The Economist: блокчейн изменит будущее
Блокчейн стал главной темой номера ведущего экономического издания мира — журнала The Economist (перевод вступительной редакционной колонки). БитНовости предлагают вашему вниманию полный перевод статьи об истории, устройстве и перспективах блокчейна — технологии, важной не только для криптовалют.
В 2009 году полиция Гондураса пришла выселять Мариану Каталину Изагуирре, которая прожила в своем скромном доме три десятилетия. В отличие от многих соседей в Тегусигальпе, столице страны, у нее даже был официальный документ, удостоверяющий право собственности на землю. Но записи государственного регистратора показывали, что другой человек также владеет ее участком, и тот убедил судью подписать ордер на выселение. К моменту, когда правовая коллизия разрешилась, дом уже снесли.
Такого рода события происходят каждый день в странах, где чиновники, ответственные за ведение реестра прав собственности, относятся к работе небрежно или попросту коррумпированы — то есть в значительной части мира. Отсутствие надежных доказательств прав собственности — постоянный источник неуверенности и несправедливости, затрудняющий использование дома и земли в качестве финансового обеспечения, что, в свою очередь, снижает инвестиции и препятствует созданию рабочих мест.
Кажется, что подобные проблемы не имеют отношения к биткойну — цифровой валюте на основе сложной криптографии. Большинство ее поклонников — приверженцы антигосударственнических убеждений с достатком выше среднего, а также криминалитет. Но криптографическая технология, на которой построен биткойн, — блокчейн — может использоваться не только в валюте. Блокчейн позволяет незнакомым и не доверяющим друг другу людям поддерживать реестр записей о том, кто чем владеет, изменения в котором требуют согласия всех заинтересованных сторон. Блокчейн — способ создания и сохранения правды.
Поэтому чиновники, задавшиеся целью навести порядок в гондурасском государственном реестре собственности, попросили американский стартап Factom разработать прототип реестра прав собственности на землю на основе блокчейна. Интерес к этой технологии проявила и Греция, не имеющая нормального земельного реестра: всего 7% территории страны достаточно точно нанесено на карту.
Биткойн и блокчейн
Существуют другие приложения блокчейна и схожих распределенных реестров: от борьбы с похитителями бриллиантов до ускорения работы фондовых рынков. Так, в скором времени NASDAQ начнет использовать систему на основе блокчейна для торговли бумагами непубличных компаний. Банк Англии, ранее не отличавшийся технологической продвинутостью, фонтанирует смелыми прогнозами, называя в опубликованном в конце прошлого года исследовании блокчейн «важной инновацией с далеко идущими последствиями» для финансовой индустрии.
На взгляд политически ангажированных наблюдателей, потенциал блокчейна куда больше. Когда участники «левого» форума OuiShare в Париже обсуждали, как небольшие, низовые организации могут поставить под сомнение монополию владельцев гигантских хранилищ данных вроде Facebook, слово «блокчейн» звучало почти в каждом выступлении. Либертарианцы мечтают о мире, в котором государственное регулирование постепенно замещается добровольными контрактами между индивидами. Блокчейн-программирование делает такие контракты самоисполняющимися.
Блокчейн — детище гениального и до сих пор не установленного автора, известного под псевдонимом Сатоши Накамото. В публикации 2008 года он определил своё изобретение как «цифровая полностью пиринговая наличность». Для того, чтобы биткойн работал подобно наличным, система должна корректно переводить цифровые монеты (то есть не отправлять их не на тот кошелек) и препятствовать двойной трате. Для воплощения мечты Накамото о децентрализованной платежной системе этих целей нужно было достичь, не прибегая к доверенной третьей стороне, каковой в традиционных финансах являются банки.
Блокчейн — вот что заменяет доверенную третью сторону. Эта база данных, хранящая историю каждого биткойна, позволяет в любой момент установить, кто чем владеет. Распределенное хранилище продублировано на тысячах разбросанных по миру компьютеров — узлах сети биткойн — и открыто на просмотр для каждого. Открытость блокчейна не противоречит его надежности и защищенности, которые обеспечиваются комбинацией математических тонкостей и вычислительной «грубой силы», встроенный в механизм консенсуса — процесса, в ходе которого узлы приходят к соглашению о том, как отразить в блокчейне очередную порцию биткойн-платежей.
