Как работает Bitcoin? Все технические детали за 20 минут

Вскоре биткоины отпразднуют свое десятилетие: Сатоши Накамото начал работать над их созданием еще в 2007 году. За это время криптовалюта превратилась из эфемерных фантиков, за 10 000 которых можно было купить пиццу, в инструмент для игр взрослых дядек с Уолл-стрит. Рассказываем о таинственной фигуре создателя биткоинов и том, как устроены эти «деньги из воздуха».

Что такое биткоин вкратце?

Bitcoin — это децентрализованная криптовалюта. Ее эмиссией не управляет ни одно государство, транзакции прозрачны и в то же время анонимны, система надежно защищена, она проста и в то же время крайне сложна. Bitcoin ничем не обеспечен, кроме проявляемого к нему интереса продавцов и покупателей. Всего за пару лет криптовалюта и майнинг прочно осели в заголовках СМИ.

История создания биткоина неоднозначна, интригует налетом таинственности. Если бы ее не было, ее стоило бы выдумать. И прежде чем переходить к объяснению майнинга и биткоин-системы, стоит напустить побольше тумана и рассказать о создателе биткоина, о котором практически ничего не известно, что делает его куда притягательнее.

Кто придумал биткоин?

У биткоина нет родителя, которому можно заглянуть в глаза и спросить: зачем вы это сделали и как вам сейчас живется с миллионом биткоинов на счету; ожидали ли вы такого успеха? Автором криптовалюты является эфемерный Сатоши Накамото — интернет-пользователь (или группа юзеров), который в конце 2008 года опубликовал статью в почтовой рассылке о криптографии, посвященную цифровой peer-to-peer валюте. Уже в начале следующего года Накамото выпустил первое программное обеспечение для работы с криптовалютой.

Дориана Сатоши Накамото журналисты по ошибке сделали создателем Bitcoin в 2014 году. Фото: AP

Вокруг личности Сатоши Накамото ходит множество слухов и предположений. Отец «биткоинов» активно работал над своим детищем до 2010 года, после чего отошел от дел и бесследно исчез из интернет-пространства. Его аккаунты замолкли, а почта не подает признаков жизни. Накамото сделал дело, запустил экспансию криптовалют и благополучно (или нет) исчез.

Известно лишь, что Накамото называл своей родиной Японию и ему может быть в районе 42 лет. В дискуссиях он никогда не делился персональной информацией, обсуждая исключительно технические моменты. Но отличные познания в британском английском языке, а также отсутствие онлайн-активности в определенное время суток вело к тому, что японское альтер-эго — всего лишь фикция.

За эти годы журналисты и блогеры успели приписать лавры Накамото едва ли не десятку различных человек. Доказательства всегда были косвенными, за руку создателя биткоинов так никому и не удалось поймать. Но в декабре 2015 года американские издания Wired и Gizmodo практически одновременно опубликовали статьи о том, что Сатоши — это австралийский предприниматель Крэйг Райт. Wired основывалась на ряде документов, полученных из анонимного источника, близкого к Райту. Тогда как c Gizmodo связался некий хакер, который утверждал, что ему удалось взломать Сатоши Накамото. Улики в обоих случаях были схожими и вели к австралийцу.

Фото: Forbes

В мае 2016 года и сам Райт в своем персональном блоге провозгласил себя Сатоши. Но приведенные им технические доказательства были поставлены под сомнение bitcoin-комьюнити, криптографами и разработчиками. Некоторые же уверовали в явление создателя. Спустя два дня австралиец пообещал предоставить неопровержимые доказательства, переместив биткоин из наиболее раннего блока в цепочке, что можно было сделать только с помощью ключа Сатоши. Но вместо этого спустя сутки Райт почистил свой блог и оставил прощальную записку с заголовком «Простите». Райт пенял на недостаток мужества. «Я не хочу денег, славы, поклонения. Я просто хочу, чтобы меня оставили в покое», — говорил он позже в интервью BBC.

Чего же хотел Райт на самом деле? В СМИ позже появилась информация, что Райт активно подавал заявки в желании запатентовать блокчейн — корневую технологию, на которой работает криптовалюта. А имя Сатоши увеличило бы его шансы на одобрение заявок, ведь свято место пусто не бывает и деньги можно делать не только на майнинге, но и на патентах.

Что ощущал настоящий Сатоши Накамото, наблюдая за этим цирком с разоблачениями? Хотелось бы полагать, что этот седеющий японец с отеческой ухмылкой поглядывал на шалости детишек в интернет-песочнице, пока на его bitcoin-кошельке греется 1 миллион виртуальных монет ($2,3 млрд по нынешнему курсу), которыми за почти 10 лет ни разу не воспользовались.

