Блокчейн. Принципы и основы

Транзакции и балансы

Все мы привыкли иметь дело с классическими банками: открывать счета, осуществлять платежи с одного расчетного счета на другой, получать на свой счет денежные средства. В последние пару десятилетий широкое распространение получили системы «банк – клиент», позволяющие управлять своими счетами через интернет. Несмотря на внешние различия, в первую очередь в части дизайна интерфейса подобных систем, их функционал является более-менее схожим для всех финансовых институтов, предлагающих такие услуги. Первым шагом к получению доступа к своим средствам через интернет в большинстве случаев является прохождение процедуры двухфакторной идентификации. Сначала пользователь вводит обычный пароль многократного использования, а затем система просит ввести специальный однократный код, который либо генерируется посредством специального устройства, либо может быть получен по SMS или электронной почте. Так исключается несанкционированный доступ к счету клиента, данные о котором хранятся на серверах банка, то есть централизованно. Если сервера банка по какой-то причине не работают, например, находятся на техническом обслуживании, то доступ к счету будет невозможен до момента, пока система не вернется к обычной работе.

Получив доступ к своему счету, клиент может проверить свой баланс, а затем осуществлять перевод средств с данного счета, также пользуясь системой генерации однократных кодов, поскольку этого требуют правила безопасности доступа к данным. У каждого счета есть свой номер, сгенерированный по определенным правилам и стандартам – либо самого банка, либо государства, в котором банк расположен. Отправляя платежи на другие счета, банк, как правило, взимает комиссию за свои услуги, размер которой устанавливает самостоятельно, в зависимости от своих бизнес-издержек, заложенной нормы прибыли и конкурентной ситуации на рынке банковских услуг. Очевидно, чтобы клиент мог совершать или получать платежи, банк сначала должен открыть ему расчетный счет и выдать реквизиты доступа в интернет-банк, иначе никакие входящие или исходящие переводы невозможны.

В блокчейн-системах все организовано совсем по-другому. Во-первых, там нет никаких банков или иных централизованных органов, контролирующих счета и платежи по ним. Во-вторых, никакие счета заранее не создаются, и балансов по ним никто специально не ведет. На первый взгляд это кажется немного странным, однако именно этим отличаются проекты платежных систем, реализованные на базе технологии блокчейн. Для того чтобы стать участником системы, пользователю необходимо сгенерировать себе пару ключей – закрытый и открытый, пользуясь алгоритмом асимметричной криптографии, который используется в конкретной блокчейн-среде. Ключи в паре всегда жестко связаны между собой – секретный может быть сгенерирован случайным образом, а открытый вычисляется из него математически. Впрочем, все это делается автоматически, при помощи программного обеспечения самой системы по запросу пользователя, то есть нажатием соответствующей кнопки в интерфейсе программы-клиента. Таким образом у пользователя появляется свой счет в системе, хотя правильнее было бы сказать – адрес. И этот адрес фактически является модификацией его открытого ключа, который при создании был обработан несколькими процедурами хеширования и специального символьного кодирования. Делается это не только для более удобного визуального восприятия адреса, но и для еще большего усложнения задачи восстановления связанного с ним закрытого ключа, поскольку односторонние хеш-функции, да еще использованные несколько раз подряд, исключительно усложняют любые попытки взлома адреса блокчейн-системы.

Напомним, что подобные сети являются децентрализованными, поэтому все действия пользователь совершает не на каком-то удаленном сервере, а непосредственно у себя на компьютере или мобильном устройстве. Там же хранятся и все необходимые ключи, в том числе и закрытые. В отличие от классического банка, вопросы хранения секретной персональной информации теперь возложены на самого клиента. Если он потеряет секретный ключ, то автоматически утратит доступ к активам, которые связаны с адресом, сгенерированным на основе этого секретного ключа. В интернете можно найти огромное количество историй о несостоявшихся криптовалютных миллионерах, которые потеряли свои цифровые миллионы вместе с закрытыми ключами от своих адресов. Это достаточно серьезная проблема, поэтому вопросам безопасности хранения криптоактивов будет посвящена отдельная глава.

Теперь, когда у пользователя есть адрес в условной блокчейн-системе, разберемся, каким образом он сможет получать на него и затем переводить с него на другие адреса цифровые активы. Здесь нельзя еще раз не вспомнить аналогию с бухгалтерской книгой, которая состоит из страниц с финансовыми транзакциями: от кого переведено, кому, сколько и за что. Представим, что у нас есть несколько участников в какой-то бизнес-среде, которые постоянно обмениваются товарами, услугами и денежными средствами, а все факты совершения обмена при этом записываются в специальную книгу. Когда один из участников захочет перевести другому определенную сумму, ему для начала необходимо доказать, что он располагает этими средствами. Сделать это можно, только лишь указав на предыдущие входящие транзакции в пользу этого участника, то есть сослаться на них как на доказательство владения определенными активами. Причем сослаться можно не на какую-то одну конкретную транзакцию, а сразу на несколько, если одной будет недостаточно для того, чтобы набрать необходимую сумму для исходящего платежа.