Кто подтверждает транзакцию
Допустим, Алиса хочет заплатить Бобу за его услуги. У обоих есть биткойн-кошельки — программы, осуществляющие доступ к блокчейну (но не идентифицирующих пользователей). Транзакция начинается с того, что кошелек Алисы предлагает сети внести изменение в блокчейне: уменьшить баланс кошелька Алисы и увеличить баланс кошелька Боба.
Сеть в несколько этапов проверяет корректность изменений. По мере того, как транзакция распространяется по сети, узлы проверяют, сверяясь с блокчейном, действительно ли Алиса владеет биткойнами, которые пытается потратить. Если всё в порядке, специальные узлы (майнеры) объединят транзакцию Алисы с другими проверенными транзакциями в рамках нового блока.
Процесс завершается повторяющимся вычислением криптографической хеш-функции, превращающей блок в строку известной длины. Как и многое в криптографии, хеш-функция необратима. Легко по данным получить хеш, но по значению хеша невозможно восстановить данные. Хеш не содержит данных, но служит их уникальным идентификатором. Любые изменения в блоке, даже изменение одной цифры в одной транзакции, приведут к изменению его хеша.
Значение хеш-функции и некоторые другие данные составляют заголовок предлагаемого блока. Этот заголовок становится основой для математической задачи, где снова требуется вычислять хеш. Задача может быть решена только методом проб и ошибок. По всей сети майнеры перебирают триллионы и триллионы возможных вариантов в поисках ответа. Когда майнер наконец находит решение, другие узлы быстро его проверяют (снова односторонняя функция: найти решение сложно, проверить просто). Узел, убедившийся в корректности блока, включает его в блокчейн. Хеш заголовка блока становится его идентификатором. Теперь блок — часть блокчейна. Платеж Алисы Бобу, как и другие транзакции блока, считается подтвержденным.
Стадия поиска решения обладает тремя качествами, определяющими безопасность биткойна. Во-первых, вероятностный характер выигрыша. Нельзя предсказать, какой майнер решит задачу, как и нельзя предсказать, кто в конечном итоге обновит блокчейн. Можно лишь утверждать, что это с большей вероятностью будет мощный майнер, а не случайный злоумышленник. Подделывать блокчейн сложно.
Во-вторых, история. Каждый заголовок блока содержит хеш заголовка предыдущего блока, тот — хеш предыдущего, и так далее вплоть до первого блока. Таким образом, блоки составляют цепочку. Обладая исходными данными, легко независимо вычислить заголовок последнего блока. Стоит внести изменение в любой, даже очень старый блок, — изменится его заголовок, а следовательно, и заголовки всех последующих блоков. Последний заголовок в поддельной цепочке сигнализирует о некорректном изменении, и сеть ее отклонит.
Есть ли способ обойти этот механизм? Представим, что Алиса передумала платить Бобу и пытается переписать историю так, чтобы биткойны остались в ее кошельке. Если бы она была майнером, она могла бы решить задачу и сгенерировать новую версию блокчейна. Но пока она бы это делала, остальные участники сети успели бы продлить подлинную цепочку. Узлы сети работают над самой длинной известной им цепочкой. Это правила разрешает ситуации, когда два майнера находят разные решения задачи почти одновременно. Это служит причиной временного раздвоения (форка) цепочки. Правило самой длинной цепочки препятствует злоумышленнику. Чтобы заставить сеть принять измененный ей блок, Алиса должна продлевать свою версию блокчейна быстрее, чем вся остальная сеть продлевает свою. Считается, что без контроля над более чем половиной вычислительной мощности сети (так называемая «атака 51%») это невозможно.
