Технологии блокчейн в разработке программного обеспечения

Каждый участник сети контролирует ее, что делает взлом достаточно сложным. Децентрализация позволяет сохранить высокую доступность и безопасность сети. Криптография обеспечивает защиту платежей. Звучит как что-то идеальное? Не торопитесь с выводами.

В статье пойдет речь о технологии блокчейн, которая лежит в основе криптовалют, такой как Bitcoin, например. Блокчейн позволяет организовывать открытый обмен информации в рамках бизнес-сети, сохраняя ее практически неприступной крепостью.

Принципы работы блокчейна буквально привнесли изюминку в разработку сетей, которые способны оставаться защищенными и сохранять анонимность ее пользователей. Как можно использовать эти принципы в разработке программного обеспечения?

Что такое технологии блокчейн?

Блокчейн технология можно представить как распределенную бухгалтерскую книгу, которая записывает транзакции таким образом, чтобы они были устойчивы к взлому и поддавались аудиту.

Эта децентрализованная, распределенная система бухгалтерских книг используется для ведения постоянно растущего списка записей, которые называются блоками. Каждый блок содержит временную метку, запись о транзакции и ссылку на предыдущий блок. Таким образом блок нельзя изменить задним числом без изменения всех последующих блоков, ведь это потребует сговора огромного количества участников сети.

Так, сеть блокчейн получила значительную известность благодрая Сатоси Накамото в 2008 году. Накамото усовершенствовалпредыдущие варианты технологии и в 2009 году запустил первую версию криптовалюты Биткойн с реализацией децентрализованного блокчейна, который обеспечивает хранение всех транзакций в системе.

Как работают технологии блокчейн?

Технология блокчейн основана на использовании одноранговой сети компьютеров для ведения общей книги транзакций. Каждый компьютер в сети имеет свою копию бухгалтерской книги, и когда в нее добавляется новая транзакция, она передается на все остальные компьютеры в сети. Затем компьютеры проверяют транзакцию и добавляют ее в свою собственную копию бухгалтерской книги. Этот процесс гарантирует, что главная книга транзакций всегда актуальна и что все компьютеры в сети имеют одну и ту же копию.

Безопасность технологии blockchain основана на том, что она децентрализована. Это означает, что нет центрального органа, который можно было бы взломать или получит над ним власть. Для того чтобы изменить бухгалтерскую книгу, злоумышленнику необходимо контролировать более 50% компьютеров в сети, что очень сложно сделать.

Компоненты блокчейна

Приведем краткий обзор компонентов и особенностей, обеспечивающих работу технологии блокчейн:

• Распределенная бухгалтерская книга. Блокчейн состоит из распределенной базы данных, которая совместно используется несколькими узлами компьютерной сети. Каждый узел хранит идентичную копию бухгалтерской книги.
• Одноранговая сеть. Узлы (ноды) напрямую взаимодействуют друг с другом через одноранговую сеть без посредников. Это позволяет осуществлять децентрализованный контроль и администрирование бухгалтерской книги.
• Криптографическая безопасность. Транзакции, записанные в бухгалтерской книге, защищены шифрованием. Данные группируются в блоки, которые соединяются между собой с помощью криптографии, образуя цепочку (отсюда термин blockchain).
• Механизм консенсуса. Для внесения изменений в бухгалтерскую книгу необходимо достичь консенсуса между узлами сети. Популярные алгоритмы консенсуса включают в себя proof-of-work и proof-of-stake. Это гарантирует, что все копии бухгалтерской книги совпадают и синхронизируются.
• Смарт-контракты. Это самоисполняющийся контракт, условия которого записаны непосредственно в строках кода. Код и содержащиеся в нем соглашения существуют в сети блокчейн. Данный код контролирует исполнение условий транзакции и саму транзакцию.
• Неизменная запись. Как только данные записываются в блок, он блокируется с помощью криптографии. Хотя новые блоки могут быть добавлены, существующие блоки не могут быть изменены без консенсуса, что делает записанные данные безопасными и неизменными.
• Аудируемость и верификация. Поскольку бухгалтерская книга распределена между многими узлами, ни одна сторона не контролирует ее. Любой человек может проверить транзакции, проанализировав блокчейн, что обеспечивает прозрачность и возможность отслеживания.

Вы можете начать свой путь изучения технологии блокчейн именно с понимания и изучения сути данных особенностей.

Недостатки и преимущества использования блокчейн технологий

Технология блокчейн сыграла существенную роль в мире технологий и пользуется значительной популярностью. Даже учитывая видимые преимущества применения технологии, она все еще имеет свои недостатки.

