Криптвоюматика 2.0

Второй термин, который нам потребуется - это хэширование. С подписью понятно: если мы видим подпись, мы точно знаем, что автор документа (транзакции, программы) - именно тот, кто свою подпись под документом поставил. Но что, если в документе подменили что-то важное? Например, количество отправленных денег (приписали нолик в конце?). Стало быть, крайне важно проверять не только автора документа, но и его целостность и неизменность.

Есть много способов это сделать, начиная с простых, - которые легко обойти. Например, пересчитать все буквы в сообщении и потом проверить это количество. Если цифра не сходится, то сообщение было изменено какими-то злодеями, либо не дошло до нас целиком. Но этот метод легко обходится, если злоумышленник знает, какого рода проверку мы будем применять.

Простейший пример такой антиподделочной проверки находится в бланке ОСАГО об аварии. Там внизу нужно отметить, сколько квадратиков заполнены галочками (типа “я выезжал со стоянки”, “я стоял на светофоре”). Это чтоб кто-то после получения подписанной копии не натыкал новых, нужных ему вариантов происшествия. Но криптографическая проверка или, иначе говоря, “хэш”, гораздо круче. В нашем (примитивном) варианте при перестановке букв в сообщении контрольная сумма не изменится. А в правильно сделанном хэше при малейшем изменении сразу понятно: это не оригинал. При этом сам “хэш” занимает одну строчку даже для очень больших файлов или документов¹³.

У хэша есть одно очевидное свойство: он односторонний. То есть по хэшу невозможно подобрать изначальное сообщение (только перебором всех вариантов - так и работает майнинг; но об этом позже). Да, у некоторых типов хэшей была такая проблема, что у разных сообщений мог получиться одинаковый хэш, но сейчас это либо уже решено, либо не играет особой роли. Главное - вы поняли, что эта функция работает только в одну сторону.

Теперь к самому блокчейну. Как использовать подписи и хэши? Представим себе одноклассников, которые хотят завести виртуальную валюту. Они ведут запись на школьной доске: сколько у кого было монет и кто кому сколько отправил, ставят подписи для подтверждения сделок, и все эту доску видят. Потом приходит учитель и говорит: “Вы тут совсем распоясались, поди уже и клей друг другу толкаете втихаря”. Стирает все записи мокрой тряпкой и насаждает веру в светлое будущее.

Ученикам такая херня не нравится. Им нужна своя валюта, и так, чтобы с доски никто не мог ничего стереть. И на одной общей бумажке тоже писать нельзя - тот, у кого она находится, может там наисправлять всего. Поэтому у каждого бумажка будет своя, но у всех одинаковая. На перемене все сверяют записи и добавляют новые - кто кому сколько передал и сколько теперь монет у каждого.

Как понять, хватает ли у Васи денег на передачу Маше? Надо перечитать весь журнал, и станет понятно: вот 10 монет Вася получил от Пети на прошлой неделе, а 40 ему вчера перечислил Олег. После этого сделок не было, поэтому вписываем в журнал новую строчку: “забрать 50 монет у Васи и добавить 50 монет Маше”, заверяем васиной подписью и дописываем хэш. Да, проверять всё - это долго, но у каждого же есть компьютер! Он сразу поймёт, если подпись не та или история неправильная. Испорченную сделку он в журнал записывать не станет, а просто выкинет как фальшивую.

Совокупность сделок на одной странице назовём блоком, допишем в конец хэш всего блока, чтоб не проверять страницу заново (а сверить только хэш) и начнём новую страницу-блок. Цепочка таких блоков - это и есть блокчейн.

Осталось только понять, кто заполняет страницу на перемене, чтобы раздать всем остальным (просто для справки - у биткоина эта “перемена” каждые 10 минут). Для этого все решают задачку по нахождению “красивого” хэша с нулями впереди. Если вы ещё помните, что такое хэш, то станет ясно, что задача это не просто трудная, но и абсолютно бессмысленная (ведь для подтверждения подлинности не имеет значения, как именно выглядит подпись и красива ли она, а речь именно об этом). Решение требуется лишь для того, чтобы случайно определить победителя. Ведь если блок будет всё время оформлять кто-то один, он сможет, например, чьи-то сделки подло не учитывать.

Сложность задачи при этом настолько высока, что решается она только перебором всех вариантов и “хэширования” каждого из них, а перебирают варианты участники одновременно. У кого-то компьютер помощней, ну у того и шансов побольше. Если участников становится слишком много и красивый хэш находится слишком быстро, то новая задачка выбирается потруднее (и наоборот); об этом все договорились заранее.