Заманчивые перспективы
Оставим в стороне вопрос о сложности подделки блокчейна. Остается вопрос: зачем вообще присоединяться к процессу? Поэтому третья составляющая процесса подтверждения транзакций — мотивация. Майнер, создавший новый блок, получает 25 биткойнов, или около 8 тысяч долларов.
Все это само по себе не делает биткойн особенно привлекательной валютой. Ее цена нестабильна и непредсказуема, а общий объем монет в обращении намеренно ограничен. Но механизм блокчейна работает отлично. По данным blockchain.info, сайта, отслеживающего статистику сети, в день совершается 120 тысяч транзакций на сумму около 75 миллионов долларов. Цепочка состоит из 380 тысяч блоков и занимает 45 гигабайт.
В большинстве случаев блокчейн хранит информацию о биткойне, но есть и другие применения. Сатоши Накамото построил открытую платформу — набор разработок, доступных для изучения и совершенствования. Классический пример открытой платформы — сам интернет; среди других примеров — операционные системы вроде Android и Linux. Разработчики приложений на базе блокчейна не должны получать разрешение или платить за использование технологии. «Наконец-то в интернете появилась общественная база данных», — говорит Крис Диксон (Chris Dixon) из венчурной компании Andreessen Horowitz, проинвестировавшей несколько биткойн-стартапов, в числе которых разработчик кошельков Coinbase и компания 21, производящая устройства для майнинга, ориентированные на массовый рынок.
Блокчейн-приложения можно разделить на три категории. Первая категория использует тот факт, что любой актив может быть передан посредством блокчейна. Один из стартапов, развивающих эту идею, — Colu. Он создал механизм, позволяющий «окрашивать» мелкие биткойн-транзакции (так называемая «биткойн-пыль») так, чтобы они представляли акции, облигации или ценные металлы.
Ведение защищенных реестров прав собственности на землю относится ко второй категории. Эти приложения используют блокчейн как «машину правды». Биткойн-транзакция может содержать дополнительную информацию, которая также включается в блокчейн. Следовательно, транзакции могут удостоверять права на всё что угодно. Everledger, к примеру, использует блокчейн для учета предметов роскоши. Записав в блокчейн отличительные признаки драгоценного камня, обеспечим доказательства в случае кражи. Onename хранит с помощью блокчейна личные данные, стремясь избавиться от паролей; Coinspark выполняет роль нотариуса. Заметим, что в этих приложениях, в отличие от самого биткойна, требуется некоторый уровень доверия: клиент должен верить, что сервис сохранит данные корректно.
В третью категорию попадают наиболее амбициозные проекты — «умные контракты», исполняющиеся сами при определенных условиях. Биткойн можно «программировать» так, чтобы монеты стали доступны лишь при выполнении заданных условий. В частности, в помощью этого механизма реализован запрет майнерам тратить полученные за нахождение блока биткойны, пока к цепочке не добавится еще 99 блоков, что добавляет дополнительную мотивацию поддерживать корректность блокчейна.
Lighthouse, проект, запущенный Майком Хирном (Mike Hearn), одним из ключевых разработчиков биткойна, представляет собой децентрализованную краудфандинг-платформу, построенную на описанных выше принципах. Если проект собирает заявленную сумму, его создатели получают деньги, в противном случае средства возвращаются спонсорам. Хирн утверждает, что его схема будет дешевле, чем решения без использования биткойна, и одновременно более независимой, так как правительства не смогут прервать работу не понравившегося им проекта.
Голос скептика: энергия и масштабируемость
Распространение децентрализованных реестров открывает миллиард новых возможностей, говорит Альберт Венгер (Albert Wenger) из USV, нью-йоркской венчурной компании, известировавшей в числе прочих в стартап OpenBazaar — децентрализованную торговую площадку без посредников. Но как бы блокчейн-технология ни была открыта и многообещающа, скептики обращают внимание на проблемы масштабируемости и на возможные уязвимости в безопасности. То, что работает для биткойна и нескольких нишевых приложений, может быть не в состоянии поддерживать тысячи сервисов с миллионами пользователей.
