Технология распределенного реестра: ее перспективы и потенциал

Вы, наверное, знаете, что блокчейн — это технология, лежащая в основе биткойнов, эфириума и других криптовалют. Но когда-нибудь задумывались о том, какая технология стоит за блокчейном? Это называется технологией распределенного реестра (DLT).

В отличие от традиционной базы данных, в DLT данные распределяются между несколькими узлами или компьютерами, а не хранятся в центральной базе данных. Каждый узел записывает и проверяет каждую транзакцию, будь то статические данные, такие как реестр, или динамические данные, такие как финансовые транзакции.

В результате DLT не имеет единой точки контроля или единой точки отказа. Этот децентрализованный характер обеспечивает безопасное, прозрачное и защищенное от несанкционированного доступа ведение записей.

Сегодня DLT переписывает традиционное представление о любых бизнес-транзакциях и находит применение в банковском деле, финансах, управлении цепочками поставок и здравоохранении. Это строительный блок для футуристических инноваций, таких как децентрализованные решения для идентификации и блокчейн-платформы.

История DLT

Люди часто считают запуск Биткойна в 2009 году отправной точкой DLT. Однако идея и технологии, поддерживающие DLT, существовали задолго до появления Биткойна.

От реестров к децентрализованным распределенным реестрам

С древних времен бухгалтерские книги были в центре торговли. Люди записывали свои деньги и активы, от глиняных табличек и папируса до пергамента и бумаги. Компьютеризация перенесла этот процесс ведения записей с бумаги на биты и байты в виде цифровых регистров.

Забегая вперед, достижения в области систем управления базами данных и распределенных вычислений обеспечили удобство и скорость. Это позволило совместно использовать базы данных в разных регионах.

Реестры требуют, чтобы центральный орган проверял подлинность всех данных, которые он записывает, будь то цифровые или бумажные. Например, банки проверяют и подтверждают все транзакции между связанными лицами. Компании часто имеют системных администраторов для управления базами данных.

Такие централизованные базы данных, даже если они распределены по разным местам, подвержены единым точкам сбоя, утечкам данных и потенциальным манипуляциям со стороны центрального органа. Это привнесло неэффективность и добавило затрат к транзакциям. Концепция DLT возникла как решение этих проблем.

Концептуальные и технологические достижения, которые способствовали росту DLT

С 1970-х годов несколько технологических прорывов в области криптографии и вычислений сделали возможным DLT.

В 1976 году Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман заложили основу криптографии с открытым ключом — базовой технологии шифрования и дешифрования данных, используемой сегодня в DLT.

В 1982 году учёные Лесли Лэмпорт, Роберт Шостак и Маршалл Пиз написали новаторскую работу под названием «Проблема византийских генералов», которая обеспечила концептуальную основу для ТРР. Лэмпорт и др. проиллюстрировали проблемы достижения консенсуса в распределенной системе, когда некоторые участники могут быть злонамеренными или ненадежными. Они подробно описали простые алгоритмы для преодоления неисправных компонентов в компьютерной сети; неисправные устройства могут отправлять противоречивую информацию в разные части системы.

Впоследствии ряд ученых предложили разные решения проблемы того, как компьютерные системы должны обрабатывать противоречивую информацию в состязательной среде. Это привело к разработке различных механизмов консенсуса , которые теперь используются для систем распределенного реестра без центрального органа.

Еще один важный импульс развитию DLT произошел в 1991 году. Стюарт Хабер и В. Скотт Сторнетта предложили систему для отметки времени цифровых документов с помощью криптографически защищенной цепочки блоков. Их решение послужило предшественником концепции блокчейна.

Однако эти концепции и алгоритмы не привлекали особого внимания до запуска Биткойна и лежащей в его основе технологии блокчейна. Практическая демонстрация того, как DLT можно использовать через Биткойн, вывела технологию на передний план. Это привлекло значительные инвестиции, что привело к быстрой эволюции типов и приложений DLT-систем.

Сегодня приложения DLT вышли далеко за рамки криптовалют: от управления цепочками поставок, здравоохранения и цифровой идентификации до децентрализованных финансов (DeFi) и невзаимозаменяемых токенов (NFT).

