Czym jest blockchain i jak działa?

Czym jest blockchain?

Blockchain to technologia oparta na cyfrowej bazie danych (zwanej też publicznym rejestrem), w której zapisywane są transakcje. W większości przypadków baza ta jest publiczna (open source) i utrzymywana przez sieć komputerów na całym świecie. Sieć blockchain jest więc zazwyczaj zdecentralizowana.

Blockchain składa się z bloków, w których przechowywane są transakcje. Każdy blok jest chronologicznie połączony z poprzednim blokiem, tworząc łańcuch: blockchain. Nowy blok zawiera najnowsze transakcje oraz odwołanie do poprzedniego bloku. Gdy konsensus zostanie osiągnięty i transakcje uznane za ważne, blok zostaje dodany do łańcucha, a tym samym do sieci.

Wszystko, co dzieje się w blockchainie, jest niezmienne. Oznacza to, że wszystkie informacje przetworzone w ramach bloku nie mogą zostać zmienione ani usunięte.

Przykład: Blockchain można porównać do łańcucha kotwicy. Każdy blok zawiera informacje o transakcjach. Jeśli będziesz śledzić łańcuch w dół, zobaczysz wszystkie ogniwa (bloki) zawierające historię transakcji. Dzięki temu zawsze można sprawdzić, ile i jakie transakcje zostały wykonane — od pierwszej do najnowszej. Taka struktura sprawia, że próby manipulacji danymi mogą zostać wykryte i odrzucone przez sieć. To czyni technologię blockchain niezawodną i umożliwia bezpieczne przeprowadzanie transakcji.

Najważniejsze informacje

• Blockchain to zdecentralizowany i niezmienny cyfrowy rejestr, w którym transakcje są zapisywane w kryptograficznie połączonych blokach.
• Kryptowaluty działają w blockchainach i wykorzystują tę technologię do przetwarzania transakcji oraz zapewnienia bezpieczeństwa.
• Transakcje są weryfikowane za pomocą mechanizmów konsensusu, takich jak Proof of Work (PoW) lub Proof of Stake (PoS).
• Blockchain zapewnia bezpieczeństwo dzięki kryptografii, decentralizacji, przejrzystości i niezmienności, co sprawia, że manipulacja danymi jest niemal niemożliwa.
• Technologia ma zarówno zalety, jak i wady: jest bezpieczna, przejrzysta i dostępna, ale może też zużywać dużo energii i mieć problemy ze skalowalnością.

Czy kryptowaluty są blockchainami?

Kryptowaluty nie są blockchainami. Kryptowaluty takie jak BTC i Ether to cyfrowe waluty (coiny), które działają w oparciu o blockchain, taki jak sieć Bitcoin i Ethereum. Są emitowane i zarządzane w ramach sieci blockchain. Blockchain stanowi podstawowy system, na którym przetwarzane i zapisywane są transakcje.

Kryptowaluty korzystają z bezpieczeństwa, przejrzystości i niezawodności blockchaina. Gdy wykonujesz transakcję kryptowalutą, jest ona weryfikowana przez sieć, a następnie zapisywana w rozproszonym rejestrze blockchaina.

Jak działa blockchain?

Blockchain działa jako rozproszony rejestr współdzielony przez sieć komputerów (węzłów). Każda transakcja lub każda informacja jest zapisywana w blockchainie. Odbywa się to w bezpieczny, przejrzysty i niezmienny sposób. Oto jak wygląda ten proces krok po kroku:

1. Tworzenie transakcji

Zaczyna się od utworzenia nowej transakcji. Załóżmy, że chcesz wysłać Bitcoin do innej osoby. Inicjujesz transakcję, wysyłając Bitcoin z własnego portfela krypto na adres portfela odbiorcy. Transakcja zawiera następujące informacje:

• Adres portfela nadawcy (klucz publiczny nadawcy)
• Adres portfela odbiorcy (klucz publiczny odbiorcy)
• Kwotę, którą chcesz wysłać
• Ewentualne dodatkowe dane (np. notatkę)

Przy tworzeniu transakcji należy również uiścić opłatę serwisową. To opłata, którą otrzymują węzły za weryfikację i przetwarzanie transakcji.

