Наш Блокчейн: Полное руководство по пониманию его типов и работы

Узел блокчейна — это точка в сети, основная функция которой заключается в распределении данных между другими узлами, обеспечивая децентрализацию системы и поддерживая эффективный поток информации. Узлы могут выступать как промежуточные в передаче данных или как конечные получатели, формируя основную структуру, которая поддерживает любую блокчейн-сеть.

Технические характеристики узлов блокчейна

Узел — это по сути компьютер (сервер) с установленным криптовалютным кошельком, синхронизированный с другими подобными устройствами. Набор этих узлов формирует блокчейн. Эта сетевую архитектуру позволяет быстро и эффективно распределять большие объемы данных.

Работа узла зависит напрямую от возможностей сервера. Любое устройство, способное передавать информацию через интернет, может служить узлом, при условии, что оно оснащено необходимым специальным программным обеспечением для этой функции.

В большинстве блокчейн-систем узлы выполняют три основных функции:

• Хранить и распределять информацию о транзакциях и балансах в кошельках участников сети
• Мониторинг реализации правил консенсуса (PoS, PoW и других алгоритмов)
• Поддерживать функционирование распределенных реестров, которые содержат полную историю транзакций с момента создания сети

Важно отметить, что узлы нуждаются в подключении к интернету для работы. Офлайн-устройство хранения не может выступать в качестве узла. Однако оно становится полным узлом, как только устанавливает соединение с интернетом.

Важность узлов для блокчейн-сетей

Чтобы обеспечить стабильную работу блокчейна, необходима сеть серверов, синхронизированных между собой. Ведущая ценность этой конфигурации заключается в обеспечении децентрализации без ущерба для скорости взаимодействия между матрицами информации.

Учитывая, что вычислительные узлы распределены по различным странам и городам, даже блокировка интернета в конкретном регионе не вызовет остановки блокчейна. Тем не менее, если бы все узлы были сосредоточены в руках одной группы, они могли бы полностью контролировать сеть, подрывая принцип децентрализации.

Децентрализация представляет собой одно из ведущих преимуществ криптовалют. Для обеспечения этой характеристики и достижения эффекта распределения данных блокчейны используют многочисленные меньшие узлы, которые, хотя и не участвуют в майнинге, хранят всю историю транзакций. Это предотвращает возможность того, чтобы ограниченная группа людей взяла под контроль распределенный реестр.

Пользователи, предоставляющие свою вычислительную мощность для обеспечения работы блокчейна, получают вознаграждения, что стимулирует больше людей подключать свои компьютеры к распределенной сети.

Типы узлов в блокчейн-сетях

Узлы блокчейна различаются по функции и назначению. Существуют стандартные типы, присутствующие во многих блокчейнах, а также дополнительные модели, используемые в конкретных сетях с расширенными функциональными возможностями.

Мы Полные (Полные Узлы)

Это был первый тип узла, первоначально созданный для сети Bitcoin. Полные узлы формируют основу блокчейна и участвуют в выполнении транзакций.

Полный узел содержит всю информацию о транзакциях и блоках с момента запуска сети до текущего момента. Когда пользователь переводит криптовалюту, операция проверяется всеми узлами и регистрируется в его истории.

Десятки тысяч полных узлов могут одновременно работать в блокчейне, постоянно обмениваясь информацией между собой. Обработка этого огромного потока данных требует значительной вычислительной мощности.

Когда пользователь впервые устанавливает полный узел, он должен синхронизировать его с сетью, загружая всю блокчейн. В некоторых сетях этот процесс требует много памяти. Например, в ноябре 2022 года размер блокчейна Биткойна составил 438 ГБ, и полная синхронизация может занять несколько недель.

Если узел будет отключен от сети на некоторое время, при повторном подключении ему потребуется снова синхронизироваться, загрузив всю информацию, сгенерированную в течение периода отсутствия.

Полные узлы имеют специфический набор функций, которые отличают их от других типов. Одна из самых важных функций — проверка подписей (ключей) для подтверждения транзакций и блоков. Если будет обнаружена ошибка, узел может отклонить операцию. Причины могут варьироваться: некорректный формат, ошибки алгоритма, дублирование, манипуляция записями и другие.

Пользователи, управляющие полными узлами, могут независимо проверять полученные транзакции и, если они желают, также участвовать в майнинге и получать вознаграждения.

Мы Легкие (Легкие Узлы)

Легкие узлы не содержат полной информации о блокчейне. Этот тип узла хранит только запись блока, к которому он подключен, и обычно не работает постоянно.

Обычно легкий узел — это программа, которая подключается к полному узлу и передает информацию от него на компьютер пользователя, такую как баланс счета и историю транзакций. На практике легкий узел использует полный узел в качестве моста для доступа к блокчейну.

Легкий узел имеет основные функции для использования криптовалют, не требуя больших вычислительных мощностей или памяти, и может быть запущен даже на мобильных устройствах. Синхронизация обычно занимает всего несколько секунд.

Мы Полные Обрезанные ( Pruned Full Nodes )

Этот тип узла загружает всю блокчейн и синхронизирует его только при первой инициализации. Затем он автоматически загружает новые блоки и удаляет старые, когда достигается определенный предел памяти. Обычно пользователь может установить размер узла в настройках, например, 10 ГБ.

