Сеть Биткойн - Bitcoin network
Сеть Bitcoin является равный-равному платежной сети , которая работает на криптографического протокола . Пользователи отправляют и получают биткойны , единицы валюты, транслируя сообщения с цифровой подписью в сеть, используя программное обеспечение кошелька для криптовалюты биткойнов . Транзакции записываются в распределенную реплицированную общедоступную базу данных, известную как блокчейн , при этом консенсус достигается с помощью системы доказательства работы , называемой майнингом . Сатоши Накамото , разработчик биткойнов, заявил, что разработка и кодирование биткойнов началось в 2007 году. Проект был выпущен в 2009 году как программное обеспечение с открытым исходным кодом .
Сеть требует минимальной структуры для обмена транзакциями. Достаточно специальной децентрализованной сети добровольцев. Сообщения передаются по принципу « максимальных усилий» , и узлы могут покидать сеть и снова присоединяться к ней по своему желанию. После повторного подключения узел загружает и проверяет новые блоки с других узлов, чтобы завершить свою локальную копию цепочки блоков.
Сделки
Биткойн определяется последовательностью транзакций с цифровой подписью, которые начались с создания биткойна в качестве вознаграждения за блок. Владелец биткойна передает его, подписывая цифровую подпись следующему владельцу, используя транзакцию биткойна, что очень похоже на традиционный банковский чек . Получатель может проверить каждую предыдущую транзакцию, чтобы проверить цепочку владения. В отличие от традиционных подтверждений чеков, транзакции с биткойнами необратимы, что исключает риск мошенничества с возвратом платежей .
Хотя можно обрабатывать биткойны индивидуально, было бы громоздко требовать отдельной транзакции для каждого биткойна в транзакции. Таким образом, транзакции могут содержать несколько входов и выходов, что позволяет разделять и комбинировать биткойны. Обычные транзакции будут иметь либо один вход из более крупной предыдущей транзакции, либо несколько входов, объединяющих меньшие суммы, и один или два выхода: один для платежа и один, возвращающий сдачу, если таковая имеется, отправителю. Любая разница между общей суммой ввода и вывода транзакции идет майнерам в качестве комиссии за транзакцию.
Добыча полезных ископаемых
Чтобы сформировать распределенный сервер временных меток как одноранговую сеть, биткойн использует систему доказательства работы . Эту работу часто называют майнингом биткойнов .
Ключевым нововведением Сатоши Накамото было требование доказательства работы для принятия нового блока в блокчейн . Процесс майнинга включает в себя идентификацию блока, который при двойном хешировании с помощью SHA-256 дает число меньше заданного целевого уровня сложности. Хотя средняя требуемая работа увеличивается обратно пропорционально целевой сложности, хэш всегда можно проверить, выполнив один раунд двойного SHA-256.
Для сети временных меток биткойнов действительное доказательство работы находится путем увеличения одноразового номера до тех пор, пока не будет найдено значение, которое дает хешу блока необходимое количество начальных нулевых битов. После того, как хеширование дало допустимый результат, блок нельзя изменить без повторения работы. Поскольку последующие блоки связаны после него, работа по изменению блока будет включать повторение работы для каждого последующего блока. Если есть отклонение в консенсусе, может произойти форк блокчейна .
Консенсус большинства в биткойнах представлен самой длинной цепочкой, для создания которой потребовалось наибольшее количество усилий. Если большая часть вычислительной мощности контролируется честными узлами, честная цепочка будет расти быстрее всех и опережать любые конкурирующие цепочки. Чтобы изменить предыдущий блок, злоумышленник должен будет повторить доказательство работы этого блока и всех блоков после него, а затем превзойти работу честных узлов. Вероятность того, что более медленный злоумышленник догонит, экспоненциально уменьшается по мере добавления последующих блоков.
Чтобы компенсировать увеличение скорости оборудования и изменение интереса к запуску узлов с течением времени, сложность поиска действительного хеша корректируется примерно каждые две недели. Если блоки генерируются слишком быстро, сложность возрастает, и для создания блока и генерации новых биткойнов требуется больше хешей.
Сложность и пулы для майнинга
_%E2%80%93_Mining_pool_distributions_of_Bitcoin_blockchain.webp)
Майнинг биткойнов - это соревнование. « Гонка вооружений » наблюдалась с помощью различных технологий хеширования, которые использовались для майнинга биткойнов: базовых центральных процессоров (ЦП), высокопроизводительных графических процессоров (ГП), программируемых вентильных матриц (ПЛИС) и приложений. Были использованы все специфические интегральные схемы (ASIC), каждая из которых снижает прибыльность менее специализированной технологии. Специализированные для биткойнов ASIC теперь являются основным методом добычи биткойнов и в 300 раз превзошли скорость графического процессора. Сложность процесса майнинга связана с самонастройкой в соответствии с накопленной мощностью майнинга в сети. Поскольку добывать биткойны становится все труднее, компании-производители компьютерного оборудования отмечают рост продаж высококачественных продуктов ASIC.
