Блокчейн произвел революцию в области хранения и передачи информации. Он известен как прорывная технология XXI века и скоро станет частью повседневных интернет-приложений, которыми мы пользуемся. Однако работа блокчейна для большинства остается непонятной из-за его сложности. В этой статье мы расскажем о том, как работает блокчейн, рассмотрим его существующие уровни и принцип их взаимодействия между собой.
Блокчейн – это распределенная система реестра данных, в которой обрабатываются и хранятся записи о транзакциях. Например, биткоин работает на основе собственного блокчейна, где каждая его транзакция, связанная с отправкой и получением биткоинов, записывается навсегда в блокчейн. Он является эффективной альтернативой традиционному учету и верификации записей благодаря своей прозрачности. То есть каждая транзакция в публичном блокчейне может быть просмотрена любым человеком.
Более того, блокчейн не принадлежит какому-то одному субъекту, а принадлежит всем, кто участвует в проверке транзакций. Это исключает единую точку возможного отключения, а значит, взломать блокчейн практически невозможно, так как нет точки начального отсчета.
В основном блокчейн состоит из 5 уровней: уровень аппаратной инфраструктуры, уровень данных, сетевой уровень, уровень консенсуса и уровень приложений. Каждый слой обладает уникальной функциональностью. Все эти слои вместе делают блокчейн комплексным решением, начиная от управления данными на внутреннем уровне и заканчивая созданием приложений для пользователей на внешнем уровне.
Аппаратный уровень
Блокчейн основан на одноранговом обмене информацией. Сеть компьютеров, обеспечивающих вычислительную мощность блокчейна, образует аппаратный уровень. Самое главное, что блокчейн – это совокупность всех составляющих его узлов. Узел – это компьютер или сеть компьютеров, которые дешифруют транзакции.
Уровень данных
Следующий после аппаратного уровень – это уровень данных, на котором хранятся детали транзакций. Транзакция, хранящаяся в блоке (основной единице блокчейна), содержит данные об отправленной криптовалюте, открытом ключе получателя и закрытом ключе отправителя. Каждый блок, содержащий данные, связан с предыдущим и следующим генерируемым блоком. Только генезис-блок, первый блок сети, является коренным и предопределяют дальнейшую работу сети.
Сетевой уровень
Этот уровень занимается коммуникацией между узлами блокчейна. Сетевой уровень обеспечивает эффективное обнаружение и взаимодействие между одноранговыми устройствами, называемыми узлами. Как правило, узел находит “загрузочную ноду”, которая сканирует доступные пиры и инициирует связь. Поскольку блокчейн – это открытая сеть, каждый узел должен знать о транзакциях, которые подтверждают другие узлы.
Слой консенсуса
Этот уровень обеспечивает согласование достоверности каждой транзакции всеми узлами сети. Он использует механизм консенсуса, такой как Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS), для подтверждения и добавления транзакций в блокчейн. После создания нового блока из набора транзакций он передается всем другим узлам, чтобы проверить, действителен ли новый блок или нет, и на основе консенсуса (как минимум 3-мя валидаторами сети) от всех других узлов новый блок добавляется в блокчейн.
Стоит также отметить, что чем больше узлов-валидаторов участвует в механизме консенсуса, тем более децентрализованной является сеть блокчейн. Однако чем больше данных о транзакциях требуется подтвердить в сети, тем выше становятся комиссии за транзакции, что является известной проблемой масштабируемости блокчейна для систем Proof-of-Work.
Уровень приложений
Пятый и последний уровень архитектуры блокчейна представлен готовыми для пользователей рабочими решениями. Этот слой включает в себя смарт-контракты, децентрализованные приложения (dApps) и другое программное обеспечение, работающее поверх сети блокчейн. Он позволяет разработчикам создавать новые приложения и сервисы, обеспечивающие безопасность и прозрачность блокчейна. Эти реализации могут представлять собой что угодно: кошельки, приложения для социальных сетей, браузеры, Defi Apps, NFT-платформы и т. д. Хоть и интерфейс большинства приложений могут ничем не отличаться от повседневных, внутреннее хранение данных в этих приложениях децентрализовано.
Иерархия уровней блокчейна
Уровень 0
Блокчейн сам по себе называется нулевым уровнем. Нулевой уровень блокчейна – это начальная стадия блокчейна, которая позволяет функционировать различным сетям, таким как биткоин, эфириум и многим другим. Этот уровень является основой протокола блокчейн, он отвечает за обеспечение необходимой инфраструктуры для сети блокчейн. Уровень 0 также предоставляет блокчейну возможность межцепочечного взаимодействия между верхним и последующими слоями.
Примеры блокчейн протоколов 0-го уровня, которые имеют собственные токены:
- Cosmos
- Polkadot
- Avalanche
Уровень 1
Уровень 1 отвечает за хранение фактических данных в блокчейне. Этот уровень состоит из блоков, которые представляют собой набор транзакций, проверенных и подтвержденных узлами блокчейна. Новые блоки добавляются в блокчейн в линейном, хронологическом порядке. Уровень 1 очень важен, поскольку он обеспечивает точность и защиту данных в блокчейне от взлома.
