Блокчейн как источник инноваций: настоящее и будущее

Блокчейн как источник инноваций: настоящее и будущее

Валерий Лопатин,
к.э.н., старший научный сотрудник Центра ДКП Института ФЭИ Финансового университета при Правительстве РФ, советник председателя НП «Национальный совет финансового рынка»

Идея блокчейна уже стала и еще долго будет оставаться мощнейшим источником инноваций в технической, экономической, финансовой, правовой и других областях общественной жизни


Как ожидается, одним из наиболее интересных выступлений 7-го Международного ПЛАС-Форума «Дистанционные сервисы, мобильные решения, карты и платежи 2016» станет доклад Валерия Лопатина, к.э.н., старшего научного сотрудника Центра ДКП Института ФЭИ Финансового университета при Правительстве РФ, посвященный широким возможностям технологии блокчейн. Сегодня мы предлагаем его материал, подготовленный автором с использованием ряда ключевых моментов своей презентации.

Чем привлекателен блокчейн?
Согласно Google Trends, термин «blockchain» (блокчейн) впервые начал активно упоминаться в поисковых запросах в 2013 году, на два года позже, чем термин «bitcoin» (биткоин), обозначающий ту конкретную криптовалюту, для обеспечения оборота которой он был создан. Именно в 2013 году начался резкий рост инновационной активности, связанной с использованием блокчейнов в разнообразных проектах, который продолжается и в настоящее время.

Первоначально интерес к идее блокчейна был обусловлен рядом новшеств, которые она принесла обществу в рамках проекта «биткоин». Во-первых, это, конечно же, сама идея использования публичного журнала в распределенной системе платежей, основанная на поддержании каждым узлом пиринговой сети своей копии журнала.

Во-вторых, это технология разбиения журнала на блоки транзакций и организация жесткой связи между блоками за счет включения в каждый блок значения хэш-функции (хэша), вычисленного для предыдущего блока. Тем самым был заложен способ проверки целостности журнала, причем начиная с самого первого блока, что во многом определило интерес к блокчейну со стороны финансовых организаций.

В-третьих, это новый подход к построению транзакций, каждая из которых выполнена в виде сообщений специального формата. В том числе речь идет о криптографических элементах защиты и проверке корректности транзакций и прежде всего – о включении хэша открытого ключа получателя сообщения в его адрес, а самого открытого ключа – в тело транзакции, которую получатель генерирует при использовании полученных средств.

Наконец, в-четвертых, это технология защиты блокчейна от взлома на основе идеи доказательства работы (proof-of-work), которая, в свою очередь, основана на другой не менее значимой идее – использовании переменной сложности хэша блока транзакций. Чисто технически речь идет о многократном вычислении хэша блока транзакций для различных случайных чисел (nonce), включаемых в блок с целью поиска такого хэша, который бы имел необходимый уровень сложности (был меньше заявленной цели, в качестве которой выступает 256-битное число), а также о регулярном изменении заявленной цели (по мере изменения вычислительной мощности сети) с целью поддержания одной и той же средней скорости создания блоков.

Основные направления
Совершенно естественно, что пристальное внимание специалистов к работе блокчейна криптовалюты биткоин привело к появлению новых идей в части построения и применения блокчейна как технологии. Сначала технология развивалась путем внесения небольших модификаций при построении клонов биткоина, когда изменению подвергались алгоритмы хэширования, размер и формат адресов, частота формирования блоков и т. п. Затем начали появляться блокчейны криптовалют, в которых модификации стали подвергаться другие элементы – способы защиты блокчейна от взлома, способы доступа к блокам и транзакциям блокчейна, структура и размер самих блоков и т.д.

Рисунок 1. Структура направлений инновационной активности, связанной с технологией блокчейна

Идею внедрения корпоративного блокчейна рассматривают сегодня многие финансовые институты в ряде стран мира


А затем интерес к блокчейну вышел за рамки криптовалют, открыв целый ряд направлений, в которых базовые концепции построения и применения блокчейна подверглись еще большим изменениям. Как следствие, блокчейн стал мощным источником инноваций, которые уже оказывают влияние на деятельность людей и компаний и, несомненно, будут определять многие аспекты нашей жизни завтра.

На рис. 1 показаны основные направления, в которых инновационные решения, связанные с блокчейном, проявились или могут проявиться в ближайшем будущем. В реальности таких направлений существенно больше, поэтому схему нужно рассматривать скорее как шаблон, требующий дальнейшего уточнения по мере появления новой информации.

«Доступ»
Начнем с направления, которое на схеме обозначено прямоугольником «Доступ». Речь идет об инновациях, связанных с доступом к блокчейну, а точнее – с созданием и использованием блокчейнов, отличных от блокчейнов с публичным доступом (как это существует в системе биткоинов и ее аналогах). В частности, речь идет о корпоративных блокчейнах и блокчейнах, разрабатываемых и внедряемых в рамках группы различных структур.

