Наш Блокчейн: Повний посібник для розуміння його типів та роботи

Блокчейн-узел — це точка в мережі, основна функція якої полягає в розподілі даних між іншими вузлами, що забезпечує децентралізацію системи, водночас підтримуючи ефективний потік інформації. Вузли можуть виступати як проміжні у передачі даних або як кінцеві одержувачі, формуючи основну структуру, яка підтримує будь-яку блокчейн-мережу.

Технічні характеристики вузлів блокчейн

Вузол – це в основному комп'ютер (сервер) з установленим криптовалютним гаманцем, синхронізований з іншими подібними пристроями. Набір цих вузлів формує блокчейн. Ця мережна архітектура дозволяє швидке та ефективне розповсюдження великих обсягів даних.

Функціонування вузла безпосередньо залежить від потужності сервера. Будь-який пристрій, здатний передавати інформацію через інтернет, може слугувати вузлом, якщо він оснащений необхідним спеціальним програмним забезпеченням для виконання цієї функції.

В більшості систем блокчейн вузли виконують три основні функції:

• Зберігати та розподіляти інформацію про транзакції та залишки в гаманцях учасників мережі
• Моніторинг впровадження правил консенсусу (PoS, PoW, серед інших алгоритмів)
• Підтримувати функціонування розподілених реєстрів, які містять повну історію транзакцій з моменту створення мережі

Важливо підкреслити, що вузли потребують підключення до Інтернету для роботи. Офлайн-накопичувач не може виступати як вузол. Однак він стає повним вузлом, щойно встановлює з’єднання з Інтернетом.

Важливість вузлів для блокчейн-мереж

Щоб забезпечити стабільну роботу блокчейну, необхідна мережа серверів, синхронізованих між собою. Провідний цінність цієї конфігурації полягає в забезпеченні децентралізації без компромісу швидкості взаємодії між інформаційними матрицями.

Враховуючи, що обчислювальні вузли розподілені в різних країнах і містах, навіть блокування інтернету в конкретному регіоні не призвело б до переривання роботи блокчейну. Проте, якщо всі вузли були б зосереджені в руках однієї групи, вони могли б повністю контролювати мережу, підриваючи принцип децентралізації.

Децентралізація є однією з провідних переваг криптовалют. Щоб забезпечити цю характеристику та досягти ефекту розподілу даних, блокчейни використовують численні менші вузли, які, хоча й не беруть участі у майнінгу, зберігають всю історію транзакцій. Це запобігає тому, щоб обмежена група людей взяла під контроль розподілений реєстр.

Користувачі, які надають свою обчислювальну потужність для забезпечення роботи блокчейну, отримують винагороди, заохочуючи більше людей підключати свої комп'ютери до розподіленої мережі.

Типи вузлів у блокчейн-мережах

Блокчейн-вузли відрізняються за функцією та призначенням. Існують стандартні типи, присутні в багатьох блокчейнах, а також додаткові моделі, що використовуються в специфічних мережах з розширеними функціональними можливостями.

Ми Повні (Full Nodes)

Це був перший тип вузла, спочатку створений для мережі Bitcoin. Повні вузли формують основу блокчейну та беруть участь у виконанні транзакцій.

Повний вузол містить усю інформацію про транзакції та блоки з моменту запуску мережі до теперішнього моменту. Коли користувач передає криптовалюти, операцію перевіряють усі вузли та реєструють у їхній історії.

Десятки тисяч повних вузлів можуть одночасно працювати в блокчейні, постійно обмінюючись інформацією між собою. Обробка цього величезного потоку даних вимагає значної обчислювальної потужності.

Коли користувач вперше встановлює повний вузол, йому потрібно синхронізувати його з мережею, завантажуючи всю блокчейн. У деяких мережах цей процес потребує значної пам'яті. Наприклад, у листопаді 2022 року розмір блокчейн Біткоїна становив 438 ГБ, що може зайняти кілька тижнів для повної синхронізації.

Якщо вузол залишиться відключеним від мережі на деякий час, при повторному підключенні йому потрібно буде знову синхронізуватися, завантажуючи всю інформацію, що була згенерована під час відсутності.

Повні вузли мають специфічний набір функцій, які відрізняють їх від інших типів. Однією з найважливіших функцій є перевірка підписів (ключів) для підтвердження транзакцій та блоків. Якщо буде виявлено помилку, вузол може відхилити операцію. Причини можуть бути різними: неправильний формат, помилки алгоритму, дублікація, маніпуляція записами та інші.

Користувачі, які працюють з повними вузлами, можуть незалежно перевіряти отримані перекази і, якщо бажають, також брати участь у видобутку та отримувати винагороди.

Ми Легкі (Легкі Вузли)

Легкі вузли не містять повної інформації про блокчейн. Цей тип вузла зберігає лише запис блоку, до якого він підключений, і зазвичай не працює безперервно.

Зазвичай, легкий вузол - це програмне забезпечення, яке підключається до повного вузла та передає інформацію з нього на комп'ютер користувача, таку як баланс рахунку та історія транзакцій. На практиці легкий вузол використовує повний вузол як міст для доступу до блокчейну.

Легкий вузол має основні функції для використання криптовалют, не вимагаючи великої обчислювальної потужності або пам'яті, і може бути запущений навіть на мобільних пристроях. Синхронізація зазвичай займає лише кілька секунд.