2. Wysłanie transakcji do sieci

Po utworzeniu transakcji zostaje ona wysłana do całej sieci peer-to-peer węzłów. Każdy węzeł otrzymuje te same informacje.

3. Weryfikacja transakcji

Następnym krokiem jest proces weryfikacji. W jego trakcie transakcja jest sprawdzana pod kątem poprawności przez sieć komputerów (węzłów). Proces walidacji różni się w zależności od blockchaina i zależy od stosowanego mechanizmu konsensusu. Najbardziej znane algorytmy konsensusu to:

• Proof of Work (PoW): W przypadku Proof of Work wykorzystuje się moc obliczeniową do rozwiązywania kryptograficznych zagadek. Najbardziej znanym przykładem jest blockchain Bitcoina.
• Proof of Stake (PoS): W Proof of Stake monety są stakowane przez walidatorów, którzy wykorzystują je do weryfikacji transakcji. To bardziej energooszczędny proces niż PoW. Przykłady blockchainów wykorzystujących PoS to Ethereum i Cardano.

4. Grupowanie transakcji w blok

Gdy transakcje zostaną zweryfikowane, są grupowane w blok. Następnie blok ten zostaje dodany do blockchaina przez węzeł (górnika w PoW, walidatora w PoS).

5. Dodanie bloku do blockchaina

Nowy blok jest dodawany do blockchaina przez węzeł (górnika lub walidatora). Blok zawiera odwołanie do poprzedniego bloku (jego 'hasha'), dzięki czemu bloki pozostają połączone w łańcuch. Po dodaniu blok staje się niezmienny, co oznacza, że nie można zmienić historycznych danych.

6. Potwierdzenie bloku

Po dodaniu bloku zaktualizowany blockchain jest natychmiast udostępniany wszystkim węzłom w sieci. Dzięki temu wszyscy mają tę samą wersję rejestru. Gdy blok zawierający transakcję zostanie potwierdzony przez sieć, płatność uznaje się za ostateczną.

Przykład: Załóżmy, że chcesz wysłać list do znajomego. Piszesz list i wkładasz go do koperty. Na kopercie wpisujesz swój adres (adres portfela) jako nadawcy oraz adres znajomego (adres jego portfela) jako odbiorcy. Następnie zanosisz list na pocztę (sieć węzłów). Tam sprawdzają, czy wszystko się zgadza i czy w liście nie ma uszkodzonej treści (czy transakcja jest poprawna).

Po zatwierdzeniu list trafia do worka pocztowego razem z innymi zweryfikowanymi listami (blok zawierający wiele transakcji). Taki worek otrzymuje unikalny numer (np. numer bloku #840,000). Dzięki temu każdy może później sprawdzić, kiedy worek został wysłany i jakie listy zawierał.

Gdy list zostanie doręczony, ta dostawa jest na stałe zapisana w systemie: nikt nie może zmienić zawartości ani zaprzeczyć, że list został wysłany.

Jaka jest największa zaleta blockchainów?

Największą zaletą technologii blockchain jest to, że eliminuje potrzebę pośrednika, takiego jak podmioty centralne (np. banki). Blockchainy pozwalają użytkownikom przeprowadzać transakcje lub udostępniać inne dane bezpośrednio, bez udziału centralnej instytucji.

Co sprawia, że blockchain jest bezpieczny?

Technologia blockchain jest uznawana za bardzo bezpieczną. Ale dlaczego tak jest? Wynika to z połączenia kilku czynników, w tym kryptografii, decentralizacji, przejrzystości i niezmienności:

1. Kryptografia

Dane i transakcje zapisane w blockchainie są szyfrowane za pomocą algorytmów kryptograficznych. Dzięki kryptografii informacje są chronione za pomocą tajnych kodów, które mogą odczytać tylko osoby posiadające właściwe klucze. Informacje są niezmienne, a każda transakcja musi zostać cyfrowo podpisana, zanim zostanie dołączona do bloku. Każdy blok zawiera również unikalny kryptograficzny hash, który podsumowuje i zabezpiecza jego zawartość.

