Co je Blockchain? A jak funguje?
Zajímalo Vás někdy, jak je možné, že Bitcoin může fungovat bez dohledu nějaké třetí strany? Pokud ano, pak jste se zároveň zajímali o to, co je Blockchain. V tomto článku si povíme nejen o co jde, ale také jak funguje!
Co je Blockchain? Bitcoin! Je to tak?
Vůbec ne! Blockchain je technologie stojící za Bitcoinem a jedná se o mnohem větší vynález než samotný Bitcoin, který je pouze prvním použitím této technologie.
Co je to Blockchain - Definice
Předtím, než rozklíčujeme co to je Blockchain a jak vůbec funguje, je velice důležité porozumět tomu, jak v dnešní době vlastně posíláme peníze.
Posíláme normální peníze
Představte si, že Tomáš je Váš kamarád, který je na dovolené. Z ničeho nic Vám ale zavolá a požádá Vás o peníze, protože mu došly. Vy otevřete internetové bankovnictví nebo zajdete do banky, kde zadáte příkaz k úhradě a pošlete Tomášovi 5 000 Kč.
V této chvíli jste Vy a Tomáš věřili bance, že transakci správně zpracuje a peníze převede. Ve skutečnosti zde ale žádný reálný pohyb peněz nebyl, jedná se pouze o změnu v databázi se zůstatky účtů, ke které Vy ani Tomáš nemáte žádný přístup.
Už je tomu spousta let, co všichni bankám slepě důvěřujeme, že se o naše peníze dobře postarají a když uložené peníze potřebujeme, budeme je mít k dispozici. Nyní nám už vůbec nepřijde divné, že dobrovolně odevzdáváme naše peníze do pomyslného košíku někoho jiného. Proto Vás možná napadá otázka typu “Proč je to problém? Nikdy jsem s bankou žádný neměl.”
Problém je v tom, že instituce typu centrálních bank, které peníze spravují, jsou centralizované a je jich pouze několik. To v praxi znamená, že všechna moc je situována pouze do těchto institucí. Takže pokud by měl nastat chaos, stačí, aby pouze jedna z těchto velkých organizací zkrachovala, a zbytek už se sesype jako domeček z karet.
Nezbývá nám nic jiného než bance důvěřovat. Proto se nabízí otázka – Existuje nějaký způsob, který by umožňoval převádět peníze bez prostředníka přímo mezi dvěma osobami?
Uvědomíme-li si, jakým způsobem banky přesouvají peníze, zjistíme, že se jedná pouze o úpravy databáze. V této chvíli můžeme otázku upravit a zeptat se, zde existuje nějaký způsob, který by nám umožnil spravovat tuto databázi mezi sebou namísto nutnosti zaměstnávat někoho, kdo to dělá za nás.
Odpověď už určitě znáte. Takové řešení existuje a nazývá se Blockchain.
Blockchain - co to je?
Blockchain je decentralizovaná databáze, což znamená, že není uložena jen na jednom místě, ale na několika. Tato databáze může ukládat jak transakce, tak i nejrůznější zápisy a seznamy.
Pro zjednodušení si ale ho můžeme představit jako několik dřevěných boxů, které jsou za sebou připoutány k sobě. Může to znít velmi jednoduše, ale takto si jej opravdu můžeme představit. Hlavní otázkou ale je, jaké informace v sobě tyto dřevěné boxy ukrývají. Rozhodnutí, co se bude do Blockchainu ukládat, v žádném případě není limitováno a je kompletně na vývojáři, který ho vyvíjí.
Například Blockchain Bitcoinu v sobě ukládá transakce, které mezi sebou uživatelé provedli. Váš vlastní Blockchain by mohl ukládat například telefonní kontakty, jména vašich kamarádů nebo třeba seznam Vašich oblíbených písniček.
Může být použit všude, kde dnes používáme normální databáze, ale své hlavní uplatnění nachází hlavně na místech, kde jistá důvěra a robustnost (trust and robustness) jsou zásadní. Proto můžeme vidět první použití Blockchainu například v bankovnictví, finančních produktech, lékařství a postupně ve skoro každém odvětví.
Proč ale tyto informace ukládáme v pomyslných dřevěných boxech? Informace v těchto boxech totiž nemůžou být změny ani smazány ve chvíli, kdy jsou zapsány a přidány do řetězce ostatních bloků.