Ми Повні Обрізані (Pruned Full Nodes)

Цей тип вузла завантажує всю блокчейн і синхронізує її лише під час першого запуску. Потім він автоматично завантажує нові блоки та видаляє старі, коли досягається певний ліміт пам'яті. Зазвичай користувач може задати розмір вузла в налаштуваннях, наприклад, 10 ГБ.

Ми Майнеры (Майнингові Вузли)

Майнерські вузли беруть участь у процесі видобутку криптовалют і використовуються виключно в блокчейнах, що базуються на алгоритмі Доказу роботи (PoW). Вони можуть бути повними або легкими.

Для роботи з цим типом вузла користувач повинен мати потужне обчислювальне обладнання:

• Центральний процесор (CPU)
• Графічний процесор (GPU)
• Інтегральна схема спеціального призначення (ASIC)

Також необхідна установка спеціалізованого програмного забезпечення.

У процесі видобутку біткоїнів, наприклад, потрібно вирішувати складні математичні задачі. Внаслідок цих обчислень майнер знаходить унікальне значення коду: хеш, який слугує доказом виконаної роботи.

Майнер потім надсилає знайдений хеш іншим вузлам, які перевіряють його відповідність вимогам. Якщо перевірка буде успішною, майнер може додати новий блок і отримати відповідну винагороду.

(Staking Nodes) вузлів для стейкінгу

Це еквівалент майнінгових вузлів у блокчейнах, які використовують алгоритм Доказу частки (PoS). Вузол стейкінгу також необхідний для валідації транзакцій та додавання нових блоків, він може бути повним або легким.

У цьому випадку винагорода не надається за математичні розрахунки, а за внесення певної кількості монет на рахунок. Відповідно, для роботи вузла стейкінгу не потрібно купувати дороге обладнання. Достатньо правильно налаштувати програмне забезпечення та внести необхідну суму.

Мастередоди

Мастернода є аналогом повного вузла: вона також зберігає всю інформацію з блокчейну та синхронізується з ним, але має додаткові функції. Вони необхідні для забезпечення анонімності при розподілі транзакцій та їх відправці між гаманцями.

Власник повного вузла може отримати мастеркнод, якщо виконає умови, встановлені блокчейном. Зазвичай головною вимогою є депозит та підтримка певної кількості монет на своєму рахунку, а також виконання певних налаштувань на сервері (, які варіюються між різними криптовалютами ).

Коли користувач виконує анонімну транзакцію, його монети "змішуються" в мастернодах. Цей процес може включати різну кількість вузлів, розподілених по всьому світу та вибраних випадковим чином. Кількість раундів змішування також варіюється, і може бути налаштована вручну або автоматично. Як результат, стає неможливим відстежити зв'язок між відправником і одержувачем.

Мастеркоди можуть працювати з алгоритмом PoS або з гібридним консенсусом PoW/PoS. Щоб заохотити користувачів створювати та керувати мастеркодами, система надає їм частину комісій від майнерів. Розмір винагороди варіюється між різними блокчейнами.

На блокчейні NEM (XEM), майстернода називається супернода.

Вузли блискавки

Lightning Network (LN) є доповненням другого рівня до блокчейну Біткоїн, що складається з мережі платіжних каналів між користувачами. Ця система використовує спеціальні ультрашвидкі вузли, які синхронізуються між собою та з провідною блокчейном.

Вузли Lightning перевіряють лише транзакції, безпосередньо з ними пов'язані (, на відміну від стандартних вузлів, які перевіряють усі транзакції в блокчейні ). Завдяки цій характеристиці досягається максимальна швидкість обробки транзакцій.

Провідні та Орacles

Це додаткові функції, які вузол може виконувати в децентралізованій мережі:

• Вузол-валідатор — це пристрій, що перевіряє та затверджує транзакції. Ці вузли можуть працювати, використовуючи різні алгоритми, залежно від характеристик блокчейну.
• Оракул є вузлом, який передає інформацію з зовнішніх систем у блокчейн. Прикладом таких даних може бути актуальна ціна монет на біржі, що працює на блокчейні.

Необхідний специфічний скрипт для перетворення інформації у зрозумілий формат для смарт-контрактів. Потім валідатор перевіряє дані оракула разом з усією іншою інформацією в блокчейні.

У цьому випадку сигнал оракула перевіряється великою кількістю валідаторів, що підвищує загальну безпеку мережі.

Вилки та зміни в функціях вузлів

Будь-який проект криптовалюти може періодично оновлюватися. Щоб оновлення мали ефект на всю мережу, всі вузли повинні їх прийняти. Іноді можуть виникати розбіжності в спільноті розробників і валідаторів щодо впровадження певних оновлень, при цьому частина вузлів їх приймає, а інші відхиляють. Процес впровадження цих змін називається форком.

Існує два типи форків:

• М'який форк представляє собою зміни та поліпшення, які не суперечать базовій конфігурації блокчейну. Щоб їх прийняти, власник вузла повинен оновити програмне забезпечення. Навіть якщо лише частина вузлів прийме це оновлення, система продовжить працювати стабільно.
• Хард-форк передбачає значні зміни в блокчейні. Внаслідок цього типи вузлів у мережі можуть кардинально змінитися. Наприклад, у вересні 2022 року криптовалюта Ethereum мігрувала з алгоритму PoW на PoS. Як наслідок, вузли майнінгу зникли, і з'явилися вузли стейкінгу з функціями валідації.

Якщо в спільноті виникає розбіжність щодо прийняття хард-форку, мережа ділиться на дві несумісні блокчейни: один зберігає оригінальну конфігурацію, а інший приймає нові специфікації.