Blokķēde (blockchain) — definīcija, darbības princips un pielietojumi

Uzzini, kas ir blokķēde, kā tā darbojas un kur lieto — no kriptogrāfijas un digitālajiem parakstiem līdz veselības datiem, pārtikas izsekošanai un drošai balsošanai.

Blokķēde (vai bloku ķēde) ir tehnoloģija, kas ļauj saglabāt secīgu ierakstu (darījumu, notikumu vai datu) virkni tādā veidā, ka pēc ieraksta pievienošanas to vairs nevar vienkārši mainīt vai dzēst. To panāk, kombinējot vairākus kriptogrāfijas principus — galvenokārt hash funkcijas un digitālos parakstus — ar decentralizētu tīklu un noteiktu konsensa mehānismu. Īsā versijā: blokķēde nodrošina nemainīgu, pārbaudāmu un pieejamu datu reģistru, kuru uztur un apstiprina daudzi neatkarīgi dalībnieki.

Kā darbojas blokķēde

1. Ja ir doti kādi dati, ir viegli aprēķināt šo datu kontrolsummu. Šādas kontrolsummas aprēķināšanai var izstrādāt īpašas hash funkcijas. Šīs funkcijas var izstrādāt tā, lai tās atgrieztu vienmēr vienāda garuma vērtību, kas nav atkarīga no ievades garuma. Šo vērtību sauc par hash vērtību vai ziņojuma digest. Funkcijām piemīt arī cita īpašība: Ja ir viens un tas pats ievade, tām jāatgriež vienāds rezultāts (hash vērtība/ziņojuma digest).
2. Papildus hash vērtībām blokā parasti ir arī laika zīmogs un zināma lietderīgā slodze. Katrā blokā tiek izmantots digitālais paraksts, kas ļauj noteikt jebkuras izmaiņas datos kopš paraksta izveidošanas. Kad tiek izveidoti jauni datu bloki, jaunizveidotais bloks satur arī iepriekšējā bloka hash vērtību.

Papildus iepriekš minētajam, blokķēdes darbības būtība ir sekojoša:

• Bloku pievienošana: dati tiek grupēti blokos. Katrs bloks satur darījumu sarakstu, laika zīmogu un iepriekšējā bloka hash, kas sasaista blokus ķēdē.
• Hash ķēde: jo vairāk bloku ir pēc konkrētā bloka, jo grūtāk ir šo bloku mainīt — mainot vienu bloku, mainās tā hash un ir jāpielāgo visi sekojošie bloki.
• Digitālie paraksti: tie nodrošina izmaiņu atsekamību un autentiskumu — var pierādīt, kurš ir parakstījis konkrētas darbības vai darījumus.

Konsensa mehānismi

Blokķēdi parasti pārvalda vienādranga tīkls, kur visi vienaudži (nodes) seko kopīgam protokolam, kas nosaka, kā komunicēt, kā izveidot un apstiprināt jaunu bloku. Daži izplatītākie konsensa mehānismi:

• Proof of Work (PoW): dalībnieki (mezgli vai “kalnrači”) risina kriptogrāfiskas problēmas, lai izveidotu bloku. Tas prasa lielu skaitļošanas jaudu un enerģiju (piemērs — Bitcoin).
• Proof of Stake (PoS): blokus izveido dalībnieki, balstoties uz to likmēm tīklā. Tas parasti ir energoefektīvāks un tiek plaši izmantots mūsdienu blokķēdēs.
• Citi mehānismi: praktiski vienprātība (Practical Byzantine Fault Tolerance — PBFT), delegētā PoS, hibrīdi risinājumi u.c. Izvēle ietekmē drošību, ātrumu un centralizācijas pakāpi.

Veidi — publiskas un privātas blokķēdes

Pastāv divi galvenie modeļi:

• Publiskas (permissionless) blokķēdes: ikviens var pievienoties tīklam, lasīt datus un piedalīties konsensā (piemēram, Bitcoin, Ethereum).
• Privātas vai atļauju pieprasošas (permissioned) blokķēdes: piekļuvi kontrolē vadītājs vai dalībnieku grupa; tās bieži izmanto uzņēmumi un institūcijas, kur nepieciešama konfidencialitāte un labāka veiktspēja.