Вычислительные мощности часто объединяются или «объединяются», чтобы уменьшить разницу в доходах майнеров. Отдельным майнинговым установкам часто приходится ждать в течение длительного времени, чтобы подтвердить блок транзакций и получить платеж. В пуле все участвующие майнеры получают деньги каждый раз, когда участвующий сервер решает блок. Этот платеж зависит от объема работы, которую майнер вложил в поиск этого блока.
Источники энергии и потребление
В 2013 году Марк Гимейн оценил потребление электроэнергии примерно в 40,9 мегаватт (982 мегаватт-часа в день). В 2014 году Хасс МакКук оценил 80,7 мегаватт (80 666 кВт). По оценкам журнала The Economist, по состоянию на 2015 год, даже если бы все майнеры использовали современные объекты, общее потребление электроэнергии составило бы 166,7 мегаватт (1,46 тераватт-часов в год). Кембриджский индекс потребления электроэнергии в биткойнах оценивает, что потребление энергии сетью биткойнов выросло с 1,95 тераватт-часов в год в конце 2014 года до 77,1 тераватт-часов в год к концу 2019 года.
В поисках более низких затрат на электроэнергию некоторые майнеры биткойнов обосновались в таких местах, как Исландия, где геотермальная энергия дешевая, а охлаждение арктического воздуха бесплатное. Известно, что китайские майнеры биткойнов используют гидроэлектроэнергию в Тибете для снижения затрат на электроэнергию. Североамериканские компании используют застывший газ в качестве экономичного источника энергии для добычи биткойнов. В Западном Техасе добыча биткойнов осуществляется ветром. По состоянию на апрель 2021 года не менее одной трети добычи биткойнов производилось на угле в китайском регионе Синьцзян .
Исследование 2021 года показало, что выбросы углерода от добычи биткойнов в Китае, где вычисляется большая часть алгоритма доказательства работы, который генерирует текущую экономическую ценность , быстро ускорились, в значительной степени подпитываются невозобновляемыми источниками и вскоре превысят общие годовые выбросы такие страны, как Италия и Испания, в 2016 году, нарушив международные обязательства по смягчению последствий изменения климата .
Процесс
Грубый обзор процесса майнинга биткойнов включает в себя:
- Новые транзакции транслируются на все узлы.
- Каждый узел майнера собирает новые транзакции в блок.
- Каждый узел майнера работает над поиском кода подтверждения работы для своего блока.
- Когда узел находит доказательство работы, он рассылает блок всем узлам.
- Принимающие узлы проверяют транзакции, которые они хранят, и принимают только в том случае, если все они действительны.
- Узлы выражают свое согласие, переходя к работе над следующим блоком, включая хэш принятого блока.
Добытые биткойны
По соглашению первая транзакция в блоке - это специальная транзакция, которая производит новые биткойны, принадлежащие создателю блока. Это стимул для узлов поддерживать сеть. Это дает возможность вводить в обращение новые биткойны. Награда за майнинг уменьшается вдвое каждые 210 000 блоков. Он начался с 50 биткойнов, упал до 25 в конце 2012 года и до 12,5 биткойнов в 2016 году. Последнее сокращение вдвое, которое произошло в мае 2020 года (с номером блока 630 000), снизило вознаграждение за блок до 6,25 биткойна. Этот процесс деления вдвое запрограммирован так, чтобы он продолжался максимум 64 раза, прежде чем создание новой монеты прекратится.
Безопасность
Были рассмотрены различные потенциальные атаки на сеть биткойнов и ее использование в качестве платежной системы, реальные или теоретические. Протокол биткойнов включает в себя несколько функций, которые защищают его от некоторых из этих атак, таких как несанкционированные траты, двойные траты, подделка биткойнов и вмешательство в цепочку блоков. Другие атаки, такие как кража закрытых ключей, требуют от пользователей должной осторожности.
Несанкционированные траты
Несанкционированные расходы смягчаются реализацией биткойнами криптографии с открытым и закрытым ключом. Например, когда Алиса отправляет биткойн Бобу, Боб становится новым владельцем биткойна. Ева, наблюдая за транзакцией, может захотеть потратить биткойны, которые только что получил Боб, но она не может подписать транзакцию, не зная закрытого ключа Боба.
Двойные траты
Конкретная проблема, которую должна решить система интернет-платежей, - это двойное расходование , когда пользователь платит одну и ту же монету двум или более разным получателям. Примером такой проблемы было бы, если бы Ева отправила биткойн Алисе, а затем отправила тот же биткойн Бобу. Сеть биткойнов защищает от двойных расходов, записывая все переводы биткойнов в бухгалтерскую книгу (цепочку блоков), которая видна всем пользователям, и гарантирует, что все переданные биткойны не были потрачены ранее.