Je to tedy decentralizovaná, nepoškoditelná a neměnná (incorruptible and immutable) databáze, která ukládá určité informace. Rozšiřováním této databáze mezi uživatele sítě se stává decentralizovanou, což znamená, že zde není žádná centrální společnost nebo prostředník, který by databázi spravoval zároveň, každý, kdo drží kopii Blockchainu, si je v síti rovný a má stejný hlas jako kdokoliv jiný.
Přihlašte se k odběru novinek ze světa Bitcoinu a dalších kryptoměn!
Jak funguje Blockchain?
Nyní se pokusím jednoduše vysvětlit princip fungování Blockchainu a transakcí, které probíhají v Bitcoinové síti.
Základem toho, aby Blockchain fungoval, je dostatek lidí, kteří už nechtějí být závislí na třetí straně. Kolik je ale “dostatek” v praxi? Alespoň tři.
Pro ukázku si ale vytvoříme Blockchain s deseti uživateli. Tito lidé si po vzájemné dohodě vyměnili detaily o svých účtech, bez toho, aniž by věděli totožnost druhého.
Znázornění 10 lidí v našem Blockchainu Zdroj obrázku
Prázdná složka
Každý má k dispozici prázdnou složku a jakmile si mezi sebou těchto deset lidí začne posílat transakce, tak se tato složka začne plnit papíry s transakcemi. Dohromady tyto papíry vytvoří určitý registr, který zaznamená všechny transakce.
Poznámka!
Papírům se za normálních okolností říká “Bloky s transakcemi” (v angličtině “Blocks”) a složkám se říká “chain”, tedy se jedná o určitý řetěz těchto bloků s transakcemi. Spojením dostáváme “Blockchain”. My ale pro zjednodušení budeme nadále používat “stránky” a “složky”.
Když proběhne transakce
V této chvíli každý z deseti lidí čeká s prázdným papírem na zapsání nové transakce, když v tu ránu Adam (#2) pošle 1 Bitcoin Aničce (#9).
Ohlášení transakce zbytku sítě Zdroj obrázku
Pro uskutečnění transakce musí Adam (#2) sdělit všem ostatním, že posílá Aničce (#9) 1 Bitcoin, aby si každý mohl transakci zaznamenat na svůj papír.
Ve chvíli, kdy Adam (#2) oznámil, že chce poslat jeden Bitcoin – všichni ostatní v síti zkontrolují ve svých záznamech, zda Adam (#2) má dostatečný počet Bitcoinů pro uskutečnění této transakce. Za předpokladu, že má – všichni si tuto transakci zapíši do svých papírů a v této chvíli je transakce považována za dokončenou.
Znázornění zápisu transakce na papír Zdroj obrázku
Wow..! Transakcí přibývá
Jak čas postupuje, tak transakce přibývají. Stále ale platí stejná pravidla, pokud někdo chce poslat Bitcoin někomu jinému, musí to ohlásit všem ostatním. Oni poté zkontrolují jeho zůstatek a když je všechno v pořádku, zapíší tuto transakci na svůj papír.
Toto se opakuje stále dokola a dokola. Co se ale stane, když je transakcí tolik, že na papíru dojde místo?
Je čas vložit papír do složky, kterou každý z deseti lidí na začátku obdržel, následně si všichni vezmou nový papír a pokračují stejným způsobem, jako když psali první stránku.
Vkládání papíru do složky
Předtím ale, než všichni vloží papír do svých složek, musíme ho nejdříve zapečetit jedinečnou (unikátní) pečetí, na které se všichni shodnou, tedy tato pečeť bude na všech papírech stejná.
Zapečetěním papírů zajistíme, že nikdo v budoucnosti nebude schopen transakce změnit ani smazat.
Navíc za předpokladu, že každý v síti této pečeti důvěřuje, tak každý věří i transakcím uvedeným na těchto záznamech. Proto jsou tyto pečetě základem celého systému.
Poznámka!
Celému procesu tohoto “pečetění” se za normální okolností říká “těžení”. Proto se můžete často setkávat s pojmy jako “těžba Bitcoinu”. My ale pro zjednodušení budeme pokračovat v používání slova “pečetění”.