Pielietojumi

Blokķēdes tehnoloģija ir piemērota jebkurai situācijai, kur svarīga ir nemainība, pārredzamība un uzticamība reģistros. Galvenie pielietojuma virzieni:

• Kriptovalūtas un maksājumi: Bitcoin un citas kriptovalūtas izmanto blokķēdi kā publisku darījumu reģistru.
• Gudrie līgumi (smart contracts): automātiski izpildāmas programmas, kas darbojas blokķēdē un var pārvaldīt līgumsaistības bez trešās puses.
• Piegādes ķēdes un izsekojamība: pārtikas, zāļu vai rūpniecisku preču izsekošana no ražotāja līdz patērētājam.
• Medicīniskie dati un veselības aprūpe: pacientu ierakstu droša glabāšana un piekļuves kontrole.
• Identitātes pārvaldība: digitālo identitāšu pārvaldība un autentifikācija.
• Balsošana: elektroniskās balsošanas sistēmas ar pārredzamu un pārbaudāmu rezultātu reģistrēšanu.
• Aktīvu tokenizācija un digitālie sertifikāti: aktīvu daļējas īpašumtiesības, izsekojami sertifikāti, intelektuālā īpašuma reģistri.

Priekšrocības un ierobežojumi

Blokķēdei ir vairākas priekšrocības, bet arī ierobežojumi, ko jāņem vērā:

• Priekšrocības: nemainība (immutability), caurskatāmība, decentralizācija, iespēja samazināt uzticēšanos starp pusēm un automatizēt procesus ar gudrajiem līgumiem.
• Ierobežojumi:
  • scalability — daudzas blokķēdes joprojām saskaras ar ierobežojumiem darījumu ātrumā un mērogojamībā;
  • enerģijas patēriņš — īpaši PoW sistēmās;
  • privātums un datu aizsardzība — publiskās ķēdēs dati var būt pieejami ikvienam, kas rada izaicinājumus atbilstībai noteikumiem kā GDPR;
  • governance — lēmumu pieņemšana par tīkla izmaiņām var būt sarežģīta;
  • drošības riski — piemēram, vektori, kas saistīti ar viedajiem līgumiem vai centralizētiem komponentiem.

Vēsture īsumā

Idejas par secīgu, kriptogrāfiski aizsargātu datu žurnālu radās 1991. gadā, ko izstrādāja Stjuarts Habers un Skots Stornetta kā līdzekli digitālo ierakstu integritātes nodrošināšanai. Habers un Stornetta 1995. gadā izveidoja arī komerciālu blokķēdes pielietojumu — Surety. 2008. gadā Satoshi Nakamoto savā darbā "Bitcoin: A Peer to Peer Electronic Cash System" atsaucās uz Habera un Stornetta darbu, izmantojot blokķēdi kā publisku darījumu reģistru kriptovalūtai bitcoin. Ar blokķēdes palīdzību bitcoin atrisināja dubultās tērēšanas problēmu bez uzticamas centrālās iestādes vai servera, kas iedvesmoja daudzus citus lietojumus un pētījumus.

Praktiski padomi un secinājums

Ja apsverat blokķēdes tehnoloģijas izmantošanu, izvērtējiet:

• vai jums patiešām nepieciešama nemainība un decentralizācija;
• kāds konsensa mehānisms un tīkla modelis (publisks vai privāts) vislabāk atbilst jūsu prasībām;
• kā risināt skalējamību, privātumu un regulatīvos jautājumus;
• vai ir gatavi risinājumi vai nepieciešama individuāla izstrāde (piem., integrācija ar esošajiem IT risinājumiem).

Blokķēde nav universāls risinājums visām problēmām, tomēr tajā ir liels potenciāls drošas, pārredzamas un decentralizētas uzskaites nodrošināšanā. Tās nozīme un pielietojuma jomas turpina pieaugt kopā ar tehnoloģijas attīstību un jaunu protokolu parādīšanos.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir blokķēde?

J: Kā darbojas blokķēde?

J: Kas ir dubultā tērēšana?

J: Kas izgudroja blokķēdi?

J: Uz ko Satoshi Nakamoto atsaucās 2008. gadā?

Kādu problēmu atrisināja Bitcoin ar blokķēdes tehnoloģiju?

J: Kādi ir daži izplatītākie blokķēdes tehnoloģijas izmantošanas gadījumi?

Meklēt pēc burta