Расовая атака
Если Ева предлагает заплатить Алисе биткойн в обмен на товары и подписывает соответствующую транзакцию, все еще возможно, что она также создаст другую транзакцию, одновременно отправив тот же биткойн Бобу. По правилам сеть принимает только одну транзакцию. Это называется гоночной атакой , поскольку существует гонка, транзакция которой будет принята первой. Алиса может снизить риск расовой атаки при условии, что она не доставит товар до тех пор, пока платеж Евы Алисе не появится в блокчейне.
Вариант расовой атаки (который был назван атакой Финни со ссылкой на Хэла Финни) требует участия шахтера. Вместо того, чтобы отправлять оба платежных запроса (чтобы заплатить Бобу и Алисе одними и теми же монетами) в сеть, Ева выдает в сеть только платежный запрос Алисы, в то время как сообщник пытается добыть блок, который включает платеж Бобу, а не Алисе. Существует положительная вероятность того, что мошеннический майнер добьется успеха раньше сети, и в этом случае платеж Алисе будет отклонен. Как и в случае с простой атакой, Алиса может снизить риск атаки Финни, дождавшись включения платежа в блокчейн.
Модификация истории
Каждый блок, который добавляется в цепочку блоков, начиная с блока, содержащего данную транзакцию, называется подтверждением этой транзакции. В идеале продавцы и службы, получающие платежи в биткойнах, должны дождаться хотя бы одного подтверждения, которое будет распространено по сети, прежде чем предполагать, что платеж был произведен. Чем больше подтверждений ожидает продавец, тем труднее злоумышленнику успешно отменить транзакцию в цепочке блоков - если только злоумышленник не контролирует более половины всей мощности сети, и в этом случае это называется атакой 51%.
Деанонимизация клиентов
Деанонимизация - это стратегия интеллектуального анализа данных, при которой анонимные данные сопоставляются с другими источниками данных для повторной идентификации источника анонимных данных. Наряду с анализом графа транзакций, который может выявить связи между адресами биткойнов (псевдонимами), существует возможная атака, которая связывает псевдоним пользователя с его IP-адресом . Если одноранговый узел использует Tor , атака включает метод отделения однорангового узла от сети Tor, вынуждая его использовать свой реальный IP-адрес для любых дальнейших транзакций. Атака использует биткойн-механизмы ретрансляции одноранговых адресов и защиты от DoS- атак . Стоимость атаки на всю сеть биткойнов составляет менее 1500 евро в месяц.
Проверка платежа
Каждый майнер может выбрать, какие транзакции включить в блок или исключить из него. Большее количество транзакций в блоке не означает большей вычислительной мощности, необходимой для решения этого блока.
После получения новой транзакции узел должен подтвердить ее: в частности, убедиться, что ни один из входов транзакции не был ранее потрачен. Чтобы выполнить эту проверку, узел должен получить доступ к цепочке блоков. Любой пользователь, который не доверяет своим сетевым соседям, должен хранить полную локальную копию блокчейна, чтобы любой ввод можно было проверить.
Как отмечается в техническом документе Накамото, можно проверить платежи в биткойнах без запуска полного сетевого узла (упрощенная проверка платежей, SPV). Пользователю нужна только копия заголовков блоков самой длинной цепочки, которую можно получить, запрашивая сетевые узлы, пока не станет очевидно, что самая длинная цепочка была получена; затем получите ветвь дерева Меркла, связывающую транзакцию с ее блоком. Связывание транзакции с местом в цепочке демонстрирует, что сетевой узел ее принял, и блоки добавляются после того, как он дополнительно устанавливает подтверждение.
Данные в блокчейне
Хотя в цепочке блоков можно хранить любой цифровой файл, чем больше размер транзакции, тем больше становятся связанные с этим сборы. Были встроены различные элементы, в том числе URL-адреса веб-сайтов, изображение Бена Бернанке в формате ASCII , материалы из телеграмм Wikileaks , молитвы майнеров биткойнов и исходный технический документ о биткойнах.
Предполагаемая преступная деятельность
Использование биткойнов преступниками привлекло внимание финансовых регуляторов, законодательных органов, правоохранительных органов и средств массовой информации. ФБР подготовило разведывательную оценку, SEC выпустила резкое предупреждение об инвестиционных схемах с использованием виртуальных валют, а Сенат США провел слушания по виртуальным валютам в ноябре 2013 года.
Несколько новостных агентств заявили, что популярность биткойнов зависит от возможности использовать их для покупки нелегальных товаров. В 2014 году исследователи из Университета Кентукки обнаружили «убедительные доказательства того, что энтузиасты компьютерного программирования и незаконная деятельность вызывают интерес к биткойнам и находят ограниченную поддержку или отсутствие поддержки политических и инвестиционных мотивов».
