Несмотря на стремительный рост популярности как криптовалют, так и технологи, которую они используют для своего функционирования, до сих пор многие не имеют представления о том, что такое блокчейн и каков принцип его работы. Люди, чья профессиональная деятельность связана с данной революционной технологией, зачастую неспособны объяснить доступным языком её суть. Чтобы разобраться в чем-либо, часто практикуется способ «воссоздать это собственными руками». Поэтому попробуем разобраться в вопросе «как сделать свой блокчейн», сформировать концептуальную модель блочной сети собственными руками. В итоге будет получен простой, но работоспособный блокчейн.
Но прежде чем как создать его, сперва разберёмся в том, что представляет собой хэш, который является неотъемлемой частью блока данных в сети.
Что такое хэш и какова его роль
Это понятие относится к числу основных в шифровании данных. Данным словом называют как саму функцию, выполняющую шифрование, так и результат работы её алгоритмов. Хэш-функция устроена так, чтобы принимать определенный тип данных (текст, число, графическое изображение или другой файл) и генерировать битовую строку определённой длины.
Если на вход функции поступают абсолютно одинаковые данные (например, два одинаковых числа), результаты её работы будут тождественные. Генерация одинаковых хэшей в результате обработки разных данных называется криптографической коллизией, а сам процесс шифрования считается небезопасным. Поэтому реализуемые в функциях алгоритмы тщательно тестируют на наличие уязвимостей.
Существует огромное число хэш-функций с различными вариантами реализации. Несмотря на различия в алгоритмах, все они ставят перед собой единую цель – гарантировать одинаковость двух файлов по их хэшам. При этом с самими файлами пользователь может не взаимодействовать.
Подготовка к созданию своего блокчейн
С хэш-функциями разобраться удалось, но какую роль играют хэши в блокчейн? Сама технология представляет собой огромную базу данных, информация в которой хранится в специальных контейнерах, называемых блоками, которые связаны между собой, образуя цепочку. Это и обуславливает её название: blockchain – цепочка блоков.
Если блок является контейнером для информации, то какие данные в нём хранятся? В каждом содержатся:
- индекс хранилища;
- временная метка;
- сами данные;
- хэш предыдущего контейнера.
Для создания блокчейн можно использовать любой язык программирования с поддержкой ООП, например, Python или C#.
Класс, описывающий блок
Как известно, класс в ООП является не самим объектом, а лишь его описанием. Создавая класс Block, мы делаем описание будущего объекта – блока данных для будущего блокчейн. Независимо от выбранного языка, удобнее всего создать конструктор, принимающий следующие параметры: индекс, временная метка, данные и хэш предыдущего контейнера и функцию, содержащую алгоритм шифрации этих данных.
Выше была описана структура каждого блока, начиная со второго, но у первого отсутствует хэш предыдущего, в чём и состоит его отличие от всех остальных. Такой контейнер для данных имеет название genesis. Его добавление в блокчейн производится вручную или написанием дополнительной функции. Например, если в C# для создания второго и последующих объектов было бы достаточно записи «newBlock(параметры)», где вместо слова «параметры» нужно указать сами данные, то для генерации genesis-блока можно написать отдельный метод (функцию). Его реализация очень простая, и содержит лишь код создания нового объекта класса Block, однако входные параметры индекса и хэша предыдущего объекта должны иметь значения по умолчанию 0 и «0» соответственно.
Цепочка блоков и проверка целостности
Выше были описаны объекты самого первого (genesisblock) и последующих объектов, но для создания блокчейн этого недостаточно. Требуется функция, которая будет генерировать блоки. В качестве параметра она будет принимать созданный ранее предыдущий объект, модифицировать значение его индекса (для простоты – увеличивать значение на единицу), добавлять произвольные данные и хэш предыдущего блока. Результатом её выполнения будет новый объект класса Block с изменёнными параметрами на входе.
Поскольку каждый последующей блок содержит хэш предыдущего, целостность и безопасность данных, хранящихся в блокчейн очень высоки и зависят от количества имеющихся блоков. Иначе в результате подмены блоков могут быть повреждены все данные, хранящиеся в цепочке.
Генерация блокчейн
Все самые сложные этапы создания концептуальной модели блокчейн уже позади. Осталось лишь разработать функцию, которая будет создавать и добавлять новые объекты в цепочку. Сам блокчейн можно представить в качестве массива переменных типа Block, для перебора которого будет создан простой цикл. Чтобы увидеть созданный блокчейн на экране, можно выводить в консоль информацию о каждом новом созданном контейнере.
Первым делом в коде функции должна содержаться строка, отвечающая за создание первого (genesis) блока. Затем следует указать переменную, которая хранит общее число объектов. Данная переменная определяет число итераций цикла, в котором будут создаваться блоки. В теле цикла за каждую итерацию вызывается конструктор класса Block, создающий новый объект, который впоследствии добавляется в массив. Для наглядности, средствами языка можно выводить данные о появлении нового блока в блокчейн, созданного своими руками.
Функционирование реального блокчейн
В последнее время технологию блокчейн внедряют в различные сферы деятельности, но пока основной её задачей является обеспечений транзакций виртуальных валют. Предположительно, в недалеком будущем, она вытеснит стандартную банковскую систему, которая имеет серьезные недостатки:
- отсутствие возможности выполнения транзакций, если банк не работает;
- высокая вероятность внесения ошибочной информации в базу данных ввиду человеческого фактора.
Преимущества блокчейн состоят в следующем:
- данные хранятся не централизованно, а в множестве мест сразу, поэтому они не могут быть изменены в результате вмешательства со стороны;
- все данные о транзакциях являются публичными, поэтому каждый может проверить их достоверность.
В отличие от стандартной финансовой системы, в блокчейн хранятся не сами счета, а транзакции, поэтому они и являются объектами для проверки. Данные о транзакциях добавляются в блоки, подобные тем, которые были созданы выше. Клиенты сети принимают новые блоки и добавляют к цепи существующих. Но данные в таких контейнерах могут оказаться недостоверными, поэтому требуется их проверка.
В сети блокчейн имеются специальные узлы, которые именуются майнерами. Их задачей является подтверждение транзакций с использованием сложных вычислительных алгоритмов. В результате их деятельности в сеть добавляются новые блоки. За каждый созданный блок майнеры получают вознаграждение в виде виртуальных средств. Достоверность данных в блоках может быть проверена любым участником сети при помощи хэш-функции.
Из этого следует, что в созданной выше модели блокчейн майнером является функция, генерирующая новые контейнеры данных. В отличие от реального блокчейн, она не содержит сложные алгоритмы, которые применяются на практике. Но с её помощью удалось создать блокчейн своими руками и наглядно описать принцип его работы.
