Блокчейн Ethereum: принцип работы, экосистема, перспективы

10 месяцев назад
Блокчейн Ethereum
Блокчейн Ethereum

Несмотря на то, что первым криптовалютным проектом был запущенный более 10 лет назад биткоин, настоящая революция в сфере децентрализованных технологий начала вершиться лишь с 2015 года, когда была запущена сеть Ethereum. Именно это событие стало отправной точкой для множества финтех-проектов, которые привлекли волну «свежей крови» на крипторынок.

В этой статье мы рассмотрим блокчейн Ethereum в деталях и попытаемся разобраться, что же в нем такого особенного, стараясь при этом оперировать понятной для среднестатистического криптоэнтузиаста терминологией.

Что такое блокчейн Эфириум

Блокчейн Эфириум — это распределенная транзакционная среда для оперирования данными и взаимодействия с программным кодом децентрализованных приложений, функционирование и безопасность которой обеспечивается криптографическими правилами.

Если более простыми словами, блокчейн Эфириума — это платформа, позволяющая выполнять операции по переводу активов между участниками сети и создавать dApps на базе смарт-контрактов.

Внутри системы Ethereum имеется одноименная криптовалюта (ETH), которая используется для передачи ценности между пользователями, а также выполняет роль своеобразного топлива, необходимого для поддержания работоспособности сети.

Принцип работы и структура блокчейна Эфириум

Блокчейн Эфириум
Блокчейн Эфириум

Основными концептуальными принципами, на которых базируется работа блокчейна Ethereum, являются:

  1. Одноэлементная запись транзакций — цифровой механизм, подразумевающий принятие системой и ее пользователями единственно правильного (каноничного) алгоритма выполнения операций, который определяется по количеству произведенных вычислений.
  2. Криптографическая защищенность — подчинение всего происходящего в блокчейне сложным математическим законам, обеспечивающим надежную защиту от взломов.
  3. Открытость состояния — возможность беспрепятственного использования сети ее участниками в любое время.

Структурно блокчейн Ethereum представляет собой цепочку уникальных взаимосвязанных элементов, которые называются блоками и состоят из сгруппированных транзакций. После записи в базу данных сети ни один из них не может быть подвержен изменению.

Упрощенная схема структуры блокчейна Ethereum
Упрощенная схема структуры блокчейна Ethereum

Каждый блок Эфириума имеет заголовок, в котором хранятся хеши включенных в него транзакций и предыдущего блока, а также дополнительная служебная информация.

Жизнеспособность блокчейна Ethereum поддерживается пользователями (майнерами), которые предоставляют сети вычислительные мощности своего оборудования для выполнения операций по валидации транзакций и генерации новых блоков (майнинга). За это они получают от системы вознаграждение в виде монет ETH, что и является основной мотивацией для их участия в работе сети.

Транзакции в сети Ethereum

Логотип Эфириум
Логотип Эфириум

Все операции в блокчейне Ethereum выполняются посредством проведения транзакций, представляющих собой пересылаемые по сети подписанные пакеты данных. Это может быть перевод монет ETH, создание умного контракта или запуск кода, запрограммированного в уже существующем смарт-контракте.

Топливом для движения пакетов данных внутри блокчейна эфира выступает газ (gas) — своеобразная внутренняя валюта сети, характеризующая количество вычислительных операций, на которые тратятся мощности оборудования майнеров.

Все транзакции Ethereum имеют стандартное информационное содержимое — хеш, номер блока включения, адреса участвующих в операции кошельков, цифровая подпись, количество пересылаемых монет, лимит и стоимость газа, комиссия и произвольное сообщение для получателя (опционально).

Эфириум-аккаунты и их виды

Еще одной неотъемлемой частью блокчейна Ethereum являются аккаунты (учетные записи, профили, счета) — объекты, имеющие возможность взаимодействовать друг с другом посредством сообщений, передаваемых в транзакциях. У каждой учетной записи имеется адрес, используемый для ее идентификации.

Все аккаунты в сети эфира делятся на два вида:

  1. Внешние — независимые счета, которые управляются посредством приватных ключей. Чаще всего, когда речь идет об аккаунте Ethereum, на котором хранятся средства, речь идет именно об этой категории.
  2. Контрактные — управляются ассоциированными программными кодами.
Виды аккаунтов в блокчейне Ethereum
Виды аккаунтов в блокчейне Ethereum

Возможность инициировать транзакции по переводу средств на внешние счета и отправке команд смарт-контрактам имеют исключительно профили первого типа.