Своеобразная гребенка на графике — дело рук майнера Сатоши

Некоторые эксперты полагают, что первый год биткоины майнил только один Накамото. Тогда генерировать монеты было крайне просто, с вычислениями легко справлялся обычный процессор Pentium-класса, который обеспечивал приток 50 биткоинов каждые 10 минут. Почему это было просто и почему так много и так часто, читайте чуть ниже.

Что Сатоши собирается делать со всем этим богатством? Он может одномоментно обрушить курс и растоптать доверие к этой криптовалюте. А может, не он, а они… Но о создателе биткоинов мы по-прежнему ничего не знаем, а потому и прогноз его действий — дело исключительного «вангования».

Вся нынешняя финансовая система строится на посредниках, которые обладают той или иной степенью доверия своих клиентов. В случае с биткоином доверять не надо никому, потому как все участники сети знают обо всех транзакциях, проходящих в системе. Peer-to-peer — протокол без посредников, равноправная одноранговая децентрализованная сеть. Все знают обо всем, но вместе с тем все анонимно.

Столпы bitcoin

С помощью чего это реализуется? Биткоин стоит на нескольких базовых элементах, первый из которых — хэш-функция. Так называют математическое преобразование по некоему алгоритму, которое превращает любой набор информации в уникальное циферно-буквенное значение определенной фиксированной длины — хэш. Что-то наподобие шифра. Например, передавая другу видео в FullHD, мы хотим быть уверенными, что по дороге ничего не потерялось и никто не подменил видео на другое. К видео применяем хэш-функцию, получаем хэш и передаем его другу вместе с видео. Друг может применить к видео ту же функцию и посмотреть, совпадают наши хэши или нет.

Даже небольшое изменение в один символ, один кадр в изначальном наборе данных приводит к тому, что выходные данные (хэш) меняются кардинально. Но зная выходное значение хэш-функции, не получится восстановить изначальные данные, потому что она является необратимой.

Ключевой элемент системы биткоин — блокчейн. О нем мы подробно рассказывали в нашей предыдущей публикации. Применительно к биткоинам блокчейн — это цепочка блоков, в которых хранится информация о транзакциях в сети за все время ее существования. Копия этой своеобразной базы данных находится у каждого члена системы, постепенно и постоянно обновляясь из-за поступления новых блоков.

Блок и откуда берутся биткоины

Новый блок находят примерно каждые 10 минут. В нем записана информация о прошедших за это время транзакциях и хэш предыдущего блока. Это обеспечивает связность цепи. Каждый блок представляет собой не только данные о переводах денег, но и факт эмиссии новых биткоинов, и решение задачи. По сути майнинг и является решением задачи. По его окончании выдается награда в виде монеток.

Именно поэтому решение задач и постройку блоков называют майнингом по аналогии с добычей золота. На первоначальном этапе наградой служили 50 биткоинов, сейчас — 12,5. Каждые четыре года эта сумма сокращается вдвое. Всего к 2140 году будет «выкопан» 21 млн биткоинов, после чего эмиссия прекратится. Каждый биткоин можно делить вплоть до одной стомиллионной доли. Этим и пользуются пулы — сервера, объединяющие майнеров-одиночек и делящие между ними награду за обнаруженный хэш блока.

И все идет к тому, что в будущем одиночки вовсе исчезнут из майнинга. Останутся лишь довольно большие объединения ферм, которые будут задавать комиссию на рынке транзакций и косвенно влиять на курс криптовалюты на рынке.

Но раз майнеры, по сути, обслуживают всю работу bitcoin-системы, что будет, когда они не смогут выкопать новый биткоин? Кто будет запаковывать и перепроверять блоки? В системе существует возможность прикреплять своеобразную комиссию за обработку транзакций в блоках. Транзакции с чаевыми будут обрабатываться и подтверждаться в первую очередь.

Какую задачу решают майнеры?

Узлы должны построить блок таким образом, чтобы в его хэше присутствовало заданное количество нулей в начале. Чтобы получать разный хэш на выходе, в блоке, помимо хэша предыдущего блока и транзакций, имеется последовательность битов, которую можно свободно менять. Этим и занимаются майнинговые системы: они перебирают последовательность таким образом, чтобы в начале хэша получилось определенное количество нулей, чтобы хэш оказался меньше определенного значения, поставленного задачей.

Сложность задачи

Но чем больше майнеров в системе, чем круче и производительнее «железо», тем быстрее решаются эти задачи. Для того чтобы выдерживать 10-минутный интервал, и существует переменная сложность.

