Серия «крипто_ликбез: контент о блокчейне и криптовалюте»

Продолжение. Первую часть можно найти по ссылке.

Возможно, вы уже сталкивались с понятием хэш-функций в других областях. Например, в базах данных хэш-функции используются для быстрого поиска записей, а при скачивании файлов из интернета – для проверки их целостности (чтобы убедиться, что файл не был поврежден во время загрузки). Обычные хэш-функции действительно выполняют важные задачи, но они не обладают тем уровнем криптографической стойкости, который необходим для обеспечения безопасности в таких чувствительных системах, как криптовалюты.

Криптографический хэш обладает рядом уникальных и крайне важных свойств, которые делают его незаменимым в сфере безопасности и, в частности, в криптовалютах.

Давайте рассмотрим эти фундаментальные отличия более подробно.

1. Детерминированность (Deterministic)

То есть полностью определяемый предшествующими причинами и не допускающий другого варианта развития.

Это свойство означает, что для одних и тех же входных данных криптографическая хэш-функция всегда будет выдавать один и тот же хэш.

Если вы возьмете одно и то же сообщение и пропустите его через одну и ту же криптографическую хэш-функцию миллион раз, вы всегда получите абсолютно идентичный результат.

Почему это важно? Это фундаментально для проверки целостности данных. Если вы получили некое сообщение и его хэш, вы можете самостоятельно вычислить хэш полученного сообщения. Если ваш вычисленный хэш совпадает с тем, который вы получили, вы можете быть уверены, что сообщение не было изменено. Если же хэш изменился хотя бы на один символ, это означает, что исходные данные были модифицированы.

2. Действие в одном направлении (One-Way Function / Preimage Resistance)

Это одно из ключевых свойств, которое отличает криптографический хэш от многих других функций. Зная хэш, практически невозможно восстановить исходные данные, которые были использованы для его генерации. Это как если бы у вас был "отпечаток пальца", но по нему вы не могли бы воссоздать человека, которому он принадлежит.

Математически это означает, что найти входное значение по заданному хэшу является вычислительно неразрешимой задачей. То есть, для современных компьютеров это займет астрономическое количество времени, превышающее возраст Вселенной, даже если они будут работать на максимальной скорости.

В чем значимость? Это свойство критически важно для безопасности, так как оно не позволяет злоумышленникам получить доступ к конфиденциальной исходной информации (например, к паролям или деталям транзакций), имея только ее хэш. Например, когда вы вводите пароль на сайте, обычно хранится не сам пароль, а его хэш. При следующей авторизации ваш введенный пароль снова хэшируется, и полученный хэш сравнивается с сохраненным. Если они совпадают, вы авторизуетесь. Даже если база данных будет скомпрометирована, злоумышленники получат только хэши, а не сами пароли.

3. Устойчивость к коллизиям (Collision Resistance)

Коллизия происходит, когда две разные входные данные дают одинаковый хэш. Криптографическая хэш-функция должна быть "устойчивой к коллизиям", что означает, что найти два разных входных значения x1 и x2 таких, что H(x1)=H(x2), должно быть вычислительно невозможно.

Представьте, что у двух разных книг оказался бы одинаковый "отпечаток пальца" – это было бы катастрофой для нашей системы идентификации! В идеальной криптографической хэш-функции вероятность возникновения коллизии настолько мала, что ею можно пренебречь.

Почему это важно? В контексте криптовалют, это свойство гарантирует, что злоумышленник не сможет создать поддельную транзакцию, которая будет иметь тот же хэш, что и легитимная транзакция. Если бы это было возможно, злоумышленник мог бы подменить одну транзакцию другой, не изменяя хэш, что подорвало бы всю систему безопасности блокчейна.

ПОСЛЕДУЕТ ПРОДОЛЖЕНИЕ

========================

Изучаем технологию блокчейн. Что такое криптовалюта и как она устроена?

1. Блокчейн – фундамент криптовалют. Структура блока, ключевые свойства. Важность блокчейна

2. Как работают транзакции в блокчейне?

3. Что такое майнинг? Основные этапы.

4. Криптографический хэш – невидимый страж цифрового мира.

5. Что такое Мемори пул и как он работает

6. Как хранить криптовалюту: все про криптокошельки

Следующей за темой "Майнинг" разберем тему "Криптографический хэш"

Один из краеугольных камней блокчейн системы – криптографический хэш.

Мы несколько раз упоминали о нем выше. Что это такое?

Хэш – это уникальная строка символов фиксированной длины, которая генерируется из любого объема данных с помощью специальной математической функции, называемой хэш-функцией.

Представьте себе, что у вас есть очень длинный и сложный документ, например, целая книга, содержащая тысячи страниц текста. И вам нужно создать для этой книги уникальный "отпечаток пальца" – короткий, но абсолютно уникальный код, который бы однозначно идентифицировал именно эту книгу.