Идею внедрения корпоративного блокчейна рассматривают многие финансовые институты. Например, блокчейн для корпоративного документооборота предполагает создать японская финансовая группа Mizuho, о запуске проекта по созданию безопасного и масштабируемого блокчейна объявила Visa, в рамках эксперимента с блокчейном создал собственную криптовалюту MUFG Coin банк Mitsubishi UFJ Financial, и т. д.

При этом разработчикам корпоративных блокчейнов приходится решать новые непростые задачи, в частности, задачи обеспечения защиты блокчейна, так как использование технологии proof-of-work, основанной на поиске сложного хэша, в данном случае является неэффективным.

«Защита»
В направлении «Защита» осуществляется поиск новых методов защиты блокчейна от его умышленной модификации, в том числе поиск новых способов реализации концепций proof-of-work и proof-of-stake. Инновации в направлении proof-of-work носят самый разнообразный характер, начиная от доказательства работы, произведенной в процессе занятий спортом, и заканчивая внедрением новых алгоритмов вычисления хэшей с целью затруднения использования специализированных чипов ASIC (например, по этому пути пошли разработчики криптовалюты Dash, которые внедрили новый алгоритм хэширования X11).


В качестве перспективного направления обозначилось хранение блокчейнов с использованием облачных технологий


Достаточно быстро развиваются технологии в рамках концепции proof-of-stake – модели защиты блокчейна, основанной на доказательстве владения средствами, когда при выборе следующего блока учитывается (как правило, с использованием вероятностных моделей) объем остатка средств, принадлежащих субъекту, который сформировал блок.

Модель proof-of-stake впервые была применена при создании криптовалюты Peercoin и быстро получила распространение в системах BitShares, ShadowCash, Nxt, BlackCoin и других. В некоторых случаях метод случайного выбора может комбинироваться с выбором по значению параметра «coin age», который вычисляется как произведение остатка криптовалюты на период, когда остаток находился во владении держателя валюты.

Развиваются и другие методы защиты блокчейна, в частности, основанные на комбинировании методов proof-of-work и proof-of-stake, на их модификациях (например, метод proof-of-stake velocity), на доказательстве с нулевым разглашением (например, криптовалюта Zcash) и т. д.

«Хранение»
Достаточно энергично идут изменения в направлении «Хранение», в рамках которого наряду с распределенным хранением блокчейна внедряется централизованное хранение, а также комбинированное хранение, когда копии блокчейна хранятся в некоторой системе распределенных Центров обработки данных (ЦОД).

В качестве перспективного направления обозначилось хранение блокчейнов с использованием облачных технологий, что снимает множество проблем при построении и эксплуатации как небольших корпоративных блокчейнов, так и блокчейнов для хранения данных для массового использования населением. Сервис на базе блокчейна Ethereum (Ethereum Blockchain as a Service), интегрированный в приложение Azure, в конце 2015 года предоставила компания Microsoft в партнерстве с компанией ConsenSys. А весной 2016 года блокчейн-сервисы на IBM Cloud запустила компания IBM.

«Вид транзакций»
Значительные возможности для дальнейших инноваций в рамках разработки и применения блокчейнов представляет направление, обозначенное на схеме как «Вид транзакций». В данном случае подразумеваются транзакции, помещаемые в блокчейн, которые в общем случае можно разделить на две большие части: сделки и операции.

Что касается сделок, то речь может идти об односторонних, двусторонних и многосторонних сделках (включая заключение, хранение и расторжение сделок), в рамках которых стороны могут фиксировать с помощью блокчейна необходимый перечень обязательств сторон. При этом в самом блокчейне могут храниться как данные о сделках (номер, дата, место, стороны, предмет, условия и т. д.), так и хэши этих данных (во втором случае сами данные будут храниться отдельно).

Одними из первых возможности смарт-контрактов заметили инвестиционные банки, которые стремятся автоматизировать заключение сделок с финансовыми инструментами

Важным направлением инноваций в области сделок является направление создания так называемых смарт-контрактов, которые представляют собой основанные на криптографии электронные алгоритмы. Данные контракты на формализованном языке описывают условия сделок, которые могут быть исполнены в соответствии с правилами платформы, в рамках которой такие контракты реализованы. В отличие от традиционных контрактов смарт-контракты лишены дефектов, связанных с толкованием условий контрактов, являются самодостаточными и исполняются в автоматическом режиме.

В настоящее время наиболее известной технологией смарт-контрактов являются смарт-контракты на платформе Ethereum, которая реализована как единая децентрализованная виртуальная машина (Ethereum Virtual Machine или EVM). В рамках данной технологии смарт-контракты (написанные на одном из языков программирования, которые поддерживает EMV) компилируются в байт-код для EVM и загружаются в блокчейн Ethereum, а затем исполняются по мере формирования транзакций с соответствующим кодом контракта.

Одними из первых возможности смарт-контрактов заметили инвестиционные банки, которые стремятся автоматизировать заключение сделок с финансовыми инструментами. Заметной инициативой в этой области стало формирование консорциума из 42 крупных финансовых компаний, который работает над применением технологии блокчейн в рамках финансово-технологической исследовательской компании R3 CEV LLC (как предполагается, одним из участников консорциума может стать Сбербанк России).

