Блокчейн. Принципы и основы

Актуальные проблемы блокчейн

Большинство людей в развитых странах привыкли использовать для оплаты товаров и услуг удобные банковские карты вместо наличных денег. Платежные карты давно и прочно вошли в повседневный обиход, несмотря на некоторые неудобства, связанные с их использованием. Ведь карты легко могут быть утеряны или украдены вместе с бумажником. Их могут скопировать в момент передачи недобросовестным продавцам для оплаты, при этом подпись можно подделать, а пин-код – подсмотреть. Еще более благоприятной средой для мошенничества является интернет, где орудует множество банд киберпреступников. Только в 2014 году совокупные потери от хищений средств с банковских карт во всем мире составили более $16 млрд, и эти цифры с каждым годом только растут. Почему же мировая финансовая индустрия не спешит переводить карточные платежи в форму, казалось бы, несоизмеримо более безопасных криптовалютных операций?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо понять масштабы объемов транзакций, проходящих внутри хотя бы одной из самых популярных карточных систем – Visa или Mastercard. В обычные дни финансовые потоки в этих системах измеряются тысячами транзакций в секунду. В периоды же повышенной активности, например, в дни предновогодних распродаж, пиковые нагрузки могут составлять 20 000–40 000 транзакций в секунду. А теперь подсчитаем, что в этом плане могла бы предложить самая популярная платежная блокчейн-система – сеть Биткоин.

Как мы помним, размер блока в этой системе составляет 1 мегабайт, а средняя транзакция занимает объем около 250–300 байт при том, что каждый новый блок в сети формируется в среднем за 10 минут. Нехитрые расчеты показывают, что пропускная способность сети Биткоин составляет примерно семь транзакций в секунду, после чего ее следует сравнить с показателями скорости обработки операций в крупных карточных сетях. И это только один параметр, по которому мы пытаемся сравнивать две принципиально разные финансовые технологии. Более того, этот показатель – всего лишь одна из составных частей большой проблемы, которая стоит на пути возведения криптовалют в относительно равный конкурентный статус с фиатными средствами платежей. Имя этой проблемы – масштабируемость.

Технология блокчейн сама по себе обладает массой достоинств, которые мы самым детальным образом рассмотрели в этой книге. Теперь же пришло время поговорить и о некоторых ее недостатках, а точнее – о тех аспектах, которые препятствуют быстрому распространению продуктов, базирующихся на технологии распределенного реестра. Блокчейн-продукты имеют слабо выраженную способность к масштабированию, в первую очередь из-за скорости подтверждения транзакций, а также из-за постоянно нарастающего объема базы данных блоков в силу невозможности удаления ранее помещенной в них информации. Другими словами, если условием задачи является быстрая обработка огромного количества микротранзакций, блокчейн с этим будет справляться далеко не лучшим образом.

Представим ситуацию, когда платежная система, построенная на базе блокчейн-технологии, учитывает, скажем, приобретение чашки кофе в одной из крупных сетевых кофеен типа Starbucks. Речь идет о транзакции с передачей ценности в эквиваленте нескольких долларов. Сначала транзакция должна быть подтверждена, то есть помещена в блок, который будет принят всей децентрализованной сетью. А затем, для верности, помимо этого блока, в нисходящую за ним цепочку должны поместиться еще как минимум несколько последующих блоков. Этот процесс, безусловно, займет определенное время. Вопрос, будут ли ждать покупатель и продавец минуты, а то и десятки минут, чтобы платежная транзакция получила все необходимые подтверждения? С большой долей вероятности они выберут более быстрый способ подтверждения оплаты.

Теперь обратимся еще к одной важной детали – чашек кофе может быть очень много. Считается, что в мире ежедневно выпивается минимум 1,5 млрд чашек кофе, немалая часть из которых приобретается в ресторанах и кафе. Если связанные с ними платежные операции начать помещать в блокчейн, то база данных блоков будет расти в своем размере космическими темпами. А ведь речь идет о децентрализованной форме хранения данных, что подразумевает постоянную репликацию и синхронизацию данных между всеми полными узлами сети. Современные блокчейн-среды физически неспособны обрабатывать такое количество мелких транзакций, при том, что мы рассмотрели всего лишь одно наименование товара – чашку кофе. Из чего напрашивается вывод, что классическая модель записи и хранения транзакционной информации в блокчейн никоим образом не годится для учета массовых микротранзакций – ни по скорости обработки, ни по требуемым объемам хранения данных. Каким образом можно было бы решить эту проблему?

Одним из вариантов решения может стать так называемый «шардинг» (от английского слова shard – «осколок»). В отличие от избыточного копирования полной базы данных блоков между участниками сети, концепция шардинга в технологии блокчейн подразумевает разделение базы данных на определенное количество частей, каждая из которых копируется только определенной группе сетевых узлов. Для поддержания целостности распределенной инфраструктуры данных необходим точный математический расчет количества частей полной базы, объема каждой из них и количества узлов в каждой из групп, хранящих свои сегменты базы данных. Понятие «целостность» в данном случае подразумевает близкую к 100 % гарантию того, что в любой момент времени каждому из узлов сети будет доступна для синхронизации любая из частей полной базы данных блоков.