До слияния существовала известная проблема масштабируемости систем первого уровня Proof-of-Work, таких как Bitcoin и прошлой версии сети Ethereum. По мере того как к сети присоединяется все больше людей, механизму консенсуса требуется все большая вычислительная мощность, что приводит к повышению платы за газ/транзакцию и увеличению времени обработки.
Однако эти проблемы масштабируемости сглаживаются системами Proof-of-Stake (PoS), поскольку они требуют значительно меньше энергии. Шардинг, являющийся частью некоторых PoS-систем, помогает масштабируемости, поскольку разделяет вычислительные мощности.
Примеры блокчейн протоколов 1-го уровня, которые имеют собственные токены:
- Bitcoin (BTC)
- Ethereum (ETH)
- Cardano (ADA)
Уровень 2
Протокол второго уровня располагается поверх протокола первого уровня. Блокчейн проекты, расположенные над сетями первого уровня также известны как “решения второго уровня” или сети масштабирования. Они позволяют получать дешевые комиссии за транзакции, поскольку транзакции второго уровня могут происходить вне цепи, вдали от экосистемы первого уровня. Хорошим примером решения второго уровня является сеть Lightning Network блокчейна Bitcoin.
Другим примером решений второго уровня являются сайдчейны. Лучший пример такого решения – сеть Ronin Network, блокчейн, используемый крупнейшей игрой NFT, Axie Infinity. Ronin – это сайдчейн сети Ethereum, который позволил избежать высоких комиссий на газ, связанных с системой PoW в ETH, до слияния в 2022 году.
Уровень 3
Блокчейн третьего уровня также называют “слоем приложений”. Основная задача этого уровня – размещение DApps и многих других протоколов, которые позволяют работать другим приложениям. На третьем уровне расположены пользовательские интерфейсы, которые позволяют таким проектам, как приложения DeFi, иметь реальные сценарии использования. Здесь протокол блокчейна разделяется на два важных подуровня – приложения и исполнения. Это наиболее эффективное решение, позволяющее разделить блокчейн с возможностью кросс-цепочек для достижения цели “реальной совместимости”.
| Уровень 0 | На этом уровне находятся аппаратные средства, протоколы и другие основополагающие элементы. |
| Уровень 1 | Как правило, относится к блокчейну с собственной криптовалютой. Он включает в себя основные правила и протоколы, которые регулируют работу сети, обработку и подтверждение транзакций. |
| Уровень 2 | Обладает возможностями масштабирования, по сравнения с уровнями 0 и 1. Позволяет производить интеграции со сторонними решениями. |
| Уровень 3 | Этот уровень используется для размещения dApps и других приложений, ориентированных на разнообразные и специфические потребности пользователей. |
Что такое масштабируемость блокчейна?
Масштабируемость блокчейна – это способность сети поддерживать повышенную нагрузку транзакций и узлов в конкретной сети. В блокчейне регистрируются транзакции в секунду. День за днем мы наблюдаем новые достижения в технологии блокчейн; с этими достижениями увеличивается и количество транзакций в секунду. Именно поэтому блокчейн называют масштабируемым.
Безопасность – главная особенность сети блокчейн, помимо распределения мощностей. Протоколы блокчейна созданы для защиты данных от сетевых атак. Масштабируемость блокчейна поддерживает будущий рост и высокую пропускную способность транзакций. В блокчейн внесено множество технологических усовершенствований, чтобы конкурировать с централизованными платформами, традиционными фондами. Масштабируемость – это решение многих проблем, с которыми сталкивается блокчейн.
Блокчейнам присуща проблема, известная как «трилемма масштабируемости». Она включает в себя 3 свойства, такие как безопасность, масштабируемость и децентрализация. Как мы знаем, каждая технология блокчейн на данный момент работает только с двумя свойствами, с недавних пор – частично сбалансированными тремя. Соблюдение всех этих особенностей создаст самую быструю и безопасную масштабируемую сеть.
Заключение
Понимание различных слоев технологии блокчейн необходимо всем, кто собирается разрабатывать проекты на основе блокчейна. Разработчики блокчейна активно работают над проблемами масштабируемости, которыми страдает технология блокчейн, чтобы сделать эту технологию более жизнеспособной для крупномасштабного использования. Для того чтобы технология блокчейн получила массовое распространение в мире, необходимо решить трилемму безопасности, масштабируемости и децентрализации.
Несмотря на имеющиеся проблемы, технология блокчейн остается невероятно мощным инструментом с большим потенциалом. Углубленно изучив различные уровни протоколов технологии блокчейн, вы сможете приступить к разработке собственных приложений и сервисов, использующих эту революционную технологию.
