Состав и принципы работы Ethereum Blockchain

Под термином Ethereum blockchain подразумевается цепочка блоков, состоящая из множества элементов, работающих по конкретным правилам и содержащих определенные сведения о переводах и других узлах. Безопасность цепочки транзакций обеспечивается наличием копий блокчейн на ПК сотен тысяч пользователей в разных странах мира, не зависящих друг от друга. Особенность сети Эфириум — особое построение, а создание блокчейна Ethereum возможно своими руками.

Определение

Блокчейн Ethereum — набор соединенных между собой узлов, защищенный на криптографическом уровне механизм. В состав входят данные о переводах в сети и другие сведения, обеспечивающие безопасность и защиту от постороннего вмешательства. Если говорить простыми словами, блокчейн Эфира имеет три особенности:

1. Криптографически защищен. Свидетельствует о применении сложного алгоритма, построенного на математическом принципе. Построение сводит к минимуму вероятность взлома. Это брандмауэр, защищающий систему от подделки, атак и иных действий злоумышленников. Все транзакции должны быть действительными и проверенными на валидность каждым из участников сети.
2. Блокчейн Ethereum — одноэлементный механизм, обеспечивающий фиксацию операций в сети. Свидетельствует о существовании единого алгоритма, отвечающего за переводы в цепочке Эфира. В криптосети действует стандартный набор правил, необходимых для проведения операций и принимаемых участниками сети.
3. Цепочка блокчейн Эфириум отличается совместно применяемым состоянием. Работа алгоритма открыта в любой момент для каждого из пользователей и применяется участниками (при наличии необходимости).

Простыми словами блокчейн Ethereum — технология, работающая на базе осуществляемых операций. Система принимает определенные параметры, применяет их в качестве основы, а после переходит на новый этап развития. Стартовая точка отсчета — генезис, первоначальная позиция цепочки, предшествующая всем транзакциям в цепи. С момента проведения первой операции происходит изменение состояния в нечто иное, характерное для текущего временного промежутка.

В состав блокчейна Ethereum входит огромное число операций, исчисляемое миллионами переводов, которые формируются в элементы цепи (блоки), содержащие группы операций. Каждый очередной элемент находится во взаимосвязи с предыдущим, что обеспечивает создание полноценной цепочки.

Для перевода цепочки в новое положение проверятся состояние транзакций, их валидность. В процессе признания корректности операция проходит через майнинг. Суть заключается в применении вычислительных мощностей множества ПК пользователей для формирования новых блоков (элементов) цепочки блокчейн Ethereum.

Каждый майнер (вычислительный узел) имеет право на создание нового элемента цепи, подтверждение транзакции и премии (на 10 ноября 2018 года составляет 3 Эфира). В проверке правильности операций участвуют десятки тысяч майнеров по всему миру. Каждый с помощью вычислительных мощностей ищет доказательство валидности перевода. При успешном поиске блок добавляется к общей цепочке и считается корректным. Процесс подтверждения элементов блокчейна Ethereum происходит с применением механизма консенсуса под названием PoW (Proof-of-Work).

Для цепочки блоков Эфира характерно единое состояние, принимаемое пользователями сети. Отсутствие консенсуса приводит к разрушению системы и невозможности определения единственно верного состояния. При разветвлении в каждой цепи находилось бы разное число монет, а определение валидности стало невозможным.

Появление нескольких ответвлений приводит к появлению форка — так называемой «вилки», возникающей при отсутствии консенсуса участников в отношении принципов работы системы. Пример ответвления (хардфорка) блокчейн — Ethereum Classic. Разработчики делают все возможное во избежание разделений для защиты криптовалютной сети.

В состав системы Ethereum входит ряд компонентов: аккаунты, определенное состояние, операции, газ и размер комиссии. Сюда включаются блоки, выполнение переводов, добыча криптовалюты и механизм PoW.

Адреса Ethereum и их взаимодействие в криптосети

Блокчейн Эфириум включает несколько видов счетов, взаимодействующих между собой посредством обмена информацией (передается в виде сообщений). Для каждого счета характерен определенный адрес и актуальное состояние. Адрес в Ethereum — идентификатор (160 бит). Используется для проверки корректности разных аккаунтов. Бывают двух видов:

1. Внешние. Их управление осуществляется с помощью private key и характерной программы.
2. Внутренние (для smart-контрактов). Контролируются с помощью ассоциированного кода.