Как работает DLT

Как упоминалось ранее, DLT работает через сеть компьютеров, называемых узлами. Эти узлы, расположенные в нескольких местах, коллективно поддерживают общую и синхронизированную цифровую базу данных транзакций или данных.

Структура данных для хранения этих транзакций обычно организована в блоки (в случае блокчейна) или в какой-либо другой подходящий формат. Вот общий обзор того, как работает DLT.

Инициация транзакции

Участвующий узел создает новую транзакцию для добавления в реестр. Детали новой транзакции защищены с помощью шифрования с открытым ключом для создания уникальной цифровой криптографической подписи транзакции. Эта цифровая подпись включает в себя открытый ключ (совместно используемый с другими узлами для проверки данных) и закрытый ключ. При создании новой транзакции на другие узлы распределенной P2P-сети отправляется запрос на ее проверку.

Проверка данных транзакции

Как только узлы получают запрос, каждый узел работает независимо, проверяя достоверность транзакции. Они используют открытый ключ, предоставленный инициатором транзакции, для расшифровки цифровой подписи транзакции и проверки ее на соответствие заранее определенным правилам.

Достижение консенсуса относительно действительности транзакции

После проверки узлы работают вместе для достижения консенсуса относительно действительности транзакции. Они используют согласованный алгоритм консенсуса. Это гарантирует, что все копии транзакции в реестре идентичны.

Например, возьмем майнинг биткойнов. Узлы используют механизм PoW, обычно называемый майнингом, который включает в себя решение сложных математических задач для проверки и добавления новых блоков Биткойн в реестр блокчейна Биткойн.

Добавление проверенной транзакции в базу данных

Как только транзакция подтверждена, она добавляется в реестр и распространяется по всем узлам, обновляя состояние реестра. Узлы в сети распределенного реестра не могут изменять или обновлять детали транзакции без повторного использования того же механизма консенсуса. Это обеспечивает неизменность и целостность реестра.

Вот визуальное представление о том, как работает реестр блокчейна.

Типы DLT

Существуют различные типы DLT, основанные на используемых базовых технологиях и доступе, предоставляемом распределенному реестру. Каждый из них предлагает свои преимущества и подходит для конкретных случаев использования. Давайте подробно рассмотрим эти типы DLT.

3 типа DLT на основе контроля доступа

Три типа распределенных реестров в зависимости от того, кто может участвовать в сети распределенного реестра:

• Разрешенный DLT
• Беспрепятственное DLT
• Гибридный распределенный реестр

1. Разрешенный или частный DLT

Реестр с разрешениями требует, чтобы участники были одобрены перед присоединением к сети. Авторизованные узлы поддерживают реестр. Разрешенные платформы обеспечивают более быструю проверку транзакций и предлагают улучшенную конфиденциальность.

Например, проект стабильной монеты Facebook Diem (ранее известный как Libra) был разрешенным DLT. Полномочия на валидацию были предоставлены только членам Ассоциации Diem. Другим примером может служить структура Hyperledger, блокчейн с открытым исходным кодом от Linux Foundation, предназначенный для корпоративного использования.

2. Несанкционированный или общедоступный DLT

В распределенном реестре без разрешений любой может присоединиться к сети без одобрения, т. е. он является общедоступным. Реестр поддерживается совместными действиями узлов в общедоступной сети и доступен для всех. Блокчейны Биткойн, Эфириум и Лайткойн являются примерами публичных DLT.

3. Гибридный распределенный реестр

Этот тип ТРР сочетает в себе преимущества конфиденциальности разрешенной системы распределенного реестра с прозрачностью неразрешенной системы распределенного реестра. Гибридная DLT предоставляет предприятиям значительную гибкость в выборе того, какие данные они хотят сделать общедоступными, а какие — оставить конфиденциальными.

6 основных типов распределенного реестра на основе базовых технологий

Шесть типов DLT, в зависимости от типа используемых механизмов консенсуса и структуры данных:

• Блокчейн
• Направленный ациклический граф (DAG)
• Клубок
• Боковая цепь
• Голочейн
• Хэшграф

1. Блокчейн

Блокчейн — самый известный тип DLT. Данные в этом типе DLT структурированы в виде списка блоков. Каждый блок представляет собой набор данных. Он полагается на то, что майнеры выбирают и объединяют данные в последовательную цепочку блоков.

