Эта заметка – популярный обзор того, как работает сеть Биткоин и соответствующая ей валюта. Основные темы: логика протокола, blockchain, некоторые расхожие мифы, связанные с биткоинами, “майнинг” и перспективы системы.

Биткоины появились в 2009 году. Описание протокола было опубликовано исследователем, действовавшим под псевдонимом Сатоси Накамото (Satoshi Nakamoto), в 2008 году. Минимальная единица расчётов – 10^-8 биткоина, называемая сатоси.

Восьмой годик пошел, стало быть… Для цифровых технологий это достаточно много, стоит вспомнить сколько протянули те же пейджеры, кассетные видеомагнитофоны VHS, да даже обычные компакт-диски. А раз эти самы биткоины помирать не думают, да так, что с ними еще и Минфину приходится бороться, копнем чуток вглубь, вдруг чего интересного накопаем, вместо безнадежно устаревшего «Что? Где Когда?» В конце концов, ведь и с нами нынешний Минфин особо не миндальничает.

Обзор протокола

Классические платёжные системы, работающие в электронной форме, основаны на том, что участники обмена финансовыми средствами полагаются на некоторый центр, которому доверяют. Такой центр проводит авторизацию пользователей, ведёт их баланс и гарантирует, что электронные средства не будут потрачены несколько раз. Эта последняя проблема является ключевой для электронных расчётов, так как здесь не происходит обмен какими-то “физическими ресурсами”, а лишь меняются числа. Традиционно, таким центром является банк или подобная ему финансовая структура (в платёжной системе центр не обязательно имеет статус банка, но это детали). Основная идея новой цифровой валюты в децентрализации “банка”, в том, чтобы каждый участник сети был “немножечко банком”.

Дальше я буду использовать два созвучных термина – биткоины и сеть Биткоин. Первый из них обозначает саму цифровую валюту, а второй – сеть из узлов, обеспечивающих проведение транзакций в биткоинах по определённому протоколу. Биткоины не работают без своей сети. Для того, чтобы провести какой-то успешный платёж, обязательно требуется участие других узлов, поэтому хотя бы у одной из рассчитывающихся сторон должно быть соединение с, если говорить строго, сетью передачи данных, которой в нашем случае является Интернет.

Биткоины сейчас называют криптовалютой. Это, очевидно, связано с тем, что в основе системы лежат криптографическая хэш-функция и механизм электронной подписи. Надо заметить, что сама идея о создании некоторой “цифровой валюты”, позволяющей проводить расчёты с использованием криптографии, сильно старше биткоинов и корнями уходит в 80-е годы прошлого века. Более того, от строгой “криптовалюты” следует ожидать решения ряда задач, которые биткоины не решают в принципе или решают с очень серьёзными ограничениями. Сюда относятся, например, гарантированная анонимность расчётов и возможность осуществления платежей в режиме “офлайн”. Впрочем, эти недостатки не помешали биткоинам стать первой распространённой децентрализованной цифровой валютой.

Транзакции в сети Биткоин возможны потому, что все участники используют общую главную книгу, общий баланс, в котором зафиксированы все операции с биткоинами. Эта главная книга – blockchain – публична и используется для проверки валидности (допустимости) каждой новой транзакции. Транзакция считается осуществлённой, если она, с некоторыми оговорками, включена в главную книгу.

Кто бишь там у нас говорил о том что «деньги — кровь экономики»? … , ну да, настоящему русскому писателю всегда есть что сказать. А здесь вот практически прямое воплощение этого принципы. То есть электронная денежка порождение распределенной вычислительной сети и сама по себе существовать не может. Даже смешнее — существовать может, но кто же ей поверит…

Разберём ситуацию чуть подробнее. В классической платёжной системе есть процессинговый центр, который авторизует пользователей (по некоторой паре логин/пароль или как-то ещё – это не важно), проверяет их финансовые возможности, сверяясь со своей базой данных, и переводит, в этой же базе данных, числа со счёта одного пользователя на счёт другого. Когда один пользователь отправляет другому десять фунтов, считается, что оба доверяют центру, проводящему платежи. Если просто убрать этот центр из системы, то сразу же возникают различные проблемы: как убедиться, что средства перечисляет именно тот, кто может ими распоряжаться (тот, у кого эти средства есть)? как предотвратить повторное расходование тех же самых средств?