«Операции»
Транзакции вида «Операции», как правило, выполняются в рамках заключенных сделок и могут носить учетный, информационный или системный характер. В рамках учетных операций фиксируется результат создания, хранения, изменения или погашения прав, которые предоставляются субъекту в системе блокчейна. Например, транзакции между субъектами в системе блокчейна биткоина можно интерпретировать как операции по учету перехода прав на одноименную криптовалюту.

В случае информационной операции осуществляется обмен информацией, предусмотренной сделкой между участниками одной системы либо между участником и системой (предполагается, что сам факт работы субъекта в системе свидетельствует о присоединении субъекта к одностороннему или многостороннему договору с системой). В случае системной операции речь может идти об осуществлении транзакции с целью поддержания работоспособности системы в рамках договора между участником и системой.

Заметим, что перечисленная классификация транзакций не вполне отражает все многообразие новшеств, которые постоянно появляются в экосистеме блокчейна. В частности, в качестве уникального вида транзакций можно выделить транзакции в системе Ethereum, с помощью которых осуществляется обращение к смарт-контрактам, хотя также их можно отнести и к системным транзакциям. Еще одним уникальным видом транзакций можно считать транзакции, обслуживающие взаимодействие блокчейна с дочерними сайдчейнами, хотя и здесь можно воспользоваться приведенной классификацией и считать данные транзакции учетными операциями.

«Топология» и «Структура»
Достаточно широкое поле для инноваций предоставляет вид и структура блокчейна на уровне блоков, что отражено на схеме прямоугольниками «Топология», «Структура» и «Свойства блоков». Направление «Топология» включает в себя инновации, связанные с топологией цепочки блоков, которая по состоянию на сегодняшний день представлена только линейной последовательностью. Тем не менее в скором времени мы можем столкнуться с разветвлениями блокчейнов и появлением деревообразных структур. Такое развитие событий весьма вероятно – вспомним хотя бы спор по вопросу об увеличении размера блока в системе биткоина, когда позиции участников долгое время не удавалось согласовать, и виделась реальная перспектива разделения блокчейна на две ветви.

Естественно, по мере усложнения блокчейн-систем могут появиться и другие топологии, которые наилучшим образом будут удовлетворять требованиям новых систем. На схеме это отражено в виде прямоугольника «Другое». Возможно, это будет слоистая структура, в рамках которой каждый слой блокчейна будет специализироваться на выполнении определенной функции. Возможно – кластерная структура с пространственным разделением функциональности блокчейна или что-то еще.

Направление «Структура» прежде всего охватывает вопросы состава блоков и организации связей между блоками в рамках блокчейна, а также группирования блоков. В рамках состава блоков технология блокчейнов, как представляется, может изменяться в части разнообразия блоков, в том числе с точки зрения технических свойств и функциональности. Например, это может быть включение в блокчейн специальных блоков системных транзакций или перевод давно созданных блоков в разряд архивных.

В части организации связей между блоками новшества прежде всего затронут алгоритмы хэширования, используемые для создания связей между блоками.

В перспективе структура связей может измениться и по другим параметрам – направление и содержание связей, количество связующих элементов и т.д. Наконец, в рамках блокчейна наряду с блоками могут появиться группы блоков, в том числе для организации дополнительной защиты блокчейна, расширения его функциональности и т.п.

«Свойства блоков»
Традиционно многообразие изменений в сфере блокчейнов наблюдается в разделе «Свойства блоков». Прежде всего оно охватывает вопросы размера блока, его внутренней структуры и частоты создания. Совершенно очевидно, что по мере появления новых блокчейн-систем инноваций в области свойств отдельного блока станет еще больше. Особенно это касается совершенствования внутренней структуры блоков в связи с развитием интеллектуальной составляющей блоков – смарт-контрактов.

«Иерархия»
В заключение остановимся еще на одном направлении развития блокчейнов, которое касается внешнего взаимодействия блокчейнов друг с другом. На схеме выделено одно из решений – создание иерархических структур сайдчейнов в рамках основного блокчейна. Однако возможны и другие виды взаимодействия, которые, несомненно, будут реализованы по мере развития блокчейн-систем.

Вместо заключения
Подводя итог, можно констатировать, что концепция блокчейна оказалась насыщенной точками появления новых решений, будь то вопросы защиты, расположения и доступа к блокчейну, его топологии и структуры, взаимодействия с другими блокчейнами, свойств блоков, типов транзакций и т.д. Уникальные свойства блокчейна способствовали тому, что поиском таких решений занялось огромное число специалистов всех стран. В результате идея блокчейна уже стала и, по всей видимости, еще долго будет оставаться мощнейшим источником инноваций в технической, экономической, финансовой, правовой и других областях общественной жизни людей во всем мире.

Подписывайтесь на наши группы, чтобы быть в курсе событий отрасли.

Читайте в этом номере:


Перейти к началу страницы

Подпишитесь на новости индустрии

Нажимая на кнопку "подписаться", вы соглашаетесь с


политикой обработки персональных данных