В настоящее время многие разработчики блокчейн-проектов занимаются исследованием возможностей внедрения концепции шардинга. Одной из первых о подобных разработках объявила команда девелоперов проекта Ethereum во главе с Виталиком Бутериным. Но какая-либо работоспособная модель шардинга на суд общественности до сих пор не представлена. Тем более что шардинг отнюдь не является панацеей от «раздуваний» баз данных блоков, а лишь позволяет получить временную отсрочку от негативного влияния данной проблемы. Шардинг однозначно улучшит ситуацию в блокчейн-средах, где микротранзакции либо отсутствуют полностью, либо не являются доминирующим транзакционным типом. Что же касается платежных блокчейн-систем, претендующих на массовое использование в повседневной жизни, гораздо более перспективным решением проблемы масштабирования выглядит концепция протокола «молниеносной сети» – Lightning Network.

При попытке адаптации сети Биткоин к микроплатежам мы сталкиваемся еще с одной проблемой – комиссионной. Как известно, в данной сети присутствуют транзакционные комиссии, которые собираются майнерами при формировании блоков. Помимо монетарной мотивации майнеров, комиссии выполняют еще одну важную функцию – защиту от транзакционного спама, который теоретически может серьезно замедлить скорость работы сети. В фиатном эквиваленте комиссии могут составлять приличные суммы, что делает формирование микротранзакций делом совершенно бессмысленным. Если чашка кофе, к примеру, стоит $2, а комиссия за транзакцию по ее оплате составит близкую сумму, кто же будет готов отдать двойную цену ради удовольствия оплатить покупку криптовалютой? Вот как раз для таких ситуаций и была разработана модель Lightning Network.

Фактически Lightning Network является инфраструктурной надстройкой над блокчейн-системой. При этом речь идет не только о сети Биткоин – подобные концепты разрабатываются и для других популярных блокчейн-сред. Сеть «молниеносных переводов» состоит из узлов, которые, образуя пары между собой, формируют так называемые двунаправленные «платежные каналы». Каждый из двух узлов блокирует определенную величину средств для созданного канала, сумма которых и составляет его платежную пропускную способность. При этом узлы могут образовывать каналы с несколькими узлами одновременно, создавая целую сеть, внутри которой могут формироваться пути для быстрых транзитных операций с невысокой комиссией.

Передача средств осуществляется путем изменения взаимных балансов на узлах канала до тех пор, пока на одном из узлов не закончатся средства, то есть канал не будет считаться «истощенным». В любой момент узлы могут закрыть канал и зачислить в свою пользу средства, равные актуальному взаиморасчетному балансу. Таким образом, быстро и исключительно дешево решается проблема микротранзакций для платежей популярными криптовалютами. Но эта модель также не лишена недостатков, главным из которых является отсутствие долгосрочной мотивации узлов сети поддерживать платежные каналы в силу скромного дохода. По текущим оценкам, содержание узла Lightning Network приносит его владельцу доход всего около 1 % годовых. При этом каждый узел платежных каналов должен блокировать собственные средства для функционирования сети, оставаясь постоянно в режиме онлайн и подвергаясь, таким образом, риску хакерской атаки.

Еще одна проблема функционирования подобной сети – возможная избыточная централизация, когда на самых активных узлах может накапливаться значительная криптовалютная ликвидность. В случае отключения узла от сети средства других пользователей, направивших свои платежи через данную инфраструктуру, могут оказаться в долгосрочной блокировке. Существуют в этой сети и возможности для мошенничества, особенно если один из узлов канала надолго пропадает из сети. Тем не менее концепция модели Lightning Network продолжает свое активное развитие – только в сети Биткоин по состоянию на весну 2019 года имеется более 40 000 платежных каналов, и их число продолжает увеличиваться.

Следует добавить, что модель «молниеносной сети» не является единственным средством масштабирования блокчейн. Мы не будем подробно останавливаться на технологическом описании прочих концептов, таких как, например, направленные ациклические графы или методики уменьшения размера транзакции за счет изъятия из нее цифровых электронных подписей. Отметим лишь, что пока ни один из существующих методов не смог в полной мере решить проблему пропускной способности или избыточных объемов хранения данных.

Помимо чисто технологических, блокчейн имеет проблемы и социального характера. Как отмечалось в главе, посвященной майнингу биткоина и описанию протокола Proof-of-work, данный метод эмиссии криптовалют характеризуется исключительной энергоемкостью и косвенно наносит дополнительный ущерб окружающей среде. В силу своей концептуальной сложности очень многие пользователи плохо понимают все преимущества и недостатки технологии распределенного реестра. Влияние «криптовалютного хайпа» нередко приводит к тому, что отдельные представители делового сообщества пытаются перестраивать свои существующие проекты на блокчейн. Следует постоянно иметь в виду, что такая недостаточно продуманная стратегия вместо создания дополнительной ценности может разрушить даже вполне успешный до этого бизнес.

Регулятивная среда также редко бывает дружественной как к самим блокчейн-проектам, так и к методам их финансирования, в частности, посредством ICO. Имеются все основания предполагать, что в будущем строгость процедур регулирования блокчейн-индустрии будет лишь только усиливаться. К тому же не будем забывать, что владельцы криптовалют по определению анонимны, поэтому продавцам, принимающим к оплате криптосредства, придется выполнять регулятивные требования по идентификации своих клиентов. Что же касается крупных финансовых институтов, в первую очередь банков, то они в ряде случаев небезосновательно видят в технологии блокчейн угрозу самому своему существованию, поскольку она предполагает децентрализацию и устранение финансового посредничества. Хотя справедливости ради следует отметить, что многие банки начали применять блокчейн-технологии для оптимизации собственных издержек и повышения конкурентоспособности своих финансовых продуктов.