Очевидно, чтобы убедиться, что средства перечисляет конкретный пользователь, можно использовать хорошо известный механизм электронной подписи, тогда подделать транзакцию будет сложно. Однако сама по себе подпись не решает ключевых проблем: отправитель средств может просто копировать свои цифровые финансы и, например, отправить получателю одни и те же условные три виртуальных “фантика” десять раз подряд, но при этом в свои расходы записать только три “фантика”. Копировать транзакции сможет и сам получатель, и вообще – кто угодно. Это и есть проблема повторного расходования средств (double spending – в англоязычной литературе), которую, в случае классических платёжных систем, решает центр управления платежами: он ведёт учёт баланса для каждого пользователя и не позволяет “копировать валюту”, так как все транзакции осуществляются через систему этого центра.

В сети Биткоин есть общая главная книга, в которой записаны все транзакции, но нет центральной организации, которая этой книгой управляет. Напротив, записи в книгу вносит множество узлов. Это и есть маханизм, создающий распределённую систему. Как было отмечено выше, эта система работает в том случае, если участники признают единую главную книгу, то есть у сети есть некий консенсус относительно того, какие платежи признавать, а какие – нет. Основная функция главной книги – снабжать каждую из транзакций уникальным идентификатором и фиксировать последовательность транзакций, присваивая, в том числе, каждой из них время совершения. Время здесь может быть условным, главное, чтобы оно позволяло однозначно определить, какая транзакция была совершена раньше. Строго говоря, в случае с биткоинами, метки времени имеют несколько другое значение, а последовательность транзакций фиксируется самим методом построения главной книги (blockchain), в которой информационные блоки, включающие несколько транзакций, образуют цепочку. Такая схема позволяет избавиться от проблемы повторного расходования одних и тех же средств, потому что теперь можно отличить одну транзакцию от другой и понять, какая из них появилась в сети раньше.

Blockchain или главная книга.

Теперь, когда кто-то пытается скопировать транзакцию, это не приводит к дополнительному начислению или расходованию средств, так как такая транзакция уже есть в системе (впрочем, тут тоже есть некоторые особенности, о которых – ниже). Представим, что все записи (транзакции) о перечислении условных фантиков снабжаются серийным номером, который, вместе со всей транзакцией, подписан электронной подписью отправителя. Тогда копирование транзакции лишь производит её “резервирование” – средства с таким же серийным номером в главной книге уже учтены. А так как в главной книге зафиксирована последовательность транзакций, то при обработке каждой новой транзакции можно определить баланс на заданном счёте и понять, есть на нём десять фунтов-фантиков или их уже потратили. Здесь как раз важен порядок следования транзакций, а также их уникальные номера, предотвращающие одновременную отправку одних и тех же средств на два разных счёта. В последнем случае – средства получит только один из счетов назначения.

Немножко мудрено, но здесь возведен в абсолют, точнее положен в основу функционирования всей системы следующий принцип «деньги всегда оставляют следы» (тоже уже где-то слышали, да?)

Так вот, в случае электронных денег, отсутствие следа автоматически означает… отсутствие самих денег. Звучит неплохо: не можете объяснить происхождение ваших средств? — тогда это не вожделенные панамские доллары, а просто… их копии. Просто замечательный принцип. У общепринятых платежных средств он тоже выражен, просто более опосредованно, но при этом и более неожиданно для некоторых внезапно «успешных людей».