Каждые 2016 блоков (примерно 14 дней) в сети Bitcoin происходит изменение сложности задачи: увеличение или уменьшение количества нулей в начале хэша. Эта сложность зависит от того, насколько быстро сеть находила блоки по сравнению со стандартными значениями. Если быстрее — количество нулей, а значит и сложность растут. Изменение сложности необходимо для того, чтобы эмиссия новых биткоинов не происходила чересчур быстро.

Новый найденный блок принимают как следующий в цепи и передают другим участникам. Но что будет, если в разных точках сети примерно одновременно решат задачу? Тогда в системе появятся альтернативные ветви. Они исчезнут после нахождения следующего блока, ведь все участники системы договорились поддерживать самую длинную ветку, которая и является правильной. Таким образом система самостоятельно стабилизируется, и все участники вновь получают одинаковую цепь.

Почему это безопасно?

Что будет, если кто-то решит подменить транзакции в блоке и отменить перевод денег или поменять адресата? Он может это сделать, но тогда поменяется хэш блока. В цепи появится новая ветвь.

Чтобы закрепить свой мошеннический блок, злоумышленнику придется за 10 минут быстрее других решить новую задачу. А решить ее заранее, надстроив блоки, не получится, ведь решение зависит от хэша предыдущего блока. Таким образом злоумышленнику придется обладать хотя бы половиной мощности bitcoin-сети, чтобы с 50% вероятностью быстрее решить новую задачу и построить новые блоки. А это практически нереально и совершенно невыгодно.

Мощность майнеров в сети Bitcoin представляют количеством хэшей в секунду. Сейчас общая мощность исчисляется тысячами петахэшей в секунду. Здесь и ниже график с сайта bitcoin.sipa.be

Если кто-то решит подменить транзакцию в довольно старом блоке, ему придется пересчитывать все последующие блоки, что стоит неимоверных затрат вычислительной мощности. Именно поэтому в сети Bitcoin советуют подождать несколько блоков, прежде чем считать транзакцию безвозвратно состоявшейся. Ведь в 2013 году, когда мощности были меньше, пул BTC Guild сумел замайнить шесть блоков подряд своими «шахтерами».

Время, которое понадобится злоумышленнику, чтобы переписать весь блокчейн со 100% мощности всей системы

Чем майнят биткоины?

Графики производительности сети явно демонстрируют, что видеокарты уже давным-давно не правят бал на поприще майнинга биткоинов. CPU покинули эту нишу в 2011 году, GPU — в 2013-м. Сейчас биткоины майнят на ASIC (интегральных схемах спецназначения), которые заточены исключительно под перебор и вычисление хэша.

На видеокартах тем не менее продолжают майнить другие менее популярные криптовалюты, коих в сети развелось больше, чем блох на плешивой собаке.

Hashrate популярных видеокарт в майнинге криптовалюты Ethereum. Источник: wccftech.com

Еще один важный столп

Криптография играет одну из главных ролей в функционировании системы с точки зрения ее клиента. По сути, биткоинов не существует. Есть только записи (очень много записей) об их приходе-расходе от различных кошельков различным адресатам. Строчки с фамилией и балансом биткоинов не существует. Есть только биткоин-адрес и закрытый ключ из случайной последовательности цифр и букв. Адрес можно и нужно сообщать, тогда как ключ открывает доступ к передаче биткоинов.

Если вы хотите переслать монетки теще, то вам стоит создать заявку с указанием трех важных элементов: ссылки на транзакцию, по которой эти монеты к вам пришли, их количество и биткоин-адрес тещи. Эта заявка подписывается закрытым ключом. Майнеры ее получают и добавляют в блок, после попадания в цепь блоков можно считать, что транзакция была успешной и баланс тещи подрос. Но если мы получили от кого-то 2 биткоина, а теще отправляем 1,5, то система создаст новую запись о входящей транзакции, под которой будет скрываться сдача в половину монетки.

Статус в Беларуси

В одних странах биткоин запрещают, в других дают официальный статус платежного средства. В Беларуси же с криптовалютами пока не определились, и они находятся вне правового поля. Нацбанк и милиция два года назад посоветовали воздержаться от использования биткоинов, так как гарантий от распределенной сети не добьешься, да и в суд не сможешь ни на кого подать. Беларуси только предстоит вписать криптовалюты в соответствующие законы.

Пока же белорусы скупают видеокарты и майнят то, до чего могут дотянуться. Некоторые перестраховываются и выплачивают подоходный налог (13%) после обналичивания биткоинов (прогона через сетевые обменники Webmoney). Кто-то продолжает копить монетки, не расходуя их попусту на бытовые нужды в ожидании еще более сладких курсов обмена.

Источник: tech.onliner.by

Комментарии: