Александр Фролов - Создание смарт-контрактов Solidity для блокчейна Ethereum. Практическое руководство

Как мы уже говорили, блокчейн представляет собой простую цепочку блоков данных. Сначала формируется первый блок этой цепочки, потом к нему добавляется второй и так далее. Предполагается, что данные транзакций хранятся в блоках и добавляются в самый последний блок.

На рис. 1.1. мы показали простейший вариант последовательности блоков, где первый блок ссылается на следующий.

Рис. 1.1. Простая последовательность блоков

В таком варианте, однако, можно очень легко подделать содержимое любого блока цепочки, так как блоки не содержат никакой информации для защиты от изменений. Учитывая, что блокчейн предназначен для использований людей и компаний, между которыми нет доверия, можно сделать вывод, что такой способ хранения данных для блокчейна не подходит.

Давайте займемся защитой блоков от подделки. На первом этапе мы попробуем защитить каждый блок контрольной суммой (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Добавляем защиту данных блоков контрольной суммой

Теперь злоумышленник не может просто так изменить блок, так как в нем находится контрольная сумма данных блока. Проверка контрольной суммы покажет, что данные были изменены.

Для вычисления контрольной суммы можно использовать одну из функций хеширования, такую как MD-5, SHA-1, SHA-256 и т.п. Хеш-функции вычисляют некоторое значение (например, в виде текстовой строки постоянной длины) в результате выполнения необратимых операций над блоком данных. Операции зависят от вида хеш-функции.

Даже при небольшом изменении содержимого блока данных значение хеш-функции также изменится. Анализируя значение хеш-функции, невозможно восстановить блок данных, для которого она была вычислена.

Будет ли достаточна такая защита? К сожалению, нет.

В этой схеме контрольная сумма (хеш-функция) защищает только отдельные блоки, но не всю цепочку блоков. Зная алгоритм вычисления хеш-функции, злоумышленник может легко подменить содержимое блока. Также ничто не помешает ему удалить блоки из цепочки или добавить новые.

Чтобы защитить всю цепочку в целом, можно хранить в каждом блоке вместе с данными еще и хеш данных предыдущего блока (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Добавляем в блок данных хеш предыдущего блока

В этой схеме, чтобы изменить какой-нибудь блок, нужно пересчитать хеш-функции всех последующих блоков. Казалось бы, в чем проблема?

В реальных блокчейнах дополнительно созданы искусственные трудности для добавления новых блоков – используются алгоритмы, требующие много вычислительных ресурсов. С учетом того, что для внесения изменений в блок пересчитать нужно не один этот блок, а все последующие, сделать это будет крайне сложно.

Вспомним также, что данные блокчейна хранятся (дублируются) на многочисленных узлах сети, т.е. используется децентрализованное хранение. А это многократно усложняет подделку блока, т.к. изменения требуется внести на все узлы сети.

Так как блоки хранят информацию о предыдущем блоке, то можно проверить содержимое всех блоков цепочки.

Блокчейн Ethereum представляет собой платформу, на базе которой можно создавать распределенные приложения DApp. В отличие от других платформ, Ethereum позволяет использовать так называемые умные контракты ( смарт-контракты , smart contracts), написанные на языке программирования Solidity.

Эта платформа была создана в 2013 году Виталиком Бутериным, основателем журнала Bitcoin Magazine, и запущена в 2015 году. Все, что мы будем изучать или делать в нашем учебном курсе, имеет отношение именно к блокчейну Ethereum и смарт-контрактам Solidity.

Майнинг (mining) представляет собой довольно сложный и ресурсоемкий процесс добавления новых блоков в цепочку блокчейна, а вовсе не «добычу криптовалют». Майнинг обеспечивает работоспособность блокчейна, т.к. именно этот процесс отвечает за добавление транзакций в блокчейн Ethereum.

Люди и организации, занимающиеся добавлением блоков, называются майнерами (miner).

Программное обеспечение (ПО), работающее на узлах майнеров, пытается подобрать для последнего блока параметр хеширования с названием Nonce, чтобы получилось определенное значение хеш-функции, заданной сетью. Алгоритм хеширования Ethash, применяемый в Ethereum, позволяет получить значение Nonce только путем последовательного перебора.