Dzięki hashowi każda próba modyfikacji danych jest natychmiast widoczna, ponieważ nawet najmniejsza zmiana w danych powoduje całkowicie inny hash. To sprawia, że blockchain pozostaje bezpieczny i niezawodny.

2. Struktura łańcucha

Jeśli hakerowi uda się zmienić jakiś blok, oznaczałoby to, że wszystkie kolejne bloki zostałyby uznane za nieważne. Teoretycznie haker musiałby również zmienić wszystkie następne bloki. W praktyce jest to uznawane za niemal niemożliwe, zwłaszcza w dużych sieciach, ponieważ działa w nich wiele węzłów współpracujących przy zabezpieczaniu blockchaina.

3. Decentralizacja

Dzięki wykorzystaniu od tysięcy do milionów różnych węzłów na całym świecie blockchain jest zdecentralizowany, co oznacza, że nie istnieje jeden centralny podmiot kontrolujący sieć. Dane są przechowywane w zdecentralizowanym środowisku, więc nie są utrzymywane przez jedną centralną instytucję. Zamiast tego blockchain składa się z wielu węzłów (komputerów), z których każdy zawiera dokładną kopię bazy danych. Węzły te nazywane są „nodes”.

W przeciwieństwie do scentralizowanych baz danych nadzór spoczywa na użytkownikach blockchaina. Użytkownicy (węzły) odpowiadają za zapisywanie nowych transakcji w bazie danych. Aby zapewnić bezpieczeństwo, wiele węzłów musi zgodzić się co do ważności transakcji, zanim zostanie ona zrealizowana.

4. Mechanizmy konsensusu

Dodawanie nowych bloków do blockchaina odbywa się za pomocą mechanizmów konsensusu. Każdy blockchain korzysta z własnego mechanizmu konsensusu i powiązanych z nim algorytmów. W zależności od blockchaina obowiązują różne zasady, ale w większości blockchainów co najmniej 50% węzłów musi zaakceptować blok, zanim zostanie on dodany. W ten sposób odrzucane są uszkodzone bloki zawierające fałszywe informacje. Oznacza to, że złośliwi aktorzy muszą kontrolować co najmniej 51% węzłów w większości blockchainów, aby wyrządzić szkody — to tzw. atak 51%.

5. Przejrzystość

Większość publicznych blockchainów jest open source, co oznacza, że zarówno kod źródłowy, jak i dane transakcyjne są przejrzyste i widoczne dla wszystkich. Wszystkie zakończone transakcje można śledzić i nie można ich zmanipulować. Na tak zwanych eksploratorach bloków użytkownicy mogą wyświetlić wszystkie informacje o blokach konkretnego blockchaina.

6. Niezmienność

Gdy dane zostaną zapisane w blockchainie, ich modyfikacja lub usunięcie jest praktycznie niemożliwe. Nazywa się to niezmiennością i jest to jedna z najważniejszych cech bezpieczeństwa technologii blockchain.

Jeśli mimo to chcesz wprowadzić zmiany w bloku, musisz osiągnąć konsensus w sieci. Może się to zdarzyć na przykład podczas hard forka (podziału blockchaina), jak miało to miejsce w przeszłości po hacku DAO w sieci Ethereum. W tamtym czasie utworzono nową wersję blockchaina, w której uszkodzony blok został nadpisany, a nowy łańcuch był kontynuowany. To właśnie Ethereum, jakie znamy dziś. „Stary” blockchain kontynuował działanie jako Ethereum Classic.