Почему стоит использовать технологию блокчейн:

1. Децентрализация. Ни один человек или компания единолично не контролирует блокчейн. Система управляется на основе консенсуса между децентрализованной сетью.
2. Безопасность. Криптография и распределенная архитектура делают блокчейн безопасным и устойчивым к модификации или взлому.
3. Прозрачность. Транзакции видны всем, кто имеет доступ к сети блокчейн.
4. Неизменность. Изменить или удалить записи о транзакциях в блокчейне после их добавления крайне сложно или невозможно.
5. Экономия средств. Автоматизация процессов позволяет снизить некоторые расходы по сравнению с традиционными централизованными системами.

При этом сохраняются некоторые ограничения:

1. Ограничения масштабируемости. Многие публичные блокчейны сегодня плохо масштабируются по мере увеличения количества транзакций. Однако в данном случае уже было предложено решение - сеть Lightning.
2. Латентность. Скорость транзакций в технологии блокчейн может быть ниже, чем в централизованных базах данных, из-за сетевой латентности между узлами.
3. Техническая сложность. Концепции, лежащие в основе блокчейна, могут быть сложными и требовать специальных знаний для реализации.
4. Необратимость транзакций. Вы не сможете или вам будет достаточно сложно исправить ошибки в транзакциях.
5. Потребление энергии. Системы майнинга, используемые для подтверждения транзакций, требуют больших вычислительных мощностей, что приводит к высокому потреблению энергии. Почему стоит использовать зеленый хостинг?

Таким образом, блокчейн предлагает преимущества, связанные с децентрализацией, безопасностью, неизменностью, но также имеет проблемы масштабирования, производительности и технического понимания, которые необходимо преодолеть в некоторых случаях использования. Тем не менее, эти проблемы не помешали широкому влиянию блокчейну на разные сферы бизнеса.

Влияние блокчейна на бизнес

Блокчейн значительно повлиял на бизнес и предпринимателей в первую очередь за счет распространенности его использования. Безопасные транзакции и сейчас не теряют своей популярности и широко используются.

Повышенная безопасность, обеспечиваемая блокчейном, обусловлена работой самой технологии: сквозное шифрование создает неизменяемую запись транзакций, предотвращая мошенничество. При этом пользователи могут оставаться анонимными, не раскрывая свою личность. Это одно из самых значительных преимуществ технологии, которым пользуются не только компании, но и их клиенты.

С другой стороны, если организации не используют блокчейн с точки зрения транзакций, то они переняли некоторые его компоненты. В данном случае пользу получили компании из абсолютно разных сфер бизнеса.

Технология блокчейн автоматизирует трудоемкие процессы для максимизации эффективности. Блокчейн может молниеносно обрабатывать транзакции, в некоторых случаях за секунды. Также технология способна решить задачи про проверки истинности данных. В качестве хорошего примера можно представить крупную базу данных университетов, хранящих данные о выпускниках, к которым есть доступ у менеджеров по найму. Таким образом фальсифицировать данные в резюме просто невозможно, так как уполномоченные специалисты могут с легкостью их проверить.

Блокчейн также изменил подход к отслеживанию поставок. Так, Walmart интегрировал технологию блокчейна в свои процессы, чтобы повысить прозрачность децентрализованной экосистемы поставок продуктов питания. К сентябрю 2018 года компания смогла отследить более 25 продуктов от пяти различных поставщиков, включая манго, листовую зелень, клубнику, молочные продукты, мясо и птицу, упакованные салаты и даже детское питание. Walmart буквально может отследить весь процесс создания, упаковки и доставки продуктов, которые входят в его ассортимент.

Еще один успешный пример использования технологии - это применение смарт-контрактов. Такие контракты в виде кодов используются в блокчейне для регулирования договоренности двух сторон, которые обязуются выполнять определенные условия. Каждый раз, когда одна сторона не соблюдает условия смарт-контракта, услуга или товар возвращается второй стороне. Это позволяет не привлекать правительственные органы или другую третью сторону для разрешения конфликта.

На этом влияние блокчейна не заканчивается, однако мы хотим уделить особое внимание тому, как блокчейн технологии позволяют совершенствоваться многим процессам разработки программного обеспечения.

Блокчейн технологии для разработки ПО

Успешные примеры внедрения принципов технологии блокчейн вдохновляют на использование их в разработке программного обеспечения. Причем создаваемое ПО может и вовсе не относиться, например, к криптовалютам. Какие компоненты блокчейн могут пригодиться в разработке?