Аккаунты умных контрактов имеют возможность лишь принимать сообщения, активирующие запрограммированный код, в котором может быть заложено практически любое задание — проведение сложных математических вычислений, внесение информации в базу данных, создание новых токенов, перевод существующих активов, отправка команд другим смарт-контрактам и т.д.

Любая учетная запись Ethereum всегда содержит четыре стандартных элемента:

  • nonce — если речь идет о внешних счетах, этот параметр отображает число осуществленных переводов; для контрактных аккаунтов — количество созданных ими новых контрактов;
  • balance — показывает, сколько наименьших дробных частиц ETH (wei) удерживается на счету;
  • storageRoot —  закодированное дерево Меркла (хеш содержимого аккаунта);
  • codeHash — у внешних записей это поле пустое, а у контрактных содержит хеш кода виртуальной машины, отвечающей за обработку транзакций.

Смарт-контракты в сети Ethereum

Смарт-контракты в сети Эфириум
Смарт-контракты в сети Эфириум

Отдельным функциональным направлением блокчейна Ethereum являются смарт-контракты, представляющие собой компьютерные алгоритмы, которые обеспечивают выполнение запрограммированных действий внутри системы в случае соблюдения определенных математических условий. Например, инвестор, участвующий в ICO, перечисляет средства на адрес смарт-контракта проекта, активирует таким образом записанную в нем программу выдачи токенов и получает их на свой счет.

В данный момент основная сфера применения смарт-контрактов Эфириума — описанный в примере сбор средств во время первичных предложений монет, а также обеспечение работы тысяч dApps-приложений.

Транзакции, посредством которых создаются умные контракты, отличаются от операций по переводу активов не только целевым назначением, но и содержимым. У них имеется параметр «init» с кодом, который с помощью математической формулы объявляет адрес нового смарт-контракта и запускает процесс его создания.

Просмотр всех существующих блоков и аккаунтов, а также содержимого смарт-контрактов и транзакций доступен любому желающему. Для этой цели используются веб-сайты обозревателей блоков (эксплореры), самым популярным из которых является Etherscan.

Технические особенности экосистемы Эфириума

Хранящиеся в блокчейне Ethereum данные организованы в виде ассоциативной иерархической структуры, которая носит название префиксного дерева Меркла (Merkle trie). По факту это двоичный файл, содержащий информацию от нескольких типов узлов (нод):

  • Листовые (конечные) — содержат базовые данные и располагаются внизу древовидной системы;
  • Промежуточные — каждый из них содержит хеш пары дочерних узлов;
  • Корневой — узел, представляющий собой вершину дерева; формируется из хешей двух ближайших к нему по иерархии промежуточных узлов.
Схема иерархической структуры блокчейна Ethereum (дерево Меркла)
Схема иерархической структуры блокчейна Ethereum (дерево Меркла)

Каждому элементу в этой системе соответствует ключ, указывающий путь к конечному узлу, в котором содержится искомое значение.

Такая организационная структура используется для хранения в заголовках блоков Ethereum истории транзакций, состояния префиксного дерева и страниц оплаты. Кроме того, использование дерева Меркла  позволяет уберечь сеть от внедрения неоригинальных (поддельных) транзакций злоумышленниками.

Упомянутые узлы (ноды) представляют собой копии ПО, установленного на компьютерном оборудовании с подходящим видом вычислительных мощностей. Они бывают:

  1. Полными — с загрузкой на жесткий диск всего блокчейна Эфириума. Позволяют использовать все возможности сети.
  2. Легкими — на диск загружаются только заголовки блоков, в которых хранится достаточно информации для создания запросов и получения ответов, касающихся балансов аккаунтов, истории переводов активов, различных событий в сети и т.д. При этом нет возможности проводить транзакции.

Как правило, полные ноды контролируются майнерами, большинство которых объединяет свои мощности в рамках пулов для повышения вероятности нахождения новых блоков.

Возможности блокчейна эфира

Эфириум является одним из самых популярных блокчейн-проектов, благодаря своей гибкости и мультифункциональности. Он может выполнять те же функции, что и биткоин, Litecoin и другие криптовалюты, т.е. быть инструментом для пересылки средств пользователей, а также инвестиционным и сберегательным активом.

Но куда важнее то, что на базе Эфириума можно создавать другие децентрализованные блокчейн-проекты совершенно разнообразной тематической направленности. Эта возможность доступна благодаря поддержке виртуальной машиной Ethereum широкого спектра языков программирования для компилирования загружаемых в блокчейн смарт-контрактов.

Именно этот функционал сделал Эфириум самой популярной платформой для выпуска токенов (ERC-20) и проведения первичных предложений монет. По сути, его появление и стало причиной ICO-бума 2016-18 гг.