Rodzaje blockchainów

Istnieją różne rodzaje blockchainów, z których mogą korzystać deweloperzy: publiczne blockchainy, półprywatne blockchainy, prywatne blockchainy oraz blockchainy konsorcjalne:

1. Publiczne blockchainy
   To blockchain, jaki znamy. Z tego typu korzystają wszystkie publiczne blockchainy, takie jak Bitcoin i Ethereum. Każdy może przeglądać dane w tym blockchainie i uczestniczyć w sieci bez zgody kogokolwiek, zachowując przy tym anonimowość. Publiczne blockchainy są w pełni otwarte i zdecentralizowane, co oznacza, że nie istnieje centralna instytucja zarządzająca siecią.

2. Półprywatne blockchainy
   W półprywatnym blockchainie kontrola należy do jednej firmy lub organizacji. Oznacza to, że system jest bardziej scentralizowany niż publiczny blockchain. Firma lub organizacja ma możliwość dodawania użytkowników do sieci lub ich odrzucania. Taki blockchain nie jest więc w pełni zdecentralizowany, ale oferuje kontrolowany dostęp dla określonych uczestników. Półprywatne blockchainy mogą być atrakcyjne dla zastosowań biznesowych i rządowych, w których pożądany jest pewien poziom kontroli.

3. Prywatne blockchainy
   Prywatne blockchainy są w pełni scentralizowane. Tylko jedna strona może odczytywać dane, przeprowadzać transakcje i uczestniczyć w sieci. To sprawia, że prywatne blockchainy są mniej odpowiednie do zastosowań wymagających przejrzystości i decentralizacji, ale przydają się firmom potrzebującym zamkniętego i kontrolowanego środowiska do swoich transakcji.

4. Blockchainy konsorcjalne
   Model konsorcjalny jest obecnie najpopularniejszym rozwiązaniem blockchainowym wśród firm. W tego typu sieci proces konsensusu jest zarządzany przez z góry określoną grupę uczestników, na przykład współpracujące ze sobą firmy lub instytucje. W zależności od konfiguracji sieć można ustawić tak, aby tylko te podmioty mogły wysyłać transakcje i przeglądać dane. To sprawia, że blockchainy konsorcjalne są szczególnie odpowiednie dla zastosowań biznesowych i instytucjonalnych, w których kluczowe są współpraca, kontrola i prywatność.

Zużycie energii przez technologię blockchain

Zużycie energii przez technologię blockchain jest szeroko dyskutowanym tematem. Kryptowaluty, zwłaszcza Bitcoin, są często kojarzone z dużym zużyciem energii i uznawane za szkodliwe dla środowiska. Wynika to z faktu, że Bitcoin i niektóre inne blockchainy, takie jak Dogecoin, korzystają z Proof-of-Work. Ten mechanizm konsensusu wykorzystuje tysiące komputerów na całym świecie do rozwiązywania złożonych zagadek kryptograficznych. Wymaga to dużej mocy obliczeniowej, a więc także dużej ilości energii. Proces ten nazywa się miningiem. Dla porównania zużycie energii elektrycznej przez Bitcoina według różnych źródeł ma być porównywalne do zużycia energii w Polsce.

W odpowiedzi na te obawy opracowano inne blockchainy i wprowadzono Proof-of-Stake. W tym modelu komputery nie muszą rozwiązywać skomplikowanych zagadek. Zamiast tego transakcje są walidowane przez osoby, które tymczasowo „stakują” swoje krypto jako zabezpieczenie. Wymaga to praktycznie żadnej dodatkowej mocy obliczeniowej, a więc znacznie mniej energii elektrycznej. Najbardziej znanymi przykładami blockchainów wykorzystujących Proof-of-Stake są Ethereum i Cardano.

Skalowalność blockchainów

Skalowalność odnosi się do tego, jak szybko blockchainy mogą bezpiecznie i efektywnie przetwarzać dużą liczbę transakcji. Im większy ruch w sieci, tym większe obciążenie. To doprowadziło do krytyki popularnych blockchainów, takich jak Bitcoin i Ethereum, w okresach wzmożonego ruchu. Oba blockchainy działają w ten sposób, że każda transakcja jest weryfikowana w całej sieci. Ogranicza to liczbę transakcji na sekundę, które mogą przetworzyć. W okresach dużego obciążenia prowadzi to do opóźnień i wysokich kosztów transakcyjnych.