Принципиальных брешей в предложенном Сатоши Накамото дизайне биткойна пока не найдено. Тем не менее, исследователи обнаружили тактики, позволяющие хитрому и хорошо обеспеченному майнеру скомпрометировать блокчейн, не контролируя 51% сети. А концентрация в одних руках крупной доли сети более вероятна, чем можно было бы подумать. Майнинг, на первых порах удел энтузиастов, сейчас контролируется большими «пулами», с которыми мелкие майнеры делятся своими ресурсами. Сеть зависит от операторов крупных дата-центров, многие из которых находятся в провинциях Китая, где электричество дешево, например, во Внутренней Монголии.
Беспокойство вызывает и влияние на окружающую среду. Не имею других способов гарантировать добросовестность майнеров, сеть заставляет их производить дорогостоящие вычисления (proof-of-work). Без этого нельзя получить награду; таким образом, все участники этой игры должны что-то поставить на кон. Отсюда проистекает выполнение «бесполезных» вычислений. По данным blockchain.info, майнеры производят 450 тысяч триллионов попыток решений в секунду. Каждая попытка требует энергии.
Майнеры не разглашают характеристики своего оборудования, поэтому никто не знает точно, сколько электричества потребляет сеть. Если бы все использовали самое эффективное оборудование, готовой расход энергии составил бы примерно два тераватт-часа — немногим больше, чам потребляет 150-тысячный город в Калифорнии. Делая пессимистичные предположения об эффективности майнинга, получим примерно 40 тераватт-часов, почти две трети от потребления 10-миллионного округа Лос-Анжелес. Это, конечно, оценка сверху. С другой стороны, по мере роста числа пользователей расход энергии может вырасти.
Несмотря на это расточительство, возможности биткойна ограничены. Сатоши Накамото ограничил максимальный размер блока 1 мегабайтом, что вмещает около 1400 транзакций. Биткойн может обработать до 7 транзакций в секунду, тогда как для Visa этот показатель равен 1736 транзакций в секунду только в Америке. Блоки можно увеличить, но чем больше блок, тем дольше он распространяется по сети, что увеличивает риск разделения цепочки.
Более ранние платформы сталкивались с похожими проблемами. Когда миллионы пользователей подключались к интернету в 1990-х, скептики предсказывали, что его работа остановится. Но интернет, как и биткойн сейчас, не остановился. Специализированные компьютеры для майнинга могут быть очень эффективными; были предложены более экономные альтернативы механизму proof-of-work. Разработчики также работают над дополнением Lightning, которое могло бы обрабатывать множество мелких транзакций вне блокчейна. Растущая скорость подключения к интернету позволит большим блокам распространяться с достаточной скоростью.
Проблема не в недостатке предложений по улучшению биткойна (BIP). Их много, но процесс их утверждения сложен и мешает выбрать какое-то одно. Изменения требуют согласия сообщества, а оно состоит из людей, не привыкших к компромиссам. Взять хотя бы «гражданскую войну» по поводу увеличания размера блока. Один лагерь настаивает на том, что большие блоки приведут к еще большей централизации майнинга и приблизят биткойн к традиционным обработчикам платежей. Другой возражает, что если ничего не предпринимать, система может прийти в негодность уже в следующем году: транзакции будут ждать подтверждения часами.
Перерыв в сражении
Майк Хирн и Гэвин Андрисен (Gavin Andresen), ещё один авторитетный в биткойн-мире разработчик, представляют лагерь сторонников больших блоков. Они призвали майнеров установить новую версию биткойна, поддерживающую блоки гораздо большего размера. Некоторые майнеры, последовавшие совету, подверглись кибератакам. Желая продемонстрировать необходимость (или, напротив, опасность) предложенного изменения, сеть наводняют огромным числом крошечных транзакций.
Ситуация стала стимулом к попыткам построить альтернативный биткойну блокчейн, оптимизированный скорее для хранения распределенного реестра, чем для обслуживания криптовалюты. MultiChain, платформа для построения блокчейнов,