Nyní si můžeme povšimnout jednoho z rozdílů, který je mezi Blockchainem a bankami (a dalšími prostředníky). Banky nám dávají určitý příslib toho, že naše transakce nebudou nikdy žádným způsobem upraveny.
V případě distribuované a decentralizované sítě, jako, je právě ta Bitcoinová je tímto příslibem právě tato pečeť.
Jak ale tyto pečetě fungují?
Ještě před tím, než si řekneme, jak můžeme určitou stránku zapečetit, pojďme si říci, jak taková pečeť vlastně funguje a co si pod ní můžete představit.
Kouzelný stroj
Představte si stroj, do kterého když vložíte něco z levé strany, tak z pravé strany vyjde jako zázrakem něco úplně jiného.
Grafické znázornění funkce kouzelného stroje Zdroj obrázku
Poznámka!
Tomuto stroji se odborně říká “Hash funkce”, ale opět pro zjednodušení budeme této funkci přezdívat “kouzelný stroj”.
Pokud tedy do našeho kouzelného stroje vložíme z levé strany číslo “4”, z pravé strany nám vyjde úplný mišmaš jako například “dcbea”.
Jakým způsobem ale tento stroj přeměnil číslo 4 v tuto směsici písmen? To nikdo neví. Navíc se jedná o proces, který nelze obrátit. Tedy nemůžeme tuto směsici znaků poslat zpátky z pravé strany, abychom znovu dostali číslo “4”. A z kombinace jako “dcbea” je téměř nemožné říci, co jsme do stroje vložili z levé strany.
Důležité ale je, že pokaždé, když vložíme do stroje číslo 4, dostaneme tu samou kombinaci písmen.
Ilustrace konkrétního příkladu Zdroj obrázku
Pojďme nyní zkusit vložit do přístroje jiné číslo, třeba “26”.
Ilustrace konkrétního příkladu Zdroj obrázku
V tomto případě jsme dostali kombinaci písmen a číslic “94c8e”.
Nyní už víme, jakým způsobem magický stroj (hash funkce) funguje. Co když se Vás ale teď zeptám, co mám do kouzelného stroje z levé strany poslat, abych dostal kombinaci začínající třemi nulami? Například 000ab nebo 00098 nebo jakoukoliv další kombinaci začínající třemi nulami?
Ilustrace hádanky Zdroj obrázku
Odpověď na tuto otázku je velmi jednoduchá a možná i trochu znepokojující, protože jak jsem již výše zmiňoval, daný proces nelze obrátit. Tedy nemůžeme kombinaci znaků poslat zpátky z pravé strany, abychom znovu dostali určité číslo, které jsme do přístroje vložili z levé strany. Proto jediný způsob, jakým získat kombinaci znaků, která začíná třemi nulami, je postupně vyzkoušet každé číslo ve vesmíru.
Ilustrace zkoušení různých číselných kombinací Zdroj obrázku
Pokud bych měl být optimistický, tak po několika tisících pokusech jsme konečně našli správné číslo, které do kouzelného přístroje musíme vložit, abychom z pravé strany dostali kombinaci znaků začínající třemi nulami.
Ilustrace zkoušení různých číselných kombinací Zdroj obrázku
Jedná se o velmi náročný proces, pokud známe výstupní kombinaci znaků a máme vypočítat číslo, které do přístroje musíme vložit z levé strany, abychom dostali tuto kombinaci.
Na druhou stranu bude vždy velmi jednoduché ověřit, zda předpokládané vstupní číslo odpovídá výstupní kombinaci znaků. A to proto, že kouzelný stroj vygeneruje vždy stejnou kombinaci znaků pro určité číslo.
V našem případě to tedy vždy bude “dcbea” pro číslo 4, “94c8e”. pro číslo 26 a tak podobně.
Je nutné si tedy uvědomit, že je extrémně obtížné vypočítat, čím náš stroj musíme nakrmit, abychom dostali předem určenou kombinaci znaků. Ale za předpokladu, že máme k dispozici jak vstupní, tak i výstupní kombinaci, tak je velmi jednoduché ověřit, zda číslo, které vkládáme z levé strany, odpovídá kombinaci znaků, které vychází z pravé strany.
Zpátky k pečetění
Kouzelný stroj budeme používat k vytváření pečetě pro naše stránky.