Этот "отпечаток" должен обладать несколькими важными свойствами:

1.  Уникальность. Для каждой уникальной книги должен быть свой уникальный "отпечаток".

2.  Чувствительность. Если вы измените хотя бы одну букву, одну запятую или даже один пробел в этой книге, этот "отпечаток" должен измениться полностью и непредсказуемо.

3.  Необратимость. Имея на руках только "отпечаток", вы не должны иметь возможности восстановить по нему всю книгу.

4.  Постоянство. Если вы возьмете одну и ту же книгу и будете получать ее "отпечаток" миллион раз, вы всегда должны получать один и тот же результат.

Вот этот "отпечаток пальца" и есть криптографический хэш. Это результат работы специальной математической функции, называемой криптографической хэш-функцией. Она берет на вход данные любого размера (будь то одна буква, целая книга, огромный видеофайл или даже вся база данных) и преобразует (сжимает) их в строку фиксированной длины, состоящую из букв и цифр.

Например,

e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855

Эта строка и называется также хэш-значением, или дайджестом сообщения.

Даже малейшее изменение в исходных данных приведет к совершенно другому хэшу.

Это свойство делает хэширование невероятно полезным для обеспечения целостности данных в блокчейне. Каждый блок содержит хэш предыдущего блока, создавая криптографическую связь, которая делает цепочку неизменяемой и защищенной от подделок.

В мире криптовалют каждая транзакция, каждый блок транзакций, а также другие важные данные проходят через такую хэш-функцию. В результате получается уникальный хэш. Затем он используется для связывания блоков в блокчейне, обеспечения безопасности, проверки целостности данных и многих других критически важных операций.

Без криптографического хэша существование блокчейна и криптовалют в их нынешнем виде было бы просто невозможно.

ПОСЛЕДУЕТ ПРОДОЛЖЕНИЕ

===================

Изучаем технологию блокчейн. Что такое криптовалюта и как она устроена?

1. Блокчейн – фундамент криптовалют. Структура блока, ключевые свойства. Важность блокчейна

2. Как работают транзакции в блокчейне?

3. Что такое майнинг? Основные этапы.

4. Криптографический хэш – невидимый страж цифрового мира.

5. Что такое Мемори пул и как он работает

6. Как хранить криптовалюту: все про криптокошельки

Как уже упоминалось, этот механизм требует значительных вычислительных ресурсов и затрат энергии для создания нового блока. Это делает атаку на сеть чрезвычайно дорогостоящей и практически невозможной. Чтобы изменить уже существующий блок в блокчейне, злоумышленнику пришлось бы не только пересчитать этот конкретный блок, но и все последующие блоки, так как каждый блок содержит хэш предыдущего. Это требует огромной вычислительной мощности, превышающей мощность всей остальной честной сети. Это известно как "атака 51%".

Предположим, злоумышленник хочет изменить транзакцию, которая была включена в блок 100. Ему придется:

• Изменить данные в блоке 100.

• Пересчитать хэш блока 100, чтобы он соответствовал условию сложности.

• Затем пересчитать хэш блока 101, используя новый хэш блока 100.

• И так далее для всех последующих блоков до текущего.

Это требует пересчета всей "работы", которая была проделана «честными» майнерами с момента создания блока 100. Если злоумышленник не обладает большей вычислительной мощностью, чем вся остальная сеть, он никогда не сможет догнать и перегнать «честную» цепочку, которая постоянно растет. Как подчеркивает Сатоши Накамото в своей основополагающей работе, "система Proof-of-Work по сути решает проблему двойных трат, делая ее экономически невыгодной для злоумышленника, поскольку для успешной атаки требуется больше вычислительной мощности, чем у всех честных узлов, вместе взятых".

2. Криптографическая связь блоков

Каждый блок в блокчейне содержит криптографический хэш предыдущего блока. Это создает неразрывную, однонаправленную цепочку. Если кто-то попытается изменить данные в старом блоке (например, изменить сумму транзакции), хэш этого блока изменится. Поскольку хэш измененного блока больше не будет соответствовать хэшу, записанному в следующем блоке, вся последующая цепочка станет недействительной. Это мгновенно будет обнаружено другими узлами сети, и измененная версия будет отклонена. Таким образом, блокчейн является неизменяемым и чрезвычайно устойчивым к подделке. Целостность данных гарантируется криптографически.