Ponieważ Bitcoin został opracowany jako alternatywa dla tradycyjnego systemu monetarnego, problemy ze skalowalnością stanowią wyzwanie. Sieć Bitcoin przetwarza około 7 transakcji na sekundę, podczas gdy systemy takie jak Visa mogą obsługiwać tysiące transakcji na sekundę.

Aby rozwiązać ten problem, opracowano kilka rozwiązań, takich jak rozwiązania zwiększające skalowalność Bitcoina i Ethereum, a także nowe blockchainy, które są z natury bardziej skalowalne:

• Rozwiązania warstwy 2 (np. Bitcoin Lightning Network): Rozwiązania warstwy 2 pozwalają sieci przeprowadzać transakcje poza mainnetem (głównym łańcuchem), a następnie weryfikować je zbiorczo.
• Sharding: Sharding to technika, w której sieć blockchain dzielona jest na równolegle działające łańcuchy. Dzięki temu transakcje mogą być realizowane jednocześnie i obok siebie, co znacznie zwiększa wydajność i szybkość.
• Nowe mechanizmy konsensusu: Takie jak Solany Proof of History oraz innowacyjne algorytmy Proof-of-Stake, takie jak Avalanche.

Zalety i wady technologii blockchain

Blockchainy mają zarówno zalety, jak i wady. Najważniejsze punkty podsumowano w tabeli poniżej:

Kto wynalazł blockchain?

Wiele osób uważa, że technologia blockchain powstała podczas rozwoju Bitcoina przez Satoshiego Nakamoto. Chociaż Nakamoto odegrał kluczową rolę w zastosowaniu blockchaina, początki tej technologii sięgają wcześniej.

Podwaliny pod blockchain położył w 1983 roku amerykański informatyk David Chaum, który badał „blind signatures”, czyli technikę podpisywania danych bez ujawniania ich treści. Technika ta stała się podstawą cyfrowych transakcji ukierunkowanych na prywatność.

W 1991 roku matematycy Stuart Haber i W. Scott Stornetta opracowali metodę niezawodnego znakowania czasem dokumentów cyfrowych. Chcieli zapobiec sytuacji, w której dokumenty byłyby później niepostrzeżenie modyfikowane. Rok później dodali strukturę danych, w której dokumenty były przechowywane w łańcuchu: była to wczesna wersja tego, co dziś znamy jako blockchain.

Blockchain zyskał szersze uznanie dopiero w 2008 roku, gdy Satoshi Nakamoto opublikował whitepaper Bitcoina. Było to pierwsze udane zastosowanie technologii blockchain jako publicznego i zdecentralizowanego rejestru służącego do przesyłania cyfrowej waluty bez udziału banków. To zastosowanie było przełomowe, ponieważ połączyło technologię z bodźcami ekonomicznymi i kryptografią w działający system.

Choć Satoshi Nakamoto nie jest wynalazcą blockchaina jako koncepcji, uznaje się go za twórcę nowoczesnej technologii blockchain, tak jak jest ona dziś wykorzystywana w kryptowalutach.

Najważniejsze informacje

Technologia blockchain to innowacyjny sposób zapisywania danych w bezpieczny, przejrzysty i niezmienny sposób, bez udziału centralnych podmiotów. Technologia wykorzystuje kryptografię, decentralizację i mechanizmy konsensusu, aby zapewnić zaufanie w sieciach. Chociaż blockchainy mierzą się z wyzwaniami, takimi jak zużycie energii i skalowalność, oferują obiecujące zastosowania zarówno w sektorze finansowym, jak i niefinansowym. Dzięki ciągłemu rozwojowi nowych i bardziej wydajnych metod walidacji technologia nadal szybko się rozwija.