Blokų grandinė (blockchain): apibrėžimas, veikimas ir panaudojimai

Blokų grandinė (blockchain): supraskite veikimą, saugumą ir praktinius panaudojimus — nuo medicininių įrašų ir tapatybės iki maisto atsekamumo ir balsavimo.

Blokų grandinė (angl. blockchain) – paskirstytas ir nuoseklus įrašų rinkinys, kurio negalima lengvai pakeisti po to, kai įrašai yra užfiksuoti. Tokia saugykla pasiekiama naudojant kelias kriptografines priemones, įskaitant kriptografijos principus, skaitmeninius parašus ir hash funkcijas. Paprastai blokų grandinė jungia šias pagrindines idėjas:

1. Turint tam tikrus duomenis, nesunku apskaičiuoti jų kontrolinę sumą. Tam naudojamos specialios hash funkcijos, kurios grąžina visada vienodo ilgio reikšmę nepriklausomai nuo įvesties dydžio. Ši reikšmė vadinama hash reikšme arba pranešimo suvestine. Hash funkcijos turi savybę: tas pats įvesties rinkinys visuomet duoda tą pačią išvestį, o menkas įvesties pakeitimas lemia visiškai kitokią hash reikšmę.
2. Blokas paprastai turi laiko žymą, naudingoji apkrova (pvz., sandorių sąrašą) ir hash reikšmę. Kiekvienas blokas taip pat saugo ankstesnio bloko hash vertę, todėl blokai tarpusavyje surišami grandine. Be to, kiekvienas blokas gali turėti skaitmeninį parašą arba kitą integruotą patvirtinimą, leidžiantį aptikti bet kokius pakeitimus nuo parašo pateikimo momento.

Kaip tai veikia praktiškai

Blokų grandinę dažniausiai valdo decentralizuotas tarpusavio tinklas, kuriame visi lygiaverčiai dalyviai (angl. peers) vykdo tą pačią taisyklių (protokolo) rinkinį. Protokolas (pvz., protokolas) apibrėžia, kaip formuojami, perduodami ir patvirtinami nauji blokai. Pagrindiniai etapai yra šie:

• Duomenys (pvz., sandoriai) sujungiami į bloką ir apskaičiuojama jo hash reikšmė.
• Prie bloko pridedama ankstesnio bloko hash reikšmė, laiko žyma ir papildomi metaduomenys.
• Tinklo dalyviai naudoja sutarimo mechanizmą (pvz., proof-of-work arba proof-of-stake), kad patvirtintų bloką ir leistų jį pridėti prie grandinės.
• Kartą įtraukus bloką į grandinę, jo turinys tampa labai sunkiai keičiantis, nes pakeitus vieną bloką reikėtų perskaičiuoti ir taisyti visus vėlesnius blokus bei įgyti daugumos tinklo dalyvių sutikimą.

Saugumo savybės

Blokų grandinės saugumas remiasi keliomis savybėmis:

• Imutabilumas: užfiksuoti įrašai yra atsparesni neteisėtam pakeitimui dėl blokų tarpusavio priklausomybės (hash grandinės).
• Skaitmeniniai parašai ir kriptografija: užtikrina, kad įrašai būtų autentiški ir jų negalėtų pakeisti kiti, ne turintys privatų raktą.
• Tinklo konsensusas: daugeliui protokolų reikia sutarimo tarp dalyvių, todėl vienam blogiui veikėjui pakeisti istoriją praktiškai neįmanoma be didelės tinklo kontrolės dalies.

Tipiniai panaudojimo atvejai

Blokų grandinių technologija pritaikoma, kai reikia saugiai ir patikimai išlaikyti įrašus bei užtikrinti jų nekintamumą. Pavyzdžiai:

• Medicininiai įrašai — saugus paciento duomenų dalijimasis ir prieigos auditas.
• Tapatybės valdymas — decentralizuotos tapatybės ir prieigos teisės.
• Maisto grandinės atsekamumas — kiekvienas produktas nuo ūkio iki parduotuvės gali turėti nepriklausomai patikrinamą įrašą.
• Balsavimas — elektroninio balsavimo sistemos, kurioms reikalingas skaidrumas ir pakeitimų neįmanomumas.
• Kriptovaliutos ir viešos sandorių knygos, išmaniųjų sutarčių platformos ir vertybinių popierių tokenizacija.

Įvairovė ir technologiniai sprendimai

Yra skirtingų blokų grandinių tipų: viešos (public), privčios (private) ir konsorciumo (consortium) grandinės. Viešos grandinės leidžia dalyvauti bet kam, tuo tarpu privčios ir konsorciumo sprendimai skirtos verslo ar organizacijų tinklams, kur dalyvių skaičius ir teisės yra ribotos.

Sutarimo mechanizmai skiriasi: seniausias ir plačiausiai žinomas – proof-of-work (naudojamas Bitkoino), tačiau populiarėja proof-of-stake ir kiti mechanizmai, mažinantys energijos sąnaudas ir gerinantys mastelį.

Problemos ir ribotumai

Nors blokų grandinės suteikia daug privalumų, yra ir trūkumų:

• Skalabilumas: kai kurios grandinės turi ribotą sandorių per sekundę pralaidumą.
• Privatumas: viešos grandinės atvirai skelbia užrašus, todėl reikalingi papildomi sprendimai konfidencialumui.
• Energijos sąnaudos: tam tikri sutarimo mechanizmai reikalauja daug elektros (ypač senos kartos proof-of-work tinklai).
• Valdymas ir teisėtumas: kas prižiūri protokolo atnaujinimus, kaip sprendžiami ginčai ir kas atsako už klaidas?

Trumpa istorija

Idėjos, panašios į blokų grandinę, kilo dar prieš kriptovaliutas: 1991 m. Stuartas Haberis ir Scottas Stornetta pasiūlė sistemą skaitmeninių įrašų vientisumui užtikrinti. 1995 m. Haberis ir Stornetta įkūrė pirmąją komercinę blokų grandinės taikymą "Surety". 2008 m. Satoshi Nakamoto savo darbe "Bitcoin: A Peer to Peer Electronic Cash System" tiesiogiai nurodė Haberio ir Stornettos straipsnius; jų idėjos tapo pagrindu viešajai sandorių knygai – taip gimė kriptovaliutos ir pirmoji praktinė jų taikytoja – bitkoinas. Bitkoino blokų grandinė išsprendė dvigubo išlaidavimo problemą be centrinio serverio ar patikimos institucijos ir tapo pavyzdžiu tolimesniems pritaikymams.

Išvados

Blokų grandinė yra galinga priemonė užtikrinti įrašų vientisumą, skaidrumą ir atsparumą klastojimui. Tačiau sprendžiant realius verslo ir visuomenės poreikius, būtina įvertinti ir technologijos apribojimus — mastelį, išlaidas, privatumo klausimus bei valdymo mechanizmus. Dėl šių priežasčių blokų grandinės dažnai integruojamos su kitomis technologijomis arba pritaikomos specifiniams, riboto pasitikėjimo atvejams.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra blokų grandinė?

K: Kaip veikia blokų grandinė?

K: Kas yra dvigubas išlaidavimas?

K: Kas išrado blokų grandinę?

K: Ką 2008 m. nurodė Satoshi Nakamoto?

Klausimas: Kokią problemą "Bitcoin" išsprendė naudodamas blokų grandinės technologiją?

K: Kokie yra kai kurie įprasti blokų grandinės technologijos naudojimo atvejai?

Paieška pagal raidę