Představte si tedy, že Vám teď dám dvě krabice. První krabice obsahuje číslo 20893. Následně se Vás zeptám “Zvládnete mi najít číslo, které, když přidáme k číslu v první krabici (tedy k číslu 20893) a následně jej vložíme z levé strany do kouzelného stroje, tak dostaneme kombinaci znaků začínající třemi nulami?”
Ilustrace hádanky Zdroj obrázku
Pokud byste toto číslo opravdu chtěli najít, museli byste znovu zkoušet všechna čísla ve vesmíru, dokud byste nedostali správnou kombinaci čísel.
Proto si to znovu trochu ulehčíme a řekneme, že po několika dalších tisících pokusů jsme došli k číslu 21191. Toto číslo, když přidáme k číslu z prvního boxu 20893, nám dá finální kombinaci 42084 (21191 + 20893), kterou když následně vložíme do stroje, tak dostaneme číslo začínající třemi nulami, 00078.
V takovém případě se číslo 21191 stává pečetí čísla 20893.
Ilustrace řešení hádanky Zdroj obrázku
Předpokládejme, že v boxu je stránka, na které je napsáno číslo 20893. Abychom tuto stránku zapečetili a zajistili, že nikdo v budoucnu nebude schopen změnit žádný údaj na této stránce, tak na ni umístíme ještě samolepku s číslem 21191. Ve chvíli, kdy je toto pečetící číslo přilepené ke stránce, tak stránku považujeme za zapečetěnou.
Ilustrace zapečetěné stránky Zdroj obrázku
Poznámka!
“Pečetícímu číslu” se za normálních okolností říká “Proof of Work”, což ve volném překladu znamená, že toto číslo je důkazem toho, že bylo vynaloženo určité úsilí k jeho výpočtu.
Kdyby někdo chtěl ověřit, zda data na určité stránce byla změněna, jediné, co by stačilo udělat, je vložit stránku spolu s pečetícím číslem do našeho magického stroje a pokud z pravé strany stroje dostaneme číslo začínající třemi nulami, tak stránka nebyla žádným způsobem upravena. Pokud ale ze stroje vyjede číslo, které nesplňuje naše podmínky, (nezačíná třemi nulami), můžeme tuto stránku rovnou zahodit, protože data na této stránce byla pozměněna.
Stejný způsob pečetění se použije na každou stránku, která bude následně vkládána do našich připravených složek.
Konečně pečetíme naši stránku
Abychom zapečetili naši stránku s transakcemi, které v síti proběhly, budeme muset najít číslo, které, když připojíme k seznamu transakcí a následně vložíme do kouzelného stroje, tak z pravé strany nám stroj dá kombinaci znaků začínající třemi nulami.
Ilustrace pečetění stránky Zdroj obrázku
Poznámka!
V našem zjednodušeném příkladu jsem několikrát používal “kombinaci znaků začínající třemi nulami” pouze jako příklad, abych ilustroval, jakým způsobem Hash funkce ve skutečnosti fungují. Ve skutečnosti jsou tyto kombinace mnohem složitější, a tedy mnohem náročnější na výpočet.
Ve skutečnosti je na výpočet pečetících čísel zapotřebí spoustu výpočetní síly, tedy i spoustu elektřiny. Proto ve chvíli, kdy je číslo vypočteno, stránka je tímto číslem zapečetěna, a pokud by se někdy někdo snažil stránku upravit, například smazat nebo přepsat hodnoty u určitých transakcí, tak toto pečetící číslo umožní komukoliv ověřit správnost (integritu) této stránky.
Nyní už víme, jakým způsobem se stránky pečetí a jak se zajišťuje, že záznamy nikdo v budoucnu nebude moci upravit ani smazat, proto se nyní vrátíme zpátky do chvíle, kdy jsme na papíře měli tolik transakcí, že se na něj už žádné další nevešly.
Protože v okamžiku, kdy už nikdo nemá žádné místo na svých papírech, tak každý z těchto deseti lidí začne hledat číslo, kterým by stránku zapečetil. První, kdo najde pečetící číslo, ho ohlásí zbytku sítě.
Oznámení pečetícího čísla zbytku sítě Zdroj obrázku
Zbytek sítě tedy následně ověří, zda pečetící číslo splňuje všechny podmínky a po vložení do kouzleného stroje spolu s transakcemi z pravé strany vyjde požadovaná kombinace čísel. Pokud ano, každý označí tímto číslem svoji stránku, kterou následně založí do své složky.
