanymi organizacjami. Przejrzystość publicznego rejestru pozwala uczestnikom sprawdzać wyniki podejmowanych decyzji.
Rozliczenia międzynarodowe
Niektóre sieci umożliwiają przesyłanie cyfrowych aktywów pomiędzy użytkownikami znajdującymi się w różnych państwach. Czas i koszt takiej operacji zależą od wykorzystywanego blockchaina.
Najważniejsze zalety technologii blockchain
Do potencjalnych zalet blockchaina należą:
- możliwość działania bez centralnego administratora
- przejrzystość zapisów w sieciach publicznych
- odporność na awarię pojedynczego serwera
- łatwiejsza weryfikacja historii operacji
- możliwość automatyzowania procesów
- ograniczenie potrzeby korzystania z niektórych pośredników
- globalny dostęp do sieci
Znaczenie poszczególnych korzyści zależy od sposobu zaprojektowania konkretnego systemu.
Blockchain a zwykła baza danych - podstawowe różnice
Tradycyjna baza danych zazwyczaj posiada administratora, który może zmieniać lub usuwać informacje. Jest też często przechowywana na serwerach należących do jednej organizacji.
Blockchain może rozdzielać kopie rejestru pomiędzy wielu uczestników i ograniczać możliwość jednostronnej zmiany zapisanej historii.
Nie oznacza to jednak, że blockchain zawsze jest lepszy. Zwykła baza danych może być szybsza, tańsza i prostsza w obsłudze. Blockchain ma największy sens wtedy, gdy kilka niezależnych stron potrzebuje wspólnego rejestru, ale nie chce powierzać pełnej kontroli jednemu podmiotowi.
Czy blockchain jest anonimowy?
Blockchain nie zawsze zapewnia anonimowość. W wielu publicznych sieciach każdy może zobaczyć historię operacji przypisaną do określonego adresu.
Adres zwykle nie zawiera imienia ani nazwiska, ale połączenie go z konkretną osobą może być możliwe na podstawie innych danych, na przykład informacji udostępnionych podczas korzystania z określonej usługi.
Z tego powodu trafniejszym określeniem dla wielu blockchainów jest pseudonimowość.
Podsumowanie
Blockchain jest rozproszonym rejestrem, w którym informacje są zapisywane w połączonych ze sobą blokach. Jego działanie opiera się na kryptografii, mechanizmach konsensusu i współpracy wielu urządzeń należących do uczestników sieci.
Technologia ta umożliwiła powstanie kryptowalut, ale może również wspierać inteligentne kontrakty, cyfrową własność, systemy płatnicze, łańcuchy dostaw i narzędzia służące do potwierdzania autentyczności danych.
Blockchain nie eliminuje wszystkich zagrożeń i nie zastępuje każdej tradycyjnej bazy danych. Jest jednak przydatnym rozwiązaniem w systemach, które wymagają przejrzystości, możliwości niezależnej weryfikacji i ograniczenia kontroli jednego administratora.
Nie. Blockchain jest technologią służącą do zapisywania i weryfikowania danych, natomiast Bitcoin jest kryptowalutą wykorzystującą własny blockchain.
Zależy to od rodzaju sieci. Publiczny blockchain może być utrzymywany przez wielu niezależnych uczestników, natomiast prywatna sieć może pozostawać pod kontrolą jednej firmy lub zamkniętej grupy organizacji.
W publicznych sieciach większość informacji o blokach i transakcjach można sprawdzić za pomocą eksploratora. W blockchainach prywatnych dostęp do danych może być ograniczony.
Zatwierdzonej transakcji zazwyczaj nie można anulować w taki sam sposób jak tradycyjnego przelewu. Odzyskanie środków może wymagać wykonania nowej operacji przez ich odbiorcę.
Żadna technologia nie zapewnia całkowitego bezpieczeństwa. Odpowiednio zdecentralizowany blockchain może być bardzo odporny na zmianę historii, ale zagrożenia mogą dotyczyć aplikacji, portfeli, inteligentnych kontraktów i sposobu przechowywania kluczy.
Użytkownicy mogą przygotowywać niektóre operacje offline, jednak ich przekazanie i zatwierdzenie przez sieć zwykle wymaga połączenia z internetem.
Rozmiar blockchaina zwiększa się wraz z dodawaniem kolejnych bloków. Pełne węzły mogą przechowywać całą historię, natomiast lżejsze aplikacje pobierają jedynie informacje potrzebne do wykonywania konkretnych zadań.