3. Децентрализация плюс консенсус

Майнинг распределен по всему миру, и тысячи независимых майнеров одновременно соревнуются за добавление блоков. Это означает, что нет единой точки отказа или центрального органа, который можно было бы атаковать, подкупить или контролировать. Консенсус (согласие о текущем состоянии блокчейна) достигается большинством участников сети, которые проверяют и подтверждают каждый новый блок. Если один майнер попытается добавить недействительный блок (например, с мошенническими транзакциями), он будет отклонен остальной честной сетью, поскольку не будет соответствовать правилам протокола. Только блоки, которые соответствуют всем правилам, принимаются и становятся частью "самой длинной цепочки" – общепринятой версии блокчейна.

4. Материальные стимулы

Вознаграждение за майнинг (новые монеты и комиссии за транзакции) создает мощный экономический стимул для майнеров действовать честно. Если майнер попытается обмануть систему, его блок будет отклонен, и он потеряет потенциальное вознаграждение, а также все потраченные вычислительные ресурсы и электроэнергию. Это делает честное поведение наиболее выгодной стратегией. Инвестиции в дорогостоящее оборудование и электроэнергию создают "залог" честности майнера. Чем больше инвестиций, тем выше стимул действовать в интересах сети, чтобы защитить свои вложения.

В заключение, майнинг – это не просто способ создания новых криптовалют. Это сложный, но элегантный механизм, который лежит в основе безопасности, целостности, неизменяемости и децентрализованной природы таких систем, как Биткойн. Понимая эти основы, вы делаете важный шаг к освоению мира криптовалют и децентрализованных финансов. Это фундаментальный процесс, который позволяет цифровым деньгам существовать без необходимости в посредниках, обеспечивая доверие через математику и криптографию.

==================

В следующих публикациях разберем, что такое "Криптографический хэш" - защитная функция блокчейна.

**********************

Изучаем технологию блокчейн. Что такое криптовалюта и как она устроена?

1. Блокчейн – фундамент криптовалют. Структура блока, ключевые свойства. Важность блокчейна

2. Как работают транзакции в блокчейне?

3. Что такое майнинг? Основные этапы.

4. Криптографический хэш – невидимый страж цифрового мира.

5. Что такое Мемори пул и как он работает

6. Как хранить криптовалюту: все про криптокошельки

Собранные транзакции упаковываются в структуру данных, называемую блоком-кандидатом.

Информацию, которую содержит каждый блок, мы подробно разобрали ранее.

3. Решение криптографической задачи (Proof-of-Work)

Это самый ресурсоемкий, конкурентный и вычислительно интенсивный этап. Цель майнера – найти такое значение нонса, чтобы при хэшировании всего заголовка блока (включая нонс) результат (хэш блока) был меньше определенного целевого значения.

Математически это можно выразить так:

SHA256(SHA256(Block Header)) < Target

где:

•  SHA256 – это криптографическая хэш-функция.

•  Block Header – это заголовок блока, который включает в себя хэш предыдущего блока, корневой хэш Меркла, временную метку, биты и нонс.

•  Target – это целевое значение, которое определяет сложность задачи.

Майнеры не могут предсказать, какой нонс даст нужный результат, поэтому они вынуждены перебирать миллиарды комбинаций в секунду, изменяя значение нонса и пересчитывая хэш до тех пор, пока не найдут подходящий. Этот процесс поиска нонса – это по сути метод "грубой силы". Как объясняет Гэвин Вуд, сооснователь Ethereum, "Proof-of-Work – это криптографический механизм, который требует значительных вычислительных усилий для создания нового блока, тем самым предотвращая спам и двойные траты, а также обеспечивая безопасность сети".

Сложность майнинга (значение Target) постоянно корректируется сетью (например, каждые 2016 блоков в Биткойне, что занимает примерно две недели), чтобы поддерживать примерно одинаковое время нахождения нового блока (около 10 минут для Биткойна), независимо от общей вычислительной мощности сети. Это гарантирует предсказуемый темп выпуска новых монет и стабильность работы блокчейна.

4. Проверка и распространение блока

Как только майнер находит правильный нонс, который удовлетворяет условию сложности, он объявляет об этом всей сети. Он формирует полный блок и отправляет его другим узлам. Другие узлы сети получают этот блок и немедленно приступают к его проверке. Проверка включает в себя:

•  Проверку корректности хэша блока (действительно ли он меньше целевого значения).

•  Проверку всех транзакций в блоке на валидность.

•  Проверку того, что блок корректно ссылается на предыдущий блок.

Если блок считается действительным, он добавляется в локальную копию блокчейна каждого узла, и узлы начинают работать над поиском следующего блока, используя только что добавленный блок как предыдущий.

5. Вознаграждение

Майнер, успешно нашедший и добавивший действительный блок в блокчейн, получает вознаграждение. Это вознаграждение состоит из двух частей:

•  Награда за блок: это новые монеты, которые создаются протоколом и выдаются майнеру. В Биткойне эта награда уменьшается вдвое примерно каждые четыре года (процесс, известный как халвинг).