Co když ale toto číslo pro někoho, například Lenku (#7), nefunguje? Takové případy nejsou vůbec neobvyklé a možnými příčinami může například být:
Proto platí jednoduché pravidlo: Pečetící číslo, na kterém se shodne většina sítě, se stává číslem, které platí.
Ve skutečnosti, ale na důvodu vůbec nezáleží, Lenka (#7) má v této chvíli pouze jedinou možnost, a to zahodit svou stránku a okopírovat jí od někoho jiného, aby ji i Lenka mohla založit do své složky. Protože pokud by ji do složky nevložila, nemohla by dále zapisovat další transakce a tím pádem by již nemohla být součástí sítě.
Proč tedy vůbec ztrácet čas a peníze za elektřinu na výpočtu pečetícího čísla, když všichni ví, že jakmile někdo najde toto číslo, tak ho ohlásí zbytku sítě? Proč zkrátka nevyčkat na ohlášení tohoto čísla a neušetřit peníze?
Dobrá otázka! Každý, kdo je součástí Blockchainu, může získávat určité odměny. V tomto případě první člověk, který najde pečetící číslo, dostane jako odměnu za svoji snahu, tedy za vloženou výpočetní sílu a náklady za elektřinu, nově vygenerované Bitcoiny.
Takto těžaři dostávají nové Bitcoiny do oběhu.
Na začátku jsme si řekli, že “papíry” jsou za normálních okolností nazývaný “bloky s transakcemi” a “složky” odpovídají nějakému řetězci těchto bloků. V současné době se dostane do oběhu 12,5 Bitcoinu s každým vytěženým blokem. Toto číslo se snižuje na polovinu každý 210 000 blok, který je vytěžen. Předpokládá se, že všech 21 miliónů Bitcoinů bude v oběhu přibližně kolem roku 2140.
Těžaři kromě nově vytvořených Bitcoinů získávají i transakční poplatky, proto, až budou všechny Bitcoiny vytěženy, budou stále dostávat odměnu ve formě těchto poplatků. A tyto odměny ve své podstatě motivují těžaře, aby ověřovali transakce a tím zabezpečovali celou síť.
Následně, když dostatek lidí vlastní Bitcoin, jeho hodnota roste, čímž Bitcoin přitahuje ještě více lidí, což vyústí v ještě větší nárůst na hodnotě Bitcoinu a tím pádem i ve větší příval lidí, kteří chtějí Bitcoin také vlastnit, a tak dále.
Upravování stránek
Teď už víme, jak funguje Blockchain, pojďme se ale podívat na to, co by se stalo, kdyby se někdo pokusil nějakou stránku (blok) upravit.
Představte si, že v naší složce už je pět stránek, které jsou všechny zabezpečeny pečetícím číslem. Co když se vrátím zpátky k druhé stránce a pozměním určitou transakci? Pečetící číslo by mělo každému umožnit ověřit, zda daná stránka je stále validní, je to tak? Co když ale vygeneruji pro stránku nové pečetící číslo a přepíšu s ním to staré?
Abychom předešli tomu, že se někdo vrátí zpět a upraví jak stránku (blok s transakcemi), tak i pečetící číslo, musíme trošku upravit způsob, jakým generujeme pečetící číslo
Jak na to?
Vzpomínáte si, jak jsem Vám v našem zjednodušeném vysvětlení Blockchainu dal dva boxy, kde jeden obsahoval číslo 20893, druhý byl prázdný a Vaším úkolem bylo najít správnou kombinaci? Ve skutečnosti jsou při výpočtu pečetícího čísla v Blockchainu zapotřebí boxy tři. Dva již obsahují určité informace a pečetící číslo třetího musí být vypočteno.
Platí ale stejná pravidla – vložíme-li obsah těchto boxů do kouzelného stroje, tak výstup, který vyjde z pravé strany, musí splňovat požadované podmínky.
Z prvního příkladu už víme, že jeden box obsahuje seznam transakcí a druhý box pečetící číslo. Novinkou je pro nás třetí box, který obsahuje výstup (z pravé strany) kouzelného stroje z předchozí stránky (bloku).