Черные рынки
Исследователь из Университета Карнеги-Меллона подсчитал, что в 2012 году от 4,5% до 9% всех транзакций на всех биржах мира приходились на торговлю наркотиками на едином рынке наркотиков в темной сети , Шелковый путь . Детская порнография , наемные убийства и оружие также якобы доступны на сайтах черного рынка, которые продаются в биткойнах. Из-за анонимности и отсутствия централизованного контроля на этих рынках трудно понять, настоящие ли услуги или просто пытаются получить биткойны.
Власти закрыли несколько черных рынков глубокой паутины. В октябре 2013 года Silk Road был закрыт правоохранительными органами США, что привело к краткосрочному снижению стоимости биткойна. В 2015 году основателя сайта приговорили к пожизненному заключению. Вскоре появились альтернативные сайты, и в начале 2014 года Австралийская радиовещательная корпорация сообщила, что закрытие Silk Road мало повлияло на количество австралийцев, продающих наркотики в Интернете, которое фактически увеличилось. В начале 2014 года голландские власти закрыли Utopia, онлайн-рынок нелегальных товаров, и изъяли 900 биткойнов. В конце 2014 года в ходе совместной полицейской операции европейские и американские власти изъяли биткойны и закрыли 400 глубоких веб-сайтов, включая рынок незаконных товаров Silk Road 2.0. За правоохранительную деятельность было вынесено несколько обвинительных приговоров. В декабре 2014 года Чарли Шрем был приговорен к двум годам тюремного заключения за косвенную помощь в отправке 1 миллиона долларов на сайт о наркотиках Silk Road, а в феврале 2015 года его основатель Росс Ульбрихт был осужден по обвинению в наркотиках и приговорен к двойному пожизненному заключению. тюремное заключение плюс 40 лет.
Некоторые сайты черного рынка могут стремиться украсть биткойны у клиентов. Сообщество биткойнов заклеймило один сайт, Sheep Marketplace, как мошенничество, когда он предотвратил снятие средств и закрылся после предполагаемой кражи биткойнов. В другом случае в начале 2014 года были взломаны счета условного депонирования с биткойнами, принадлежащими посетителям другого черного рынка.
По данным британской благотворительной организации Internet Watch Foundation , биткойны используются для покупки детской порнографии, и почти 200 таких веб-сайтов принимают их в качестве оплаты. Биткойн - не единственный способ купить детскую порнографию в Интернете, как утверждает Троэлс Эртлинг, глава отдела киберпреступности Европола : « Ukash и paysafecard ... [также] использовались для оплаты таких материалов». Тем не менее, Internet Watch Foundation насчитывает около 30 сайтов, которые принимают исключительно биткойны. Некоторые из этих сайтов закрылись, например, краудфандинговый веб-сайт, предназначенный для финансирования создания нового детского порно. Кроме того, в цепочку блоков были добавлены гиперссылки на сайты с детским порно, поскольку при совершении транзакции могут быть включены произвольные данные.
Отмывание денег
Биткойны могут не подходить для отмывания денег, потому что все транзакции являются публичными. Власти, включая Европейское банковское управление , ФБР, Южноафриканский резервный банк и Целевую группу по финансовым мероприятиям G7 , выразили обеспокоенность тем, что биткойн может использоваться для отмывания денег. В начале 2014 года оператор биржи биткойнов в США Чарли Шрем был арестован за отмывание денег. Впоследствии он был приговорен к двум годам тюремного заключения за «пособничество и подстрекательство к нелегальному бизнесу по переводу денег». Александр Винник, предполагаемый владелец BTC-e, был арестован в Греции 25 июля 2017 года по обвинению в отмывании денег на сумму 4 миллиарда долларов за нарушение законов США о борьбе с отмыванием денег (AML). В отчете Министерства финансов и внутренних дел Великобритании под названием «Национальная оценка рисков отмывания денег и финансирования терроризма в Великобритании» (октябрь 2015 г.) было обнаружено, что из двенадцати методов, рассмотренных в отчете, биткойн несет самый низкий риск использования для отмывания денег, при этом наиболее распространенным методом отмывания денег являются банки.
Схема Понци
В схеме Понци с использованием биткойнов Bitcoin Savings and Trust обещала инвесторам до 7% еженедельной процентной ставки и привлекла не менее 700 000 биткойнов с 2011 по 2012 год. В июле 2013 года Комиссия по ценным бумагам и биржам США предъявила обвинения компании и ее основателю в 2013 году. «с обманом инвесторов в схеме Понци с участием биткойнов». В сентябре 2014 года судья оштрафовал Bitcoin Savings & Trust и его владельца на 40 миллионов долларов.