Распространение/репликация данных

Распределение данных, также известное как репликация данных, является ключевым компонентом технологии блокчейн. Этот процесс завязан на хранении данных на нескольких узлах сети блокчейн. Таким образом можно гарантировать, что данные становятся более устойчивыми к цензуре и мошенничеству.

Эта технология может быть использована для создания приложений, требующих репликации данных между различными системами в условиях отсутствия доверия. Например, децентрализованные приложения (DApps).

Можно сказать, что DApp – это обыкновенное приложение, но развернутое в децентрализованной блокчейн-сети. Такое приложение доступно для всех и обеспечивает полную прозрачность, соответственно, оно свободно от регуляторов и цензуры, которая присуща централизованным приложениям.

В качестве примера приведем Audius. Это развлекательный сервис с поддержкой блокчейна. Это платформа для потокового воспроизведения музыки с моделью, похожей на Spotify, где артисты получают доход в виде токена AUDIO.

Стоит также упомянуть децентрализованный мессенджер Session. Он поддерживает сквозное шифрование, минимизирует использование метаданных и скрывает личности пользователей по умолчанию. Одной из его интересных особенностей является отсутствие привычной регистрации, так как вместо нее при создании аккаунта генерируется случайный уникальный ID, а реальный IP адрес пользователя скрывается.

Еще одна интересная реализация, заслуживающая внимания - это Nostr. Nostr расшифровывается как "Notes and Other Stuff Transmitted by Relays" и представляет собой децентрализованную сеть, основанную на парах криптографических ключей. Nostr - это протокол социальных сетей с открытым исходным кодом, обеспечивающий отсутствие цензуры и доступность приложений на любых операционных системах. Почему Nostr считается убийцей X (Twitter)?

Среди других сфер применения DApps числятся приложения для аукционов, где принципы блокчейна гарантируют прозрачность, финансовые сервисы, игровые приложения как онлайн-казино и др.

Криптография с открытым и закрытым ключом

Криптография с открытым и закрытым ключом - еще один важный компонент технологии блокчейн, который используется для обеспечения безопасности транзакций и защиты данных, хранящихся в блокчейне.

Так, если ваше приложение работает с важными данными или ваши пользователи нуждаются в изменении способа аутентификации (например, уход от системы логин/пароль), то вы можете использовать криптографию. Создания механизмов аутентификации и авторизации в приложениях, где важно криптографическое подтверждение личности, позволит избежать некоторых проблем, с которыми можно столкнуться при использовании аутентификации по логину и паролю.

Тем не менее, стоит учитывать, что:

• Открытые ключи используются для шифрования данных, а закрытые - для их расшифровки. Это означает, что даже если хакер перехватит зашифрованные данные, он не сможет их расшифровать, не имея закрытого ключа.
• Данный метод является масштабируемым, то есть его можно использовать для аутентификации большого количества пользователей без ущерба для безопасности.
• Криптография с открытым и закрытым ключом может быть сложной в реализации. Она требует генерации и управления открытыми и закрытыми ключами, а также разработки алгоритмов шифрования и дешифрования данных.
• Операции шифрования и дешифрования могут занимать много времени, особенно при работе с большими объемами данных.
• Криптография с открытым и закрытым ключом по-прежнему уязвима для атак. Например, хакеры могут использовать атаки brute force, чтобы попытаться угадать закрытые ключи, или использовать атаки side-channel для извлечения закрытых ключей из устройств.

В целом криптография с открытым и закрытым ключом обеспечивает высокий уровень безопасности при аутентификации в программах и приложениях. Однако важно знать о потенциальных недостатках этой технологии, прежде чем ее реализовывать.

Одноранговая сеть

Одноранговая (peer-to-peer) сеть позволяет узлам сети общаться друг с другом напрямую, без участия центрального органа. Такая децентрализованная архитектура делает сеть более надежной.

Peer-to-peer модель позволяет реализовать функции совместной работы в программном обеспечении, где важны децентрализованная координация и консенсус. Например, вы можете использовать одноранговую сеть при разработке:

• Потоковые медиа приложения. Одноранговая сеть может использоваться для потоковой передачи медиаконтента между компьютерами без необходимости в центральном сервере. Это может быть полезно для потоковой трансляции событий в прямом эфире.
• Игровые приложения. Одноранговые сети можно использовать для создания многопользовательских игр, не требующих централизации. Например, один игрок выступает в роли сервера и устанавливает игру локально, а все остальные игроки должны подключиться к нему.
• Приложения для распределенных вычислений. Вы можете легко распределить требующие больших мощностей вычислительные задачи между несколькими компьютерами с помощью одноранговой сети. Это позволяет осуществлять параллельную обработку и ускорить выполнение сложных задач.

