Полное руководство по технологии Блокчейн: от основных принципов до практического применения

Блокчейн что такое?

Блокчейн можно просто понять как распределённый цифровой реестр. Представьте себе книгу учёта входящих и исходящих средств в маленьком сейфе, но этот реестр поддерживается несколькими людьми, а не контролируется одним лицом или организацией.

Происхождение названия Блокчейн

Название «Блокчейн» происходит от его базовой структуры: каждая транзакция записывается в один блок (Block), подобно странице в бухгалтерской книге. Когда страница заполняется, формируется полный блок, и несколько блоков соединяются по временной последовательности с помощью криптографических технологий (Chain), образуя полную систему блокчейна.

Децентрализованные характеристики

Одной из ключевых характеристик Блокчейн является децентрализованная модель учета с многими участниками. Участники со всего мира (называемые «майнерами» или «узлами») совместно поддерживают этот реестр. Эта распределенная архитектура гарантирует, что даже если некоторые узлы выйдут из строя или данные будут потеряны, вся сеть будет продолжать функционировать, что и является способом реализации децентрализации.

Ключевая концепция: Блокчейн по своей сути является децентрализованной системой учета, поддерживаемой множеством участников по всему миру.

Технические компоненты Блокчейн

Одна Блокчейн состоит из нескольких Блоков, каждый из которых обычно содержит три основные части:

• Данные (Data): Конкретная информация, хранящаяся в блоках, варьируется в зависимости от типа блокчейна. Например, в биткойне блок содержит информацию о сделках, включая адрес отправителя, адрес получателя и сумму перевода.

• Хэш-значение (Hash Value): Похоже на отпечаток пальца человека, каждый блок имеет уникальное хэш-значение. Это хэш-значение используется не только для локализации конкретного блока и содержащихся в нем данных, но и для проверки целостности содержимого блока на предмет его подделки, что является ключевым компонентом безопасности блокчейна.

• Хэш-значение предыдущего блока: каждый блок (кроме блока генезиса) содержит хэш-значение предыдущего блока. Эта цепная структура означает, что любое изменение блока повлияет на все последующие блоки. Чтобы предотвратить подделку данных со стороны злоумышленников, многие блокчейны используют механизмы консенсуса, такие как доказательство работы (PoW), что делает затраты на атаку намного выше, чем выгода, тем самым обеспечивая безопасную работу всей сети.

Блокчейн的運作機制

Давайте поймем фактический процесс работы Блокчейн на примере перевода биткойнов:

1. Инициирование транзакции: Предположим, что Сяо Линь нужно отправить 1 биткойн Сяо Чжэну. Он вводит в кошельке: адрес своего кошелька (отправитель), адрес кошелька Сяо Чжэна (получатель) и сумму перевода (1 BTC). Эта информация о транзакции транслируется по всей сети блокчейна.

2. Подтверждение транзакции: Майнеры (узлы проверки) в сети будут дважды проверять эту транзакцию:

   • Подтверждение баланса: проверьте, действительно ли у Сяолиня в кошельке есть 1 BTC
   • Идентификация: Подтверждение транзакции с помощью цифровой подписи, что она действительно инициирована Сяо Лином

3. Упаковка блока: Проверенные транзакции помещаются в "кандидатный блок". В сети Биткойн каждые примерно 10 минут несколько транзакций упаковываются в новый блок.

4. Подтверждение согласия: После создания нового блока он будет транслирован по всей сети. Все узлы проверят законность транзакций в блоке и правильность связи хеш-значения с предыдущим блоком. Когда более половины (более 51%) узлов достигнут согласия, новый блок официально добавляется в блокчейн, транзакция считается подтвержденной.

Профессиональный совет:

• Майнеры — это сетевые узлы, которые используют специализированное аппаратное обеспечение для участия в верификации транзакций.
• Успешно подтвердившие транзакции майнеры могут получить вознаграждение сети Биткойн
• Процесс верификации транзакций в криптографии называется «добыча» (Mining)
• Сделка с биткойном становится необратимой после подтверждения, обязательно проверьте адрес получателя перед отправкой.

Типы и характеристики Блокчейн

Технология Блокчейн может формировать множество типов в зависимости от различных сценариев применения и требований. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, подходящие для разных сценариев применения.