Все блоки криптографически связаны с предыдущими, образуя неизменный и прозрачный реестр. Блокчейны могут быть общедоступными или частными, в зависимости от дизайна сети. Приложения блокчейна варьируются от криптовалют до смарт-контрактов.

2. Направленный ациклический граф (DAG)

В отличие от структуры последовательного списка, за которой следует блокчейн, DAG добавляет транзакции в виде ориентированного графа или древовидной структуры. Каждая транзакция подтверждает несколько предыдущих транзакций, создавая сеть взаимосвязанных транзакций без формирования строгой цепочки. Поскольку несколько транзакций обрабатываются одновременно, DAG обеспечивает более высокую пропускную способность транзакций и более быстрое время подтверждения, чем блокчейн. Это обеспечивает более масштабируемую и эффективную децентрализованную сеть.

3. Клубок

Tangle — это DLT с открытым исходным кодом на основе DAG, разработанный для Интернета вещей (IOT) организацией Internet of Things Applications (IOTA). Узел, выпускающий любое новое дополнение к реестру, должен утвердить две ранее отправленные транзакции, что упрощает добавление и проверку данных, чем в блокчейне.

Это также устраняет необходимость одобрения транзакций в реестре майнерами или процессом майнинга, в отличие от блокчейна. Этот процесс делает Tangle технологией с низким энергопотреблением.

4. Сайдчейн

Сайдчейн — это вторичная система распределенного реестра, подключенная к основной системе через двустороннюю привязку. Двусторонняя привязка обеспечивает двунаправленную передачу данных транзакции. Боковые цепи могут иметь собственный механизм консенсуса, отдельный от основной цепи. Он в основном используется в блокчейне для масштабирования главной книги.

5. Голочейн

Holochain — это уникальная технология распределенного реестра, разработанная для облегчения децентрализованных приложений. Он использует агентно-ориентированный подход, вдохновленный GitHub и BitTorrent. Глобального консенсуса нет. Вместо этого каждый узел в сети считается автономным агентом, ответственным за свои данные и взаимодействия, обеспечивая жесткий контроль над своими данными.

6. Хэшграф

Hashgraph — это еще одно DLT на основе DAG. Он использует алгоритм виртуального голосования и протокол сплетен как часть своего механизма консенсуса. С помощью протокола сплетен узлы непрерывно и случайным образом передают все данные о транзакциях другим узлам, что позволяет информации о транзакциях быстро распространяться по сети.

Плюсы и минусы DLT

Сторонники ТРР выделяют несколько потенциальных преимуществ по сравнению с традиционными централизованными реестрами и другими типами общих реестров. Тем не менее, технология все еще развивается и может создавать новые риски и проблемы. Давайте посмотрим на преимущества и недостатки DLT, чтобы понять его потенциал и ограничения.

Ключевые преимущества DLT

Ниже приведены наиболее важные преимущества ТРР, хотя обобщения затруднительны из-за развития различных типов ТРР.

• Децентрализация устраняет необходимость в посредниках и способствует доверию и прозрачности между участниками. Для бизнеса это может привести к снижению затрат, лучшей масштабируемости и ускорению выхода на рынок.
• Большая прозрачность, поскольку все участники сети имеют полную идентичную копию распределенного реестра.
• Простота аудита , поскольку последовательная запись данных создает постоянный контрольный журнал. Это потенциально снижает уровень мошенничества и устраняет затраты на сверку.
• Автоматизация с помощью смарт-контрактов, которые автоматически выполняют коды при выполнении определенных условий, например оплаты счетов.
• Повышенная кибербезопасность благодаря механизмам криптографической безопасности и распределенному характеру, исключающему единую точку атаки.