Одноранговые сети - это мощная технология, которую можно использовать для создания различных распределенных приложений. Поэтому вы можете смело экспериментировать.

Смарт-контракты

Смарт-контракты представляют собой самовыполняющиеся контракты (код), которые используются для автоматизации выполнения соглашений и транзакций. Смарт-контракты могут использоваться для различных целей, таких как финансовые операции, управление цепочками поставок и голосование.

Смарт-контракты - это возможность встроить автоматизированные соглашения и условную логику в децентрализованные приложения и бизнес-процессы.

Умные контракты можно использовать для автоматизации финансовых операций, таких как платежи, займы и инвестиции. Это может снизить потребность в посредниках, таких как банки, и сделать финансовые операции более удобными и безопасными.

Автоматизация сделок с недвижимостью, таких как покупка, продажа и аренда также доступна с введением умных контрактов.

Если вы владелец оффлайн-бизнеса и хотите автоматизировать некоторые процессы, то смарт-контракты можно использовать для отслеживания перемещения товаров по цепочке поставок. Так вы повысите прозрачность и подотчетность, а также сможете снизить уровень мошенничества.

Смарт-контракты - это достаточно мощный инструмент, который можно использовать для автоматизации различных задач, выходящих за рамки уже привычных нам процессов, которые делаются вручную или при личном участии.

Как внедрить технологии блокчейн в ПО?

Внедрение технологии блокчейн является достаточно сложным процессом и требует определенных технических знаний. Вот несколько основных шагов, которые вы точно пройдете на этом пути.

1. Определите свои потребности

Первый шаг - определить и систематизировать свои потребности. Поймите, какие именно проблемы вы хотите решить, и убедитесь, что решения по интеграции блокчейна помогут их решить. Речь идет о конкретном сценарии, ситуации или проблеме, которую блокчейн способен решить более эффективно, чем другие технологии.

2. Разработайте собственную доказательную концепцию (POC)

Proof of Concept, или POC - это стратегический процесс, используемый для оценки того, насколько жизнеспособным будет внедрение блокчейна в вашем бизнесе. Это можно сделать с помощью прототипа, который хорошо демонстрирует использование блокчейна для конкретного сценария. К данному этапу относятся относятся определение объема, проектирование технической архитектуры, разработка прототипа, а также демонстрация и анализ готового прототипа.

3. Выберите блокчейн-платформу

Выбирая блокчейн для своего бизнеса, вы можете выбрать одну из популярных платформ, однако мы рекомендуем глубже изучить различные варианты и принципы их работы. Quorum, Stellar, Corda и другие варианты могут быть выгодны с разных сторон.

4. Выберите протокол консенсуса

Для начала работы вам также нужно выбрать протокол консенсуса блокчейна - программу, цель которой заключается в том, чтобы позволить системе блокчейна достичь полного согласия относительно состояния бухгалтерской книги.

Два наиболее популярных протокола консенсуса - это “доказательство работы” (PoW) и “доказательство доли” (PoS). Другие включают в себя “доказательство полномочий” ("частный" или "разрешенный") и консорциум (также известный как "федеративный" или "получастный").

Механизм консенсуса "доказательство работы" (PoW) - это то, на чем был построен Биткойн, и первый протокол консенсуса с успешной реализацией в управлении децентрализованной системой. Протокол консенсуса PoW работает за счет использования различных машин для вычисления сложных математических задач. Он сам настраивается таким образом, что задача решается, становясь сложнее, когда к ней присоединяется больше машин. Когда задача решена, майнеру, решившему ее, выдается вознаграждение в виде криптовалюты за блок. Именно поэтому вначале биткоин можно было добывать на обычных компьютерах, в то время как сейчас необходимы биткоин-фермы с дорогостоящим оборудованием.

Механизм консенсуса “доказательство доли” (PoS) развивался как недорогая и менее энергоемкая альтернатива протоколу консенсуса proof of work. Такие блокчейны, как Polygon, Solana, а теперь и Ethereum, работают по протоколу PoS. Принцип работы PoS значительно отличается от PoW: вместо майнеров, проверяющих транзакции, эту работу выполняют виртуальные субъекты в Ethereum и называемые "валидаторами". После обработки блоки помещаются в блокчейн.