По сути как платформа для создания dApps и работы со смарт-контрактами Ethereum может применяться в очень широком спектре отраслей (международные сети поставок, голосование, финансы, страховая сфера, компьютерные игры, аренда недвижимости и т.д.).

Преимущества и недостатки сети Ethereum

Преимущества Ethereum
Преимущества Ethereum

Кроме уже названной универсальности (одновременно криптовалютная сеть и платформа для создания dApps), можно выделить следующие плюсы блокчейна Ethereum:

  • Относительная быстрота обработки сетью транзакций;
  • Поддержка смарт-контрактов;
  • Регулярные технологические обновления;
  • Доступность (создавать децентрализованные приложения на базе Эфириума может кто-угодно);
  • Публичность и открытость команды проекта.

В качестве основных минусов блокчейна Эфириума можно упомянуть:

  • Проблемы с масштабируемостью;
  • Несвоевременная активация «бомбы сложности»;
  • Бесконечная эмиссия монет;
  • Наличие у команды проекта централизованных рычагов управления сетью;
  • Постоянное откладывание разработчиками реализации анонсированных обновлений.

Кроме того, преимущество в виде работы множества dApps на блокчейне Ethereum одновременно является и его недостатком из-за риска перегруженности сети транзакциями этих приложений. Самый яркий пример — всем известная игра CryptoKitties, которая поначалу была настолько популярной, что в течение нескольких недель сеть эфира была ужасно заторможенной, а комиссии выросли с 20 центов до $4.

Разница между блокчейнами эфира и биткоина

Блокчейн Эфириум против Биткоина
Блокчейн Эфириум против Биткоина

Изначально создатели Ethereum называли свою разработку улучшенным биткоином (Bitcoin 2.0). Однако оказалось, что, по сути, единственной общей характеристикой обоих блокчейнов является возможность их использования в качестве платежных каналов. Еще можно упомянуть об одинаковом подходе к добыче новых монет (Proof-of-Work), но эта схожесть уже скоро должна исчезнуть (после перехода Эфириума на PoS).

В остальном же между этими блокчейнами имеется множество технологических и концептуальных отличий. Например, в сети биткоина смарт-контракты выполняют только функцию подтверждения платежей, а умные контракты Эфириума обладают качеством универсальности, что позволяет искать им применение в различных сферах, заинтересованных во внедрении современных децентрализованных технологий.

Еще одним важным различием является максимальное количество монет: у биткоина оно не может превысить 21 млн, а у Эфира эмиссия бесконечная и, как следствие, более высокие инфляционные риски.

Также не стоит забывать о скорости работы блокчейнов: если генерация нового блока в сети Bitcoin составляет в среднем около 10 минут, то у Ethereum этот показатель сейчас составляет всего 13–14 секунд.

Перспективы блокчейна Ethereum

Планы Ethereum 2.0
Планы Ethereum 2.0

В свое время запуск Эфириума заметно оживил отрасль, показав гибкость и универсальность блокчейн-технологий. За прошедшее время множество пользователей убедилось в том, что для создания dApps-приложений и использования смарт-контрактов Ethereum не нужно обладать чрезвычайно глубокой технической подготовкой.

Конечно же, за прошедшие годы существования этой сети периодически всплывали и разочаровывающие моменты, из-за которых многие переходили на более быстрые и надежные блокчейны, называемые «убийцами эфира» (например, NEO, EOS, Binance Chain). Но когда наконец будут решены проблемы с масштабируемостью, в частности путем внедрения технологии шардинга, у Ethereum появится реальный шанс выйти на один уровень с мировыми платежными системами (а то и обогнать их!), стать глобальной платформой для децентрализованных приложений и укрепить свои позиции в качестве криптовалюты №2, а также самого популярного решения для проведения ICO.

Более подробно о планах команды Ethereum мы рассказали в этом видео:

Планы команды Ethereum

Кроме того, разработчикам таких проектов как EOS придется побеспокоиться об удержании своих пользователей, поскольку после имплементации всех ожидаемых обновлений Эфириум станет таким же быстрым и устойчивым к нагрузкам, предлагая при этом гораздо больший уровень децентрализации.

Читайте также:

Как создать кошелек Ethereum: обзор доступных вариантов и инструкция

Стоимость Ethereum: как развивалась цена второй криптовалюты

Новости по теме

Ethereum

87% ETH-инвесторов находятся в убытке

Аналитики IntoTheBlock подсчитали, что 87% инвесторов в эфириум на данный момент находятся в убытке. Такие выводы они сделали на основании анализа ETH-кошельков и времени когда на них поступили монеты.
9 дней назад