Адреса владельцев счетов и счета смарт-контрактов имеют индивидуальные особенности. Первые способны отправлять сообщения аналогичным элементам сети блокчейн или счетам смарт-контрактов. С применением приватного ключа происходит создание и подпись транзакции. Передача сведений между учетными записями разных аккаунтов представляет собой стандартную передачу денег. Если данные направляются на внутренний счет, их задача заключается в запуске работы программы контракта с последующим исполнением определенных действий. Это может быть отправка монет, проведение расчетов, формирование новых контрактов и так далее.

Отличие внутренних счетов заключается в выполнении операции по факту отправки сообщения от внешнего аккаунта. Действовать самостоятельно не способны: все манипуляции в цепочке блокчейн Ethereum активируются путем отправки сообщений со счетов пользователей (держателей криптовалюты).

Состав счета в системе Ethereum

Счет криптосети Эфириум включает несколько параметров:

1. StorageRoot — хеш главного узла дерева Меркла (распространяется в блокчейне для кодирования хеша хранилища конкретного счета). Если не ставить параметр вручную, по умолчанию ничего не указано.
2. Nonce — показатель, представляющий собой число операций, совершенных с определенного адреса аккаунта (для внешнего пользователя). В случае с внутренним счетом указанный параметр отражает число смарт-контрактов, сформированных с помощью конкретного счета.
3. CodeHash — хеш виртуальной машины Ethereum для определенного аккаунта. Для внутренних счетов представляет собой код, хеширующийся и сохраненный в качестве «кодХеш». Для смарт-контрактов показатель не указывается (оставляется незаполненная строчка).
4. Balance — количество горючего, необходимого для конкретного адреса (измеряется в Wei).

Состав счетов (внешнего владельца и контракта) идентичен, а отличается только содержание.

Экосистема Ethereum и место хранения блокчейна

Состояние криптовалютной сети формируется из совмещения адресов и аккаунтов. Информация блокчейн содержится во внутренней структуре, именуемой древом Меркла, представляющим собой двоичное древо, состоящее из ряда узлов:

1. «Листья». Находятся в нижней части древа блокчейн. Внутри базовые сведения.
2. Промежуточные узлы. Элементы, играющие роль хешей для подчиненных ответвлений.
3. Корневой узел. Находится на пике древа. Из него выходят подчиненные узлы.

Данные из «листьев», находящихся в нижней части древа, создаются по следующему алгоритму:

1. Сведения для хранения разделяются на блоки.
2. Новые элементы блокчейн разбиваются на сегменты.
3. Для каждого нового элемента берется хеш.
4. Происходит повторение цикла до момента, пока единственным не остается «корень».

Для «работы» древа Меркла требуется ключ, применяемый для каждого содержащегося внутри параметра. От корневого элемента ключ направляет к очередному узлу для получения в будущем необходимого параметра (того, что содержится в конечных элементах).

В ситуации с блокчейном Ethereum ключ для древа находится между адресами и характерными для них аккаунтами. Аналогичная древовидная структура применяется для хранения операций и чеков. Так, в каждом узле блокчейна Ethereum имеется заголовок, в состав которого включается хеш главных узлов (корневых элементов) для трех древовидных структур — состояний, чеков и операций.

Применение древа Меркла обеспечивает удобство хранения указанных сведений. Здесь важно учесть особенность блокчейна Ethereum, включающего в себя ноды (бывают легкими и полными). Особенность полных нод заключается в синхронизации с блокчейн и загрузкой истории транзакции за весь период существования сети. Владельцами полных нод являются майнеры, на ПК которых находятся сведения обо всей цепочке.

Легкие узлы примеряются для пользователей кошельков, не нуждающихся в хранении сведений обо всех операциях в криптосети.

Особенность таких элементов заключается в загрузке заголовков блоков, без скачивания подробных сведений об операциях или состояниях. Применения легких нодов достаточно для генерации новых элементов блокчейна Ethereum, а также получения ответов о сделках и событиях в сети.

