Анатомия распределенных реестров: от блокчейна до новых решений

Децентрализация. Удаление посредников

Технология распределенных реестров (ТРР) стала революцией в мире информационных систем, эволюционировав из централизованных структур с единым администратором.

Централизованные реестры данных имели серьезные недостатки: зависимость от одной точки отказа делало их уязвимыми к сбоям, атакам и цензуре, и, как следствие - к значительным рискам, финансовым потерям, утрате доверия и снижение эффективности операций.

Распределенные реестры применяются в самых разных сферах: финансах, логистике, медицине, документообороте, идентификации, энергетике и других отраслях - везде, где важна достоверность и устойчивость информации.

Технология блокчейна

Наиболее распространенная форма ТРР - блокчейн (Blockchain). Эта технология обычно ассоциируется с криптовалютой, поскольку именно первая версия биткойна была реализована именно на блокчейне.

Для чего на самом деле был создан блокчейн? Блокчейн — это алгоритм и распределенная структура данных для управления электронными деньгами без центрального администратора среди людей, которые ничего не знают друг о друге. Изначально разработанная для криптовалюты биткоин, архитектура блокчейна была создана из-за радикального неприятия гарантированных государством денег и контролируемых банками платежей. Разработчик биткоина Сатоши Накамото представлял, что люди будут тратить деньги без посредников, без регулирования или необходимости знать и/или доверять другим сторонам.

Данные в блокчейне организованы в виде непрерывной и последовательной цепочки блоков, каждый из которых содержит список транзакций и криптографическую ссылку на предыдущий блок. Каждый блок создает уникальный хеш, который идентифицирует транзакцию. Таким образом, если попытаться изменить детали транзакции, будет создан совершенно другой хеш. Это будет свидетельством поврежденных или недействительных данных.

Транзакции в блокчейне подтверждаются с помощью алгоритмов консенсуса, таких как доказательство выполнения работы (PoW) или доказательство доли владения (PoS), которые гарантируют, что все участники согласны с состоянием реестра.

Эти качества прозрачности и неизменности (целостности) являются основными революционными аспектами блокчейна.

Блокчейн на практике

Концепция блокчейна, в первую очередь, была разработана для управления цифровыми монетами, такими как биткоин. Среди примеров реализации можно назвать блокчейн-сети Polkadot, NEO, Cardano, Tether, Binance Coin, Litecoin и, безусловно, Ethereum.

Последние тенденции свидетельствуют о том, что технология блокчейн находит широкое применение в других областях, включая банки и финансовые услуги, управление цепочками поставок, онлайн-голосование и цифровую идентификацию.

Цифровая валюта (CBDC)

Цифровую версию рубля на блокчейне Банк России