•  Комиссии за транзакции: это комиссии, которые пользователи платят за включение своих транзакций в блок. Майнер получает все комиссии за транзакции, которые он включил в свой успешно найденный блок.

Это вознаграждение служит мощным экономическим стимулом для майнеров продолжать свою работу, инвестировать в оборудование и поддерживать безопасность сети.

=============

Изучаем технологию блокчейн. Что такое криптовалюта и как она устроена?

1. Блокчейн – фундамент криптовалют. Структура блока, ключевые свойства. Важность блокчейна

2. Как работают транзакции в блокчейне?

3. Что такое майнинг? Основные этапы.

4. Криптографический хэш – невидимый страж цифрового мира.

5. Что такое Мемори пул и как он работает

6. Как хранить криптовалюту: все про криптокошельки

Для тех, кому удобнее читать в Телеграм

Уже сейчас вы можете прочитать там следующие публикации:

• Блокчейн – фундамент криптовалют. Структура блока.

• Ключевые свойства блокчейна.

• Как работают транзакции в блокчейне.

• Важность блокчейна.

• Что такое майнинг? Его фундаментальная роль в функционировании децентрализованных сетей?

• Основные этапы майнинга.

• Как майнинг обеспечивает безопасность и целостность блокчейна?

• Криптографический хэш – невидимый страж цифрового мира.

• Фундаментальные свойства криптографического хэша: часть 1, часть 2

• Важность криптографического хэша для криптовалют.

• Что такое Мемори пул и как он работает

=======================

Продолжаем серию публикаций о технологии "блокчейн", начатую ранее.

Блокчейн – это не просто технология для криптовалют. Его потенциал гораздо шире, и он выходит далеко за рамки финансового сектора. Он предлагает новый способ организации и ведения учета, который может найти применение во многих отраслях, трансформируя их.

Международные переводы. Помимо криптовалют, блокчейн может использоваться для ускорения международных платежей, снижения комиссий, упрощения клиринга и расчетов между банками, а также для создания новых финансовых инструментов, таких как токенизированные активы и децентрализованные биржи. Он может сделать финансовую систему более эффективной, прозрачной и доступной.

Децентрализованные финансы (DeFi). DeFi – это быстрорастущая экосистема финансовых приложений, построенных на блокчейне, в основном на Эфириуме. Эти приложения предлагают традиционные финансовые услуги, такие как кредитование, заимствование, страхование, торговля и управление активами, но без участия традиционных финансовых посредников, таких как банки. DeFi стремится создать более открытую, прозрачную и доступную финансовую систему.

Управление цепочками поставок. Блокчейн позволяет отслеживать товары от производителя до конечного потребителя с беспрецедентной прозрачностью. Каждая стадия перемещения продукта может быть записана в блокчейне, что обеспечивает подлинность продукции, предотвращает подделки и позволяет быстро выявлять проблемные звенья в цепочке поставок. Например, можно отследить происхождение продуктов питания или лекарств (вспоминаем QR-код).

Не взаимозаменяемые токены (NFT). NFT – это уникальные цифровые активы, которые представляют право собственности на определенный предмет или контент. Они используют блокчейн для подтверждения подлинности и права собственности на цифровые произведения искусства, музыку, коллекционные предметы, игровые предметы и даже физические активы. Каждый NFT уникален и не может быть заменен другим, что отличает их от взаимозаменяемых криптовалют.

Цифровые удостоверения. Блокчейн может использоваться для создания безопасных, децентрализованных и суверенных систем цифровой идентификации. Пользователи могут контролировать свои личные данные, предоставляя доступ к ним только по мере необходимости и с собственного согласия, что повышает конфиденциальность и безопасность по сравнению с традиционными централизованными системами идентификации

Здравоохранение. Блокчейн может обеспечить безопасное и конфиденциальное хранение и обмен медицинскими записями. Пациенты могут контролировать доступ к своим данным, а врачи и исследователи могут получать доступ к необходимой информации с соблюдением конфиденциальности, что улучшает качество лечения и ускоряет медицинские исследования.

Голосование. Создание более безопасных, прозрачных и устойчивых к фальсификациям систем голосования. Каждый голос может быть записан в блокчейне, что гарантирует его неизменяемость и возможность публичной проверки, при этом сохраняя анонимность избирателя.

Авторское право и интеллектуальная собственность. Блокчейн может использоваться для регистрации и защиты интеллектуальной собственности. Авторы могут записывать свои произведения в неизменяемом реестре, доказывая свое авторство и отслеживая использование своих творений.

====================

В следующих публикациях:

- Основы, этапы и механика майнинга;

- Криптографический хэш: невидимый страж цифрового мира, его важность для криптовалют;