Чтобы создать валидатор, участники должны поставить 32 ETH (ставка или доля), и если они будут уличены во вредоносном поведении, они потеряют поставленную сумму. В данном случае возникают опасения по поводу централизации, поскольку в данном процессе участвуют только люди с большим количеством криптовалюты на кону. PoS валидатор выбирается для предложения блока в блокчейн, обеспечивает безопасность сети, за что также получает вознаграждение.

Мы рекомендуем изучить данный вопрос более подробно прежде, чем делать выбор в пользу конкретного варианта.

5. Работа с блокчейн-решением

При создании решения на основе блокчейна необходимо принять решение о том, на какой цепочке строить свои приложения. Это могут быть:

• Layer-1. Базовый уровень, который включает в себя общую структуру, механизм консенсуса и протокол. Они безопасны, но имеют более медленное время обработки транзакций по сравнению с более высокими уровнями или внецепочечными решениями.
• Layer-2. Он создается поверх блокчейнов первого уровня для улучшения различных функциональных возможностей, таких как масштабируемость. Это достигается за счет обработки транзакций вне цепочки.
• Sidechains. Это отдельные блокчейны, которые подключаются к первому уровню, но являются независимыми. Они могут иметь собственную структуру и протоколы консенсуса и даже выполнять собственные смарт-контракты.
• Private chains. Эти частные цепочки чаще всего используются для корпоративных операций и предназначены для более широкого масштабирования и настройки, чем базовая цепь. Они используются для создания пользовательских приложений с различными требованиями, такими как конфиденциальность и высокая производительность.

6. Разработка смарт-контракта

Смарт-контракты позволяют участникам взаимодействовать с DApp, обменивать токены и делать многое другое без посредников. Все стороны будут обязаны соблюдать правила смарт-контракта, а сам он будет оставаться неизменным после внесения в блокчейн. Именно поэтому стоит уделить особое внимание его созданию и проверке.

Если в смарт-контракте будет уязвимость, вероятнее всего, что злоумышленник не упустит шанс ею воспользоваться.

7. Эксплуатация сети

Нужно поддерживать основной блокчейн, масштабировать его при необходимости, уделять пристальное внимание безопасности реализации, обеспечивать работу узлов и следить за актуальностью используемого протокола консенсуса.

Очень важно поддерживать сеть в актуальном состоянии и отслеживать эффективность решения той потребности, которую вы определили в первом шаге. Это может повлиять на расходы, которые вы понесете в будущем.

Будущее блокчейн технологий

Технология блокчейн способна произвести революцию в разработке программного обеспечения во многих отраслях, и она это сделала. По мере того как разработчики продолжают изучать потенциал блокчейна за пределами криптовалют, можно ожидать дальнейшего развития как самой технологии, так и ее различных реализаций.

Мы знаем, что при разработке программного обеспечения обеспечение целостности и безопасности данных имеет первостепенное значение. Сегодня блокчейн можно использовать для создания надежных, неизменяемых журналов доступа к данным и их изменений, что повышает безопасность и соответствие нормативным требованиям.

Весь мир видел, как Walmart перевел свои системы мониторинга поставок на совершенно новый уровень, внедрив технологию блокчейн. Хотя с первого раза никто бы не ответил, как можно связать компанию оптовой и розничной торговли и блокчейн.

Новые приложения будут использовать уникальные возможности блокчейна, такие как его способность создавать децентрализованные системы. Несомненно, правительства начнут большее регулировать технологию блокчейн ввиду необходимости защиты потребителей и предприятий от мошенничества и других рисков.

Технология блокчейн способна изменить мир во многих отношениях. Это мощная технология, которая может быть использована для создания более безопасных, прозрачных и эффективных систем.

Заключение

Блокчейн сети покорили мир децентрализацией и безопасностью. Это также означает, что любой может использовать децентрализованный блокчейн, участники полностью контролируют свои транзакции и действия, и им не нужно разрешение от централизованного органа власти, чтобы использовать его.

Также блокчейн остается надежной и постоянной исторической записью всех транзакций, совершенных в сети, и на него можно ссылаться при проверке новых блоков. Это обеспечивается за счет прозрачности и неизменности блоков.

Хотя масштабируемость может препятствием в некоторых блокчейнах и ее следует тщательно изучить перед внедрением технологии блокчейн в бизнес, это не мешает множествам компаний внедрять технологии блокчейна в свои проекты. Автоматизация и надежность многих решений становится решающими факторами при развитии бизнеса и блокчейн часто является выгодным вложением.

Постоянное развитие блокчейна и доступных технологий делают эту сферу все более привлекательной и позволяют многим организациям расти вместе с ней.