Когда банк переводит деньги с одного счета на другой, он проводит следующие три операции: вычитает сумму перевода и сумму комиссии за перевод со счета отправителя и добавляет сумму перевода на счет получателя. Комиссию же банк оставляет себе как оплату за совершенную посредническую услугу. В блокчейн-системах никаких посредников нет, равно как и средства ниоткуда физически не вычитаются и никуда не прибавляются. Владелец активов просто указывает в транзакции адреса одного или нескольких получателей, то есть опять же формирует ссылки. В итоге транзакция представляет собой набор ссылок на входящие поступления на адрес плательщика, а также набор ссылок на исходящие адреса получателей его платежей. Для таких транзакций в блокчейн-среде оперируют понятиями «входы» и «выходы». Существует правило, что сумма всех средств на «выходах» должна быть равна сумме средств на «входах». Если у владельца адреса нет необходимости тратить все средства на задействованных в транзакции «входах» полностью, он формирует дополнительный «выход» в виде сдачи самому себе, чтобы поддержать равный баланс «входов» и «выходов». Очевидно, что «выход» для отправителя будет являться «входом» для получателя, и он сможет потом на него, в свою очередь, сослаться, когда будет совершать собственные исходящие платежи.

Какие выводы мы можем сделать из описания этой схемы? Во-первых, проанализировав с самого первого (генезисного) блока базы все «входы» на конкретный адрес и все «выходы» с него, можно легко выявить, сколько у владельца данного адреса осталось непотраченных «выходов». Это и есть баланс его счета. То есть баланс как таковой нигде не хранится, а просто вычисляется как сумма всех непотраченных «выходов». Во-вторых, указывая «выход» на конкретный адрес, отправитель предполагает, что в системе существует такой участник, у которого есть закрытый ключ к этому адресу. Иначе, если, например, ввести адрес получателя с ошибкой, то транзакция, на него ссылающаяся, все равно будет принята системой, но средства этой исходящей транзакции будут навсегда потеряны и исключены из обращения. Это связано с тем, что транзакции, помещенные в блок, прошедшие процедуру консенсуса и включенные в общую цепочку блоков, не смогут в будущем быть изменены. Некоторые проекты, например, Биткоин, формируют определенную защиту от ошибки, преобразуя адрес в формате шестнадцатеричного числа в алфавитно-цифровой формат, добавляя в конец полученного адреса его контрольную сумму. При вводе адреса получателя в соответствующее поле формы перевода средств в случае ошибки в расчете и сравнении контрольной суммы система выдаст предупреждение. Также довольно часто используется представление адреса в виде QR-кода, чтобы отправитель мог его отсканировать своим мобильным телефоном и автоматически преобразовать в правильный набор букв и цифр, составляющих адрес получателя.

Возникает вопрос: а может ли участник системы при переводе средств сослаться на «входы», которые ему самому не принадлежат, и каким образом это можно проверить? На самом деле для того, чтобы легитимно сослаться на «входы», необходимо в ссылке указать свой открытый ключ и свою цифровую электронную подпись, сформированную на базе закрытого ключа, связанного с адресом владельца. При помощи алгоритмов проверки цифровой подписи любой участник системы может удостовериться в том, что ссылка на «входы» действительно легитимна. А в случае ошибки проверки данная транзакция просто игнорируется и не включается в блок тем узлом, который его формирует для сети.

Подобная система формирования транзакций и ведения балансов называется UTXO (Unspent Transaction Output – «непотраченные транзакционные выходы»). Как было указано выше, для расчета баланса, связанного с конкретным адресом в системе, необходимо найти и проверить все связанные с ним «входы» и «выходы» с самого начала базы блоков. Плюс этого метода в том, что не нужно отдельно хранить состояние балансов и постоянно их актуализировать, тем самым получая экономию свободного места на носителях. Минус – это время, которое постоянно затрачивается на расчет баланса, особенно если база блоков достаточно выросла в своих размерах. Поэтому ряд проектов все же хранит специальные базы «актуального состояния», где, в частности, находятся и данные о балансах адресов, которые можно быстро оттуда получить.

Теперь рассмотрим, какая еще дополнительная служебная информация может помещаться в транзакции. Во-первых, это идентификатор транзакции с уникальным номером, который не может повторяться. Его получают из хеша самой транзакции, поскольку, как мы знаем, у криптостойких хеш-функций вероятность получения коллизии (то есть одинакового хеша для разных прообразов) очень и очень мала. Во-вторых, в тело транзакции обычно помещают хеш предыдущей транзакции в данном блоке – по аналогии с тем, как это делается в заголовках самих блоков. Наличие этой информации в каждой транзакции преследует ту же самую цель – поддержание целостности хранения данных и ее защиту от несанкционированного изменения. Также при описании ссылок на «входы» указывают открытый ключ адреса и электронную подпись, которая доказывает, что у автора транзакции имеется закрытый ключ от этой пары.

И последнее, что хотелось бы сказать о транзакциях в общем описании – это комиссия. Различные блокчейн-проекты взимают комиссию за транзакции, хотя бывают и такие, в которых все транзакции бесплатны. Комиссия существует для монетарной мотивации узлов, создающих блоки, – они забирают ее себе, наряду с основным вознаграждением за создание блока как такового. Об этом процессе мы подробно поговорим в главе о так называемом «майнинге», а здесь лишь упомянем, что комиссия в блокчейн-системах, как правило, не является фиксированной и каждый создатель транзакции сам решает, какую комиссию ему заплатить. Однако если эта комиссия окажется слишком низкой или вовсе нулевой, то транзакция может получить низкий приоритет при формировании новых блоков и будет включена в какой-то из них с большой временной задержкой. Что же касается непосредственной визуализации величины комиссии в теле транзакции, то здесь опять же применен подход максимальной практичности в организации хранения данных – никакой комиссии в транзакциях напрямую не указывается, а рассчитывается она как разница между суммой всех «входов» и «выходов», включая «сдачу», которая оказывается меньше как раз на величину комиссии.