Ilustrace příkladu Zdroj obrázku
Díky tomuto řešení jsme zajistili, že každá stránka závisí na té předchozí, což v praxi znamená, že pokud by se někdo pokusil upravit nějakou ze starších stránek, tak by musel změnit i obsah a pečetící čísla všech stránek po té stránce, kterou se snažil upravit.
Pokud se jeden z deseti lidí v naší síti rozhodne podvádět a upravit některý ze záznamu Blockchainu (tedy naší složky, ve které jsou uloženy papíry s transakcemi), tak by musel upravit několik dalších stránek, a navíc vypočítat nová pečetící čísla pro všechny stránky jdoucí po stránce, kterou upravil. Protože výpočet pečetících čísel je velmi obtížný, tak jedna osoba, která podvádí, nemůže porazit devět osob, které jsou čestné.
Co by se ale ve skutečnosti stalo? Od stránky, kterou se náš podvodník snažil upravit by vytvořil nový řetězec (novou složku) v síti, ale tento řetězec pravděpodobně nikdy nebude schopen dohonit ten původní. Jednoduše proto, že snaha a rychlost jednoho člověka nemůže překonat společnou snahu a rychlost devíti. Proto jednoduše můžeme říci, že ten nejdelší řetězec je ten nejdůvěryhodnější.
Co by se ale stalo, pokud by chtělo podvádět šest lidí z deseti? V takovém případě by protokol Blockchainu selhal. Takovému stavu se přezdívá “51 % útok”. Tedy situace když se většina jednotlivců rozhodne jednat nečestně a podvést zbytek sítě. V takovém případě protokol selže, protože předpokládá, že většina uživatelů bude vždy čestná.
Toto je pravděpodobně jediná slabina Blockchainu, která by teoreticky mohla stát i za jeho pádem. I když je velmi nepravděpodobné, že se někdy něco takového stane, tak je dobré o takovém slabém místě vědět.
Ilustrace hlavního řetězce (prostřední) a dva vedlejší řetězce, které se odtrhli Zdroj obrázku
Závěrem
Pokud odstraníte všechen povyk, který je vytvářen kolem kryptoměn, a zkrátíte vše do jednoduché definice, tak zjistíte, že se jedná pouze o určité limitované zápisy v databázi (Blockchainu), které nikdo nemůže změnit bez toho, aby splnil určité podmínky nutné k procesu transakce. Ač to může znít obyčejně, tak přesně takovýmto způsobem můžeme definovat měnu.
Dovolím si tedy ještě jednou připomenout peníze na Vašem bankovním účtu. Nejedná se o nic víc než o prosté zápisy v databázi banky, které můžou (nebo alespoň měly by) být změněny pouze za určitých podmínek. Stejný případ platí i u mincí a papírových bankovek, opět se jedná pouze o určité pomyslné zápisy ve veřejné databázi, které můžou být změněny pouze pokud splníte podmínku, že danou minci nebo bankovku fyzicky vlastníte.
Peníze se celé točí pouze okolo ověřování a aktualizování určitých zápisů v nějakém druhu databáze, kde jsou obsaženy účty uživatelů, jejich zůstatky a transakce, které byly provedeny.
Poděkování Mohitu Mamoria
Toto je pouze přeložená verze článku od Mohit Mamoria, který se o něj podělil na Medium.com. Ač jsem se mohl snažit o jednoduché vysvětlení sám, přišlo mi, že Mohit, to udělal přímo bravurně!
Předchozí článek
Jak fungují Bitcoinové transakce?
Další článek
Těžba Bitcoinu
Přehled celého kurzu
Bitcoin Fofr kurz™
Za 5 minut čtení získáte základní informace o Bitcoinu. Zjistíte, co to vlastně je, jaké má vlastnosti, co s ním můžete dělat, a dozvíte se důležité typy, jak se v tomto divokém světě Bitcoinu a dalších kryptoměn chovat.
Wow, tohle bylo dlouhé čtení, ale už tomu konečně rozumím. Díky.
Potreboval bych poradit kdyz jsem si na webu cryptotab browser vydelal 0,08 BTC a poslal si je na blockchain online peněženku tak mě zajímá jak si je mužů poslat na paypal nebo na účet moc se v tomhle odvětví nepohybuju (jsem nováček) a rád bych to pochopil dekuju