Как устроены криптовалюты?

Что значит иметь криптовалюту? Вы, вероятно, слышали, что это полностью цифровая валюта без потребности в правительстве и банках. Но как же она работает? Давайте, начнем по порядку.

На сегодняшний день существует более 10.000 различных криптовалют. Самые популярные из них мы привели на следующей картинке.

Как вы видите на сегодня (19.05.2022) 1 биткоин стоит почти 2 млн. руб. Если посмотреть на динамику в целом, то можно заметить, что пик популярности пришелся на март 2022 года. Тогда 1 биткоин стоил почти 5,5 млн. руб. Почему же криптовалюты в целом стали такие дорогие, ведь это просто цифровая валюта, которую нельзя увидеть или потрогать? 

По сути создание криптовалюты имеет следующую формулу:

• Бухгалтерский учет — Доверие + Криптография = Криптовалюта

Отличие криптовалют от обычных банковских платежей заключается в том, что в основе механизма реализации платежей стоит не банк, подтверждающий каждую транзакцию, а хитрая схема децентрализованной проверки, основанная на математических схемах, рожденных в сфере криптографии.

Давайте представим, что мы создадим группу людей, которые готовы записывать все транзакции внутри группы. Для того, чтобы такая система работала и никто никого не мог обмануть, необходим свод правил.

Основные правила системы

1. Использование цифровых подписей

Цифровая подпись — современная альтернатива традиционной подписи от руки. Под такой подписью следует понимать информацию в электронном формате. Её обеспечивает комбинация определённой символики, которая является уникальной. Благодаря этому любая документация обретает юридическую силу.

Конечно, в реальности подделать подпись человека очень сложно, т.к. в случае подделки можно организовать почерковедческую экспертизу, которая установит факт копирования чужой подписи. На первый взгляд кажется, что цифровую подпись подделать еще проще. Просто копируем ее и вставляем в новый документ. Однако, на самом деле цифровая подпись намного сильнее обычной (в плане подделки). Цифровая подпись каждый раз меняется в зависимости от номера транзакции и самого документа.

2. История транзакций = валюта

Сама история всех транзакций (баланс) позволяет нам полностью отказаться от наличной валюты. По сути, в ранее описанной системе мы можем прожить всю жизнь, записывая новые переводы денежных средств в историю транзакций, но так и не обналичивая их. Таким образом, в историях транзакций фигурируют уже не рубли или доллары, а балансовая валюта.

3. Децентрализация истории транзакций

Когда кто-то хранит всю историю транзакций в одном месте и этот доступ есть только у ограниченного круга лиц, то могут возникнуть ситуации, при которых эта власть будет использоваться для корыстных целей. Для решения этой проблемы мы отказываемся от централизованного органа, а вместо него заставляем всех участников сообщества хранить собственные копии транзакций.

Но как нам убедиться в том, что каждый участник записывает каждую из этих транзакций в правильном порядке и, тем самым, обеспечивается полная децентрализации?

4. Доказательство работы

Представим следующий список транзакций:

1. Алиса платит Бобу 10 БВ (балансовая валюта)
2. Чарли платит Бобу 20 БВ
3. Боб платит Кристин 10 БВ

Нам нужен какой-то инструмент, с помощью которого мы можем точно убедиться, что все описанные ранее транзакции достоверны и совпадают у всех участников объединения, даже без дополнительных проверок каждой копии баланса.

Решение, предложенное криптовалютами, заключается в том, чтобы доверять той записи транзакции в балансе, которая содержит наибольшее значение вычислительной работы.

Например, мы добавим к концу нашего баланса особую цифру (в нашем случае — 4). Используя криптографическую hash-функцию мы получили результат, который начинается с 2-х нулей. 

Вот как изменится результат hash-функции, если мы хотя бы немного поменяем изначальное сообщение. Например, Алиса решила дописать лишний нуль к первой строчке в балансе.

Теперь значение hash-функции уже не начинается с 2-х нулей, и придется искать новое значение. Конечно, в наших примерах мы не искали очень долго, простым перебором мы нашли подходящее под наши критерии число. Однако, представьте, что для подтверждения транзакции нужен будет результат hash-функции, который начинается с 30-ти нулей! Вы можете самостоятельно попробовать вычислить hash-функцию онлайн по ссылке.

На самом деле самым эффективным способом для поиска такого числа является обычный перебор. Не существует какого-либо алгоритма, который из нужного результата hash-функции найдет такое число.

Теперь, когда каждый участник будет к концу определенного количества транзакций добавлять такие числа, то для проверки, что все транзакции записаны верно, он может использовать hash-функцию.

Именно на этом этапе и работают майнеры. За определенное вознаграждение они используют свои вычислительные мощности для поиска результата hash-функции, которая начиналась бы с 30-ти нулей.

5. Использование Блокчейн

Когда мы создали инструменты, позволяющие подтверждать транзакции, нам остается сделать так, чтобы каждый баланс был связан с другими. Как раз на этом этапе и появляется блокчейн (цепочка блоков). 

В начале каждого блока мы дублируем hash-функцию предыдущего блока, таким образом, если кто-то захочет изменить что-то в истории транзакций или поменять их местами, то вся цепочка будет нарушена. А поскольку у каждого участника есть своя копия блокчейна, то он будет доверять именно тому, у которого эта цепочка самая длинная, то есть той, которая находится у него.