Блокчейн Эфириум: принцип работы, экосистема, перспективы в 2021

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
Принцип работы и структура блокчейна Эфириум
Технические особенности экосистемы Эфириума
Возможности блокчейна эфира
Преимущества и недостатки сети Ethereum
Разница между блокчейнами эфира и биткоина
Перспективы блокчейна Ethereum

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

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

Одноэлементная запись транзакций — цифровой механизм, подразумевающий принятие системой и ее пользователями единственно правильного (каноничного) алгоритма выполнения операций, который определяется по количеству произведенных вычислений.
Криптографическая защищенность — подчинение всего происходящего в блокчейне сложным математическим законам, обеспечивающим надежную защиту от взломов.
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

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

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:

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.
Контрактные — управляются ассоциированными программными кодами.

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

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)

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:

Полными — с загрузкой на жесткий диск всего блокчейна Эфириума. Позволяют использовать все возможности сети.
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

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

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

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:

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.