Недостатки DLT

Поскольку DLT все еще развивается, многие нормативные и юридические вопросы еще предстоит решить. Вот наиболее распространенные технологические, юридические и нормативные проблемы, связанные с DLT:

• Отсутствие зрелости и отраслевых стандартов, поскольку технология все еще находится на ранних стадиях развития. Это вызывает сомнения в устойчивости и надежности системы.
• Взаимодействия между различными системами DLT и устаревшими системами трудно достичь без отраслевых стандартов.
• Вопросы масштабируемости возникают, если ТРР получит широкое распространение, увеличивая объем транзакций.
• Неопределенность регулирования , поскольку в разных штатах могут действовать разные правила. Это может создать проблемы с соблюдением требований для предприятий, использующих DLT.
• Неизвестные уязвимости и нерешенные угрозы кибербезопасности, такие как атаки Сивиллы.
• Экологические проблемы при использовании энергоемких механизмов консенсуса, таких как PoW, для майнинга биткойнов.

Варианты использования DLT с примерами

Как упоминалось ранее, DLT имеет широкий спектр потенциальных применений в различных отраслях. Давайте углубимся в некоторые варианты использования DLT в различных отраслях.

Финансы и банковская отрасль

DLT, в частности блокчейн, является неотъемлемой частью финтех-революции. Приложения DLT можно найти от банковского дела и платежей до страхования и соблюдения требований.

Потенциальные применения DLT включают смарт-контракты, цифровые валюты, трансграничные платежи, торговлю ценными бумагами и расчеты с ними, регистрацию активов и т. д. Многие банки и финансовые учреждения проводят проверки концепции, чтобы изучить осуществимость и оценить влияние различных Технология DLT для этих случаев использования.

Американские банки, например, реализуют пилотный проект по расчету цифровых активов с использованием распределенного реестра. Центральные банки многих стран также изучают цифровые валюты центральных банков (CBDC), основанные на технологии блокчейн.

Управление цепочками поставок

Одним из наиболее многообещающих вариантов использования DLT является управление цепочками поставок. Ранние инициативы показали, как DLT делает продукты более отслеживаемыми, упрощает выставление счетов, обеспечивает более быструю и экономичную доставку и улучшает координацию между поставщиками, покупателями и финансовыми учреждениями.

Например, Walmart Canada применила технологию блокчейн и создала автоматизированную систему для управления счетами и платежами от своих 70 сторонних грузовых перевозчиков. Эта система снизила количество споров, связанных с несоответствиями в счетах, с более чем 70% до менее 1%.

Здравоохранение

Обеспечение безопасности медицинских записей — одно из самых популярных применений DLT в секторе здравоохранения, учитывая, что только в 2022 году отрасль сообщила о 707 утечках данных. DLT упрощает безопасное хранение и обмен электронными медицинскими записями благодаря своим методам шифрования. Отслеживание цепочки поставок помогает отслеживать и проверять лекарства и фармацевтические устройства. DLT также поддерживает запись данных клинических испытаний.

Например, клиника Мэйо экспериментирует с блокчейн-платформой для записи и управления данными своих клинических исследований гипертонии.

Недвижимость

Потенциальные применения DLT в сфере недвижимости варьируются от упрощения поиска собственности и оптимизации управления правами собственности до передачи прав собственности. Это сокращает документооборот и административные расходы, обеспечивая при этом защиту данных и неизменяемую запись о собственности.

Еще один вариант использования, который одновременно изучается в финансовом секторе и секторе недвижимости, — это то, как реальные активы могут быть преобразованы в цифровые токены для торговли. Такая токенизация способствует ликвидности активов, долевому владению и снижению транзакционных издержек.

Правительство и государственный сектор

У DLT есть возможность предоставлять государственные услуги лучше и быстрее. Он находит применение для безопасного ведения различных государственных баз данных, предоставления цифровых правительственных сертификатов и упрощения регистрации активов.

Эстония, например, использует блокчейн для ведения реестра здравоохранения, недвижимости и бизнеса. Он также предоставляет своим гражданам цифровые удостоверения личности, которые могут использовать их для получения государственных услуг.

Будущее распределено

Вокруг DLT, блокчейна и его возможностей ходили годы. Но шумиха уступает место практическим вариантам использования.

По мере того, как организации переходят от пилотных проектов и испытаний концепции к более практическим, реальным инициативам, внедрение DLT будет ускоряться. Более того, по мере развития технологии будут появляться масштабируемые решения, устраняющие ограничения, препятствующие широкому внедрению. Итак, примите распределенное будущее с неограниченными возможностями.

Узнайте больше о механизме консенсуса «доказательство доли», который сыграет ключевую роль в будущем децентрализованных технологий.