Публичная Блокчейн (

Основные характеристики:

• Полная открытость и прозрачность, данные о сделках публично видны
• Высокая устойчивость к подделке, данные после подтверждения крайне трудно изменить
• Участвовать в работе сети можно без разрешения

Технические ограничения：

• Скорость обработки транзакций медленнее
• Эффективность достижения консенсуса относительно низка
• Кибербезопасность зависит от распределения вычислительной мощности

Области применения: криптовалюта, смарт-контракты, цифровая идентификация, открытое共享 данных

Примеры: Биткойн )Bitcoin(, Эфириум )Ethereum(, Полкадот )Polkadot(, Лайткойн )Litecoin(, Кардано )Cardano(, Солана )Solana(, BNB Chain

) Консорциум Блокчейн ###

Основные характеристики：

• Совместно поддерживается несколькими учреждениями
• Участники должны получить авторизацию
• Скорость подтверждения транзакций быстрее, чем в публичной цепи.

Технические преимущества：

• Более высокая управляемость
• Уровень доверия выше
• Эффективность транзакций выше, чем у публичных цепочек

Нынешние вызовы：

• Внутренние правила довольно сложные
• Отраслевые стандарты еще не унифицированы
• Экономическая модель токенов легко подвержена влиянию участвующих организаций

Сферы применения: финансовый расчет, управление цепочками поставок, страховые выплаты, многократное совместное использование данных

Представительные примеры: Hyperledger Fabric, FISCO BCOS, R3 Corda, Voltron

( Частный Блокчейн )

Основные характеристики:

• Полный контроль одной организации
• Права на чтение и запись строго ограничены
• Скорость подтверждения транзакций самая высокая

Технические преимущества:

• Низкие эксплуатационные расходы
• Наивысшая эффективность сделки
• Защита конфиденциальности данных стала более совершенной

Безопасные соображения：

• Степень централизации выше
• Зависеть от мер безопасности контролирующих органов

Области применения: управление внутренними данными компании, аудит и отслеживание, внутренний учет активов

Представительные примеры: Eris Industries, KitChain, Quorum### разработка JPMorgan(

Ядро преимуществ технологии Блокчейн

✅ Увеличение безопасности

Транзакции в Блокчейне проверяются с помощью криптографии и навсегда записываются, формируя неизменяемую структуру данных. Даже системный администратор не может в одностороннем порядке удалить или изменить подтвержденные записи транзакций, что значительно повышает безопасность данных.

✅ Полностью отслеживаемый

Все записи транзакций навсегда сохраняются в распределенном реестре в хронологическом порядке, что позволяет полностью отслеживать весь процесс движения активов и изменения данных, повышая прозрачность и подотчетность системы.

✅ Повышение эффективности торговли

Технология блокчейн упрощает процесс транзакций с участием нескольких сторон, особенно в таких сценариях, как трансраничные платежи, что может значительно снизить транзакционные издержки и повысить скорость расчетов, уменьшая промежуточные этапы и издержки на трение.

✅ Убедитесь в точности данных

Данные о транзакциях должны быть проверены несколькими узлами, прежде чем быть записанными, что значительно снижает вероятность человеческих ошибок. В то же время, дизайн Блокчейн исключает проблему двойной оплаты активов, каждая передача активов имеет четкую и уникальную запись.

Реальные вызовы технологии Блокчейн

❌ Риск управления приватными ключами

В блокчейн системе пользователи обязаны самостоятельно хранить свои приватные ключи. Если приватный ключ потерян или украден, активы, хранящиеся в блокчейне, могут быть недоступны для восстановления, так как отсутствуют эффективные механизмы восстановления.

❌ Проблема потребления ресурсов

Некоторые механизмы согласия (например, доказательство работы) требуют значительных ресурсов электроэнергии и вычислительных мощностей, что вызывает споры о экологической устойчивости. В качестве примера сети Биткойн, ее энергопотребление превышает общее потребление электроэнергии многих малых и средних стран.

❌ Ограничение скорости технологической итерации

Децентрализованная природа публичных цепей означает, что для обновления системы необходимо, чтобы большинство узлов достигло консенсуса, что делает скорость технологической итерации и устранения проблем относительно медленной, что неблагоприятно сказывается на быстром реагировании на новые возникающие вызовы.

❌ Вызовы регуляторного соответствия

Анонимность и трансграничные характеристики Блокчейн создают проблемы для регулирования, некоторые сценарии применения могут использоваться для уклонения от регулирования или для незаконной деятельности, что увеличивает риски соблюдения при использовании технологий.

