Банально, но начать нужно сначала: что такое Blockchain?
Blockchain — это форма технологии распределенных реестров (DLT), которая использует криптографию и информатику для создания постоянно растущей записи транзакций. Согласно Coinmarketrate.com, существует два наиболее распространенных типа блокчейна — это публичные и частные цепи. Частные цепи — это закрытые сети с авторизованным доступом. И наоборот, публичные блокчейны, такие, как Bitcoin и Ethereum, представляют собой децентрализованные сети без единой точки отказа.
Чаще всего публичные блокчейны используются для децентрализованного хранения записей о криптовалютных транзакциях. Соответственно, публичные блокчейны требуют наличия сети узлов для подтверждения транзакций и передачи информации о состоянии блокчейна другим участникам сети. Публичные блокчейны неизменяемы и прозрачны. Любой желающий может просмотреть транзакции в публичной блокчейн-цепочке с помощью блокчейн-проводника. Кроме того, транзакции необратимы.
Причина этого заключается в том, что все транзакции в публичных блокчейнах взаимосвязаны. Для манипулирования транзакцией в большом публичном блокчейне требуется огромное количество вычислительной энергии. Кроме того, чем больше блокчейн, тем больше ресурсов требуется для атаки на сеть.
Что такое узлы блокчейна?
В вычислительных и телекоммуникационных сетях узел — это конечная точка связи или точка подключения перераспределения. Как правило, узлы используют физическое устройство для подключения к сети. Однако «виртуальные» узлы позволяют участникам сети подключаться без физического устройства. Хотя узлы существуют во многих типах коммуникационных сетей, одно из наиболее распространенных применений узлов — это сети блокчейн.
Узлы блокчейна позволяют таким криптовалютам, как Bitcoin, работать в качестве децентрализованной, одноранговой системы платежей без единой точки отказа или центрального органа. Блокчейн использует сеть узлов для трансляции активности на цепочке. Однако существует несколько типов узлов, которые могут работать в одной и той же сети блокчейн. Каждый тип узла играет свою роль и имеет несколько обязанностей. Кроме того, функции, которые выполняет каждый тип узла, могут варьироваться в зависимости от специфических функций конкретной сети блокчейн.
Блокчейн — это тип технологии распределенных бухгалтерских реестров (DLT), которая служит децентрализованной книгой учета транзакций. Эта “бухгалтерская книга” (реестр) воспроизводится на множестве устройств по всей сети, что означает, что у каждого есть хронологическая и полная копия одного и того же списка транзакций. Устройства в этой сети являются узлами.
Более того, узлы действуют как серверы и поддерживают прозрачную, неизменяемую запись событий в блокчейне, которая транслируется по всей сети блокчейна. Используя эту распределенную бухгалтерскую книгу, узлы могут прийти к консенсусу относительно достоверности транзакций. Ниже мы рассмотрим некоторые из наиболее известных типов узлов блокчейна и то, как они функционируют.
Различные типы узлов Bitcoin
Чтобы получить четкое представление о том, как функционируют узлы, имеет смысл обратиться к основополагающей технологии самой большой компьютерной сети в мире — блокчейну Bitcoin. Различные операторы узлов Bitcoin выполняют разные задачи в сети. Более того, многие другие блокчейны используют формат, схожий со структурой узлов Биткойна.
- Полные
Полный узел Биткойна или «архивный» узел — это узел, на котором размещен весь блокчейн, и в базе данных которого хранятся все транзакции. Кроме того, полные узлы проверяют блоки и поддерживают консенсус во всей сети. Кроме того, некоторые полные узлы могут добавлять блоки транзакций в блокчейн. Кроме того, полные узлы обслуживают легкие узлы, позволяя им транслировать транзакции в сеть без загрузки всего блокчейна.
- Обрезанные
Обрезанные узлы резервируют дисковое пространство путем удаления или «обрезки» блоков, начиная с самых старых. После загрузки полного блокчейна узлы с обрезкой удаляют старые транзакции, пока не останутся только самые последние.
- Lightweight/SPV
Легкие узлы загружают только «заголовок блока», который представляет собой метаданные о самом блоке. Эти узлы требуют минимального пространства для хранения данных и зависят от предоставления данных от полных узлов для упрощенной проверки платежей (SPV).
- Мастерноды
Мастерноды проверяют и записывают транзакции в блокчейн. В отличие от полных узлов, они не могут добавлять блоки в блокчейн. Однако мастерноды могут получать сетевые вознаграждения. Кроме того, мастерноды играют важную роль в некоторых механизмах управления цепочкой.
- Узлы майнинга
Узлы майнинга отвечают за генерацию новых криптовалют и выполнение работы, необходимой для создания новых блоков. Эти узлы могут быть как полными, так и легкими узлами и часто требуют значительного количества энергии для «добычи» транзакций. В зависимости от типа механизма консенсуса, который использует сеть блокчейн, майнинговые узлы должны доказать, что они выполнили определенные задачи.
Узел Bitcoin подтверждает достоверность цепочки Bitcoin.
- Узлы стейкинга
Как и узлы майнинга, узлы стейкинга подтверждают транзакции в сети блокчейн для поддержания механизма консенсуса. Популярный механизм консенсуса proof-of-stake (PoS) позволяет валидаторам получать вознаграждение за подтверждение транзакций без больших вычислительных затрат со стороны майнинговых узлов.
- Узлы Lightning
Lightning Network — это серия блокчейн-узлов, расположенных поверх блокчейна Биткойна. Цель Lightning Network — снизить перегруженность блокчейна Биткоина и обеспечить более быстрые транзакции с меньшими комиссиями. Узлы Lightning берут данные о транзакциях из основной цепи Биткойна и проверяют их, прежде чем вернуть в основную цепь. Соответственно, узлы Lightning снимают часть нагрузки, которую несут узлы Bitcoin.