Сеть и транзакции

Собственно, в сети Биткоин каждая транзакция содержит описание входящих и исходящих средств. На входе – результаты предыдущих транзакций. На выходе – адреса (грубо говоря, кошельки), получающие средства из этих транзакций. Входящих и исходящих адресов может быть несколько. Проведение транзакции описывается программой-скриптом, на специальном языке. Эта особенность, помимо простого перевода средств, позволяет выполнять различные хитрые операции, описание которых, впрочем, находится за рамками этой заметки.

Выше несколько раз упоминается электронная подпись. В сети Биткоин используется её вариант, работающий на эллиптической кривой. Но это технический момент. Для того чтобы составить представление о приципе обработки биткоинов, достаточно понять, что идентификатором пользователя, в смысле осуществления траты средств, здесь является 256-битное число – закрытый ключ, который позволяет генерировать электронные подписи на транзакциях. Соответствующий открытый ключ преобразуется в публичный биткоин-адрес, который можно рассматривать как счёт или “кошелёк”. В последнем случае нужно учитывать, что под кошельком в Биткоин часто подразумевают набор адресов.

Тот, кто знает секретный ключ, может расходовать, перечислять средства, находящиеся на данном кошельке. Секретность ключа гарантирует, что средства может потратить только тот, кому они принадлежат. Для проверки подписей другие участники используют открытый ключ, который публикуется в системе при осуществлении транзакции. Для того чтобы какой-то биткоин-адрес мог получать средства, ключа знать не нужно, в том числе и открытого, – это особенность протокола Биткоин. Не требуется и заблаговременно регистрировать новый адрес в системе, то есть он может быть создан в режиме офлайн. Секретный ключ генерируется самим пользователем, обычно при помощи специальной программы. Естественно, никто не мешает использовать несколько секретных ключей (несколько адресов в системе) – это обычная практика.

Тоже логично, кошельков можно завести сколько душе угодно: один жене показывать, в другом заначку хранить, в третьем на зимнюю резину… да мало ли на что.

Однако между этими кошелечками-бумажниками придется раскладывать только те деньги, которые предварительно получил. Почти как в жизни.

Пример биткоин-адреса

Транзакция, сформированная тем или иным участником системы, через Интернет передаётся другим узлам. Делается это для того, чтобы транзакция попала в главную книгу, в blockchain. Blockchain строится из блоков, каждый из которых включает большое количество транзакций (на блоки можно посмотреть, например, на сайте blockchain.info). Естественно, некоторые участники могут попробовать заполнить главную книгу записями, выгодными только им. Например, начислить на собственные кошельки побольше биткоинов, или потратить одни и те же биткоины несколько раз. Поэтому блоки транзакций попадают в blockchain не просто так, а в результате выполнения некоторой вычислительной работы. Это ещё одна интересная особенность сети Биткоин, по сравнению с классическими платёжными системами. Хотя, надо отметить, что сам использованный метод был хорошо известен до появления биткоинов.

Последний на сегодня фрагмент. И тоже принцип — чтобы деньги от тебя элементарно взяли, надо еще потрудиться. Вот это ограничение становится все более знакомым множеству нынешних «эффективных менеджеров», почему то их деньги никто по хорошему брать не хочет, даже за рубежом. Нет, берут конечно, но так кривятся, делают такое лицо, чуть не умолять приходится.

Одно в этой компьютерной игрушке… скажем так, неоднозначно. Здесь ценность создают сами компьютеры: это они считают цепочки транзакций, это они выполняют работу, делающие деньги деньгами. Такая модель экономики, на которую можно влиять, просто поставив 10-100-1000 серверов, хорошо, пусть 100.000 и можно добиться значимого влияния. Правда этим серверам потребуется профилактика, обслуживание, вполне реальное электричество, инженерные системы, которые тоже нужно поддерживать в надлежащем состоянии. Такой вот японский выверт в виртуальность, со странным отражением в виде рядов и рядов бесполезно расходуемых вычислительных мощностей.

 Продолжение следует…

Читать по теме:

• Криптовалюты. Часть I
• Криптовалюты. Часть II
• Криптовалюты. Часть III
• Криптовалюты. Часть IV