Практические сценарии применения Блокчейн

Блокчейн технология перешла от теории к практике и продемонстрировала потенциал для трансформации в различных отраслях. Вот некоторые из уже реализованных случаев применения:

) Экосистема криптовалют

Криптовалюты являются наиболее широким применением Блокчейн. Биткойн (BTC ) и Эфириум ###ETH ( и другие криптовалюты построены на технологии Блокчейн и обеспечивают передачу ценности без участия посреднических организаций. С развитием технологий экосистема криптовалют расширилась от простого хранения ценности до более широких сценариев применения, таких как DeFi (децентрализованные финансы).

) Управление цепочкой поставок и прослеживаемость

Система поставок включает в себя сложное многопартнерское сотрудничество и большой объем обмена данными, традиционные методы легко приводят к образованию информационных островов и затрудняют отслеживание ответственности. Технология Блокчейн предлагает решение:

Пример: Платформа Food Trust, разработанная IBM, использует Блокчейн для записи полного процесса прохождения пищи от фермы до стола. Тайваньский чайный бренд «Ван Дэ Чуань» применяет технологию Блокчейн для записи информации о происхождении чая, сборе и процессе производства; потребители могут просто отсканировать QR-код, чтобы увидеть полную историю продукта, что значительно увеличивает доверие к продукту.

( Управление интеллектуальной собственностью и цифровыми активами

Блокчейн предоставляет создателям более эффективные инструменты управления интеллектуальной собственностью:

Пример: Невзаимозаменяемый токен )NFT### технология и искусство, музыка в сочетании, предоставляют создателям новые каналы монетизации. Проект NFT «Phanta Bear» Джей Чоу позволяет фанатам напрямую поддерживать артистов, одновременно получая уникальные цифровые коллекционные предметы и эксклюзивные права, создавая новый тип взаимодействия между артистами и фанатами.

Управление медицинскими данными

Медицинские данные как чувствительны, так и требуют безопасного обмена между различными учреждениями, Блокчейн предоставляет идеальную техническую основу:

Пример: Эстония внедрила национальную систему медицинских записей на базе Блокчейн, в которой медицинские файлы пациентов хранятся на Блокчейн, и только уполномоченные медицинские работники могут просматривать соответствующую информацию, что также предотвращает изменение записей. Министерство здравоохранения и социального обеспечения Тайваня также исследует использование технологии Блокчейн для безопасного обмена медицинскими записями между больницами, чтобы пациентам не нужно было носить бумажные отчеты при переходе в другую больницу.

( Инновации в финансовых услугах

Финансовая сфера является одной из самых активных областей применения Блокчейн:

Пример: в июне 2023 года Bank of China International выпустил структурированные облигации на блокчейне Эфириума на сумму более 30 миллионов долларов, снизив затраты на выпуск и повысив эффективность расчетов. Глубокая интеграция блокчейн-технологий и финансов привела к возникновению экосистемы децентрализованных финансов (DeFi), охватывающей различные финансовые услуги, такие как торговля, кредитование, страхование и др.

Анализ способов инвестирования в Блокчейн

Блокчейн как базовая технология не может быть непосредственно инвестирован, но в экосистему Блокчейн можно участвовать различными способами:

) Спот-торговля криптовалютой

Способ действия: Подобно традиционной торговле акциями, получение дохода от разницы цен за счет покупки по низкой цене и продажи по высокой. Например, купив биткойн по цене 30 000 долларов, а затем продав его за 50 000 долларов, можно получить прибыль в 20 000 долларов.

Целевая аудитория: начинающие в области Блокчейн, инвесторы, желающие напрямую участвовать в рынке.

Уровень риска: Средний (в значительной степени подвержен колебаниям рынка)

Порог входа: низкий (достаточно зарегистрироваться на основной торговой платформе для участия)

Участие в майнинге

Способ операции: предоставление вычислительной мощности через профессиональное оборудование (майнинг-устройства) для участия в верификации транзакций Блокчейн и получение соответствующих наград в криптовалюте.

Подходящая аудитория: опытные участники с техническим бэкграундом, способные нести высокие первоначальные затраты.

Необходимые факторы:

• Вложения в оборудование (стоимость покупки майнинг-устройств)
• Стоимость электроэнергии (долгосрочные операционные расходы)
• Требования к помещению (отвод тепла, шумоподавление)
• Политика