Мы Майнеры ( Майнинг Узлы )

Майнерские узлы участвуют в процессе добычи криптовалют и используются исключительно в блокчейнах, основанных на алгоритме Доказательства работы (PoW). Они могут быть полными или легкими.

Чтобы управлять этим типом узла, пользователю необходимо иметь мощное вычислительное оборудование:

• Центральный процессор (CPU)
• Графический процессор (GPU)
• Специальный интегральный схем (ASIC)

Также требуется установка специализированного программного обеспечения.

В процессе майнинга Биткойна, например, необходимо решать сложные математические задачи. В результате этих вычислений майнер находит уникальное значение кода: хэш, который служит доказательством выполненной работы.

Затем майнер отправляет найденный хеш другим узлам, которые проверяют его соответствие требованиям. Если проверка прошла успешно, майнер может добавить новый блок и получить соответствующее вознаграждение.

Мы из Staking ( Стейкинг Узлы )

Это эквивалент майнинговых узлов в блокчейнах, использующих алгоритм Доказательства Участия (PoS). Узел стекинга также необходим для проверки транзакций и добавления новых блоков, он может быть полным или легким.

В этом случае вознаграждение не предоставляется за математические расчёты, а за депозит определённого количества монет на счёт. Следовательно, для работы узла стейкинга не требуется приобретать дорогостоящее оборудование. Достаточно правильно настроить программное обеспечение и внести требуемую сумму.

Мастеркоды

Мастермод аналогичен полному узлу: он также хранит всю информацию блокчейна и синхронизируется с ним, но имеет дополнительные функции. Они необходимы для обеспечения анонимности при разделении транзакций и отправке их между кошельками.

Владелец полного узла может получить мастерноду, если выполнит условия, установленные блокчейном. Обычно основное требование заключается в том, чтобы внести и поддерживать определенное количество монет на своем счете, а также выполнить определенные настройки на сервере (, которые варьируются в зависимости от различных криптовалют ).

Когда пользователь выполняет анонимную транзакцию, его монеты "смешиваются" в мастерах. Этот процесс может включать в себя различное количество узлов, распределенных по всему миру и выбранных случайным образом. Количество раундов смешивания также варьируется, его можно настроить вручную или автоматически. В результате становится невозможно отследить связь между отправителем и получателем.

Мастеркоды могут работать с алгоритмом PoS или с гибридным консенсусом PoW/PoS. Чтобы побудить пользователей создавать и управлять мастеркодами, система предоставляет им часть комиссий от майнеров. Размер вознаграждения варьируется между разными блокчейнами.

На блокчейне NEM (XEM) мастернода называется суперузел.

Узлы Lightning

Сеть Lightning (LN) является дополнением второго уровня для блокчейна Биткойна, состоящим из сети платежных каналов между пользователями. Эта система использует специальные ультрабыстрые узлы, которые синхронизируются друг с другом и с ведущим блокчейном.

Узлы Lightning проверяют только транзакции, непосредственно связанные с ними (, в отличие от стандартных узлов, которые проверяют все транзакции в блокчейне ). Благодаря этой характеристике достигается максимальная скорость обработки транзакций.

Валидация и Оракулы

Это дополнительные функции, которые узел может выполнять в децентрализованной сети:

• Валидаторный узел — это устройство, которое проверяет и одобряет транзакции. Эти узлы могут работать, используя различные алгоритмы, в зависимости от характеристик блокчейна.
• Оракул является узлом, который передает информацию из внешних систем в блокчейн. Примером таких данных может быть текущая цена монет на бирже, работающей на блокчейне.

Необходим специальный скрипт для преобразования информации в формат, понятный для смарт-контрактов. Затем валидатор проверяет данные оракла вместе со всей другой информацией в блокчейне.

В этом случае сигнал оракула проверяется большим количеством валидаторов, что увеличивает общую безопасность сети.

Ветви и изменения в функциях узлов

Любой проект криптовалюты может периодически обновляться. Чтобы обновления вступили в силу по всей сети, все узлы должны их принять. Периодически могут возникать разногласия в сообществе разработчиков и валидаторов по поводу внедрения определенных обновлений, при этом некоторые узлы принимают их, а другие отклоняют. Процесс внедрения этих изменений называется форком.

Существует два типа форков:

• Мягкий форк представляет собой изменения и улучшения, которые не противоречат основной конфигурации блокчейна. Чтобы их принять, владелец узла должен обновить программное обеспечение. Даже если только часть узлов примет это обновление, система продолжит функционировать стабильно.
• Хардфорк подразумевает значительные изменения в блокчейне. В результате типы узлов в сети могут полностью измениться. Например, в сентябре 2022 года криптовалюта Ethereum перешла от алгоритма PoW к PoS. Следовательно, узлы майнинга исчезли, а узлы стекинга с функциями валидации появились.

Если в сообществе возникнет разногласие по поводу принятия хардфорка, сеть разделится на две несовместимые блокчейна: один сохраняет оригинальную конфигурацию, а другой принимает новые спецификации.