Блокчейн и алгоритмы консенсуса
Механизм консенсуса — это компьютерный протокол или алгоритм, который позволяет узлам согласовывать значения данных и состояние сети. Это ряд методик, которые способствуют доверию и децентрализации в компьютерной сети. Различные типы узлов работают с использованием разных механизмов консенсуса. Однако наиболее распространены два: доказательство выполнения работы (PoW) и доказательство доли (PoS).
- Proof-of-Work (PoW)
Proof-of-work (PoW) был первой реализацией механизма консенсуса в блокчейне. Майнинговые узлы Биткойна используют алгоритм консенсуса PoW. Кроме того, PoW требует от майнингового узла затрат вычислительной мощности и участия в решении сложной математической формулы. Майнер, решивший головоломку первым, получает право добавить новый блок транзакций в блокчейн и вознаграждение за это.
- Proof-of-Stake (PoS)
Механизм консенсуса «доказательство доли» (PoS) требует от валидаторов блокировки средств для обеспечения безопасности сети. Валидаторы выбираются в зависимости от размера их фондов, а не от их способности решать сложные математические задачи. Соответственно, PoS требует гораздо меньше вычислительной мощности и является энергоэффективной альтернативой PoW.
Однако узлы PoS не получают вознаграждения за блокчейн. Вместо этого они получают вознаграждение за транзакции и вознаграждение за ставки за свой вклад в работу сети. Более того, в различных новых сетях блокчейн присутствует множество новых вариаций модели PoS.
Обязанности
Различные блокчейны предъявляют разные требования к каждому типу узлов сети. При этом некоторые ключевые обязанности являются общими для разных сетей. Одной из ключевых функций узла блокчейна является принятие и отклонение транзакций в соответствии с их действительностью. Также узлы хранят блоки транзакций, которые криптографически связаны между собой. Кроме того, узлы служат точкой связи, через которую любой человек в сети может запрашивать блокчейн, включая другие узлы. Кроме того, узлы предоставляют другим доступ к данным в блокчейне.
Bitcoin
Полные узлы обеспечивают безопасность сети Bitcoin, проверяют переходы и передают их в блокчейн. Чтобы запустить полный узел Bitcoin, вам потребуется достаточная пропускная способность и вычислительные ресурсы для совместного использования с сетью. Для начала загрузите программное обеспечение для Bitcoin Core с официального сайта.
Исторически сложилось так, что полным узлам Биткойна требовалось загружать весь блокчейн. Однако, благодаря обрезке, полные узлы могут работать без существенных требований к хранению данных. Соответственно, полным узлам нужно выделить всего семь 7 ГБ дискового пространства, вместо 350 ГБ.
Для запуска программного обеспечения Bitcoin Core вам понадобится компьютер с последней версией Windows, Mac OS X или Linux. Также вам понадобится 200 ГБ свободного дискового пространства и 2 ГБ оперативной памяти. Кроме того, вам понадобится высокоскоростное интернет-соединение, способное загружать данные со скоростью 50 кБ/с или более, и высокие лимиты на загрузку.
Кроме того, для полноценной работы узла Биткойна необходимо не менее шести часов бесперебойной работы в день. В идеале вы должны иметь возможность запускать свой полный узел Bitcoin круглосуточно.
Ethereum
Существует три типа узлов Ethereum: легкий, полный и архивный. Каждый тип узла Ethereum работает аналогично узлам Bitcoin. Однако узлы Bitcoin, как правило, требуют больше вычислительной мощности. Кроме того, Ethereum переходит к модели консенсуса PoS. Поэтому требования к узлам Ethereum со временем будут меняться.
В чем их важность?
Одним из самых больших преимуществ технологии блокчейн является то, как она обеспечивает целостность данных. Тиражирование одной и той же книги транзакций на нескольких компьютерах по всему миру и переплетение транзакций обеспечивает безопасность, децентрализацию и прозрачность нового поколения.
Узлы очень важны для этой распределенной сети вычислительных систем, поскольку они передают состояние блокчейна по всей сети. Если он передает неверные данные, сеть может быстро идентифицировать его, чтобы минимизировать угрозу, которую он представляет.
Именно благодаря им транзакции в блокчейне являются неизменными и в значительной степени неоспоримыми. Без них блокчейн был бы просто сложной, ненадежной базой данных. Кроме того, они позволяют сети блокчейн работать без центрального органа власти или посредников. Можно уничтожить целый регион или страну, но, если останется хоть один узел, сеть блокчейн сохранится. Они позволяют всем участникам сети просматривать данные в сети через проводник блоков. Без них данные транзакций в публичных блокчейнах не были бы доступны для просмотра всей сети.
Заключение
Узлы являются жизненно важным элементом сетей блокчейн. Они помогают обеспечить бесперебойную работу всей сети и соблюдение правил. Если узел ведет себя злонамеренно или нечестно, распространяя ложную информацию, остальные участники сети могут быстро распознать этот узел и исключить его из сети.
Кроме того, узлы предотвращают атаки и «двойные траты» (когда транзакция дублируется в попытке обмануть сеть). Узлы создают децентрализацию и позволяют блокчейн-сетям управляться сообществом сторон, не имеющих доверия, без единой точки отказа. Узлы создают экономические стимулы для обеспечения надежности и точности данных посредством вознаграждения за майнинг и стейкинг. Хотя это может быть выгодно, первоначальные затраты на оборудование могут быть дорогими.
Плюс ко всему, стоимость энергии в разных регионах сильно различается, поэтому это может стать существенным фактором для тех, кто хочет запустить узел. Кроме того, для запуска узла требуется глубокое техническое понимание компьютерного программирования и технологии блокчейн.