Безопасность сети обеспечивается, благодаря древу Меркла. Попытка изменить информации о транзакции в любом из ответвлений приводит к необходимости правок в расположенном выше элементе. Такой процесс происходит до момента, пока в конечном итоге не меняется корень (основание) цепи.

При проверке значения, хранящегося в блоке блокчейна, применяется доказательство Меркла. В его состав входят элементы сведений для контроля, корневой хеш древа, а также ветки, идущие сверху вниз. После изучения доказательства участники сети убеждаются в корректности ветви на всей протяженности — начиная с верхушки и заканчивая нижними ответвлениями.

В роли некого идентификатора применяется хеш главного узла (корня). Благодаря наличию в заголовке элемента блокчейн Ethereum корневого хеша древа состояний, операций и чеков, любая из нод способна контролировать валидность и состояние системы Эфира.

Создание своего блокчейн на Ethereum — шаг за шагом

Создание и разработка блокчейн на Ethereum включает в себя несколько этапов, начиная с формирования приватного blockchain, заканчивая формированием smart-контракта. Рассмотрим каждый из этапов подробнее:

• Установка Geth. Протокол можно скачать в качестве отдельной программы, работающей на различных операционных системах, или в роли библиотеки для внедрения в системы Андроид, Go или iOS. На этом этапе устанавливается homebrew, а после вводятся специальные команды. Подробная инструкция приведена по ссылке — ethereum.github.io/go-ethereum/install/, а скачивание установщика для Windows доступно здесь — ethereum.github.io/go-ethereum/downloads/.
• Создание майнер-аккаунта. Такой шаг позволяет создать два ключа (секретный и общедоступный) с защитным паролем. Место для хранения ключей — <datadir>/keystor. Папка со своим блокчейном располагается в месте, которое зависит от операционной системы. К примеру, в случае с Windows местонахождение папка %APPDATA%\Ethereum. Место для хранения можно изменить.
• Создание генезис-блока. Для блокчейна Эфира первый блок создан еще 20 июля 2015 года. Теперь нужно создать генезис для нового blockchain. Его активация осуществляется с применением специальной команды, где указывается директория для базы данных, а также точка для начальной загрузки и создания первого блока. Генезис сохраняется под названием genesis.json.

• Майнинг. После выполнения рассмотренных шагов можно приступать к добыче новых элементов блокчейн Ethereum. Здесь применяется параметр networkid. Участники сети, подключаемые к майнингу, должны использовать тот же идентификатор.
• Подключение консоли Geth. Здесь в распоряжении создателя блокчейн имеется два варианта — запустить «консоль» отдельно или начать добычу как «консоль». Подключение осуществляется через узел добычи по IPC.
• Просмотр аккаунтов и баланса. Далее можно внести специальную команду для получения сведений о подключенных пользователей, а после посмотреть баланс. Для этого применяются специальные команды.

• Подключение МетаМаск. Это приложение необходимо для получения сведений из блокчейна, создания и управления идентификаторами.
• Передача Эфира. После создания приватного и публичного ключа Ethereum, требуется разблокировка ключа. Далее определяется три переменные (стороны-отправителя, получателя и числа передаваемых монет). Теперь с помощью специальной команды осуществляется отправка денег.
• Изучение баланса — прямо в плагине или через geth (необходима специальная команда).

• Подключение редактора Remix к закрытой сети.
• Формирование, внедрение и вызов smart-контракта.

На завершающем этапе можно проверить процесс формирования блоков с применением Ethereum Block Explorer. Для получения доступа к личному блокчейну требуется запуск программы с помощью команды localhost:8000.

Интерес к криптовалюте ETH и блокчейну легко объяснить. Эксперты прогнозируют будущий рост курса Эфириума к доллару, что свидетельствует о перспективах криптовалюты. Повышается интерес к смарт-контрактам, активно применяемыми государственными и частными организациями. На 11 ноября стоимость 1 Эфириума составляет 210 долларов, но уже к концу года этот показатель может достигнуть 300 долларов и выше. Знание блокчейна Ethereum и принципов его построения позволяет почерпнуть максимум из системы, заработать на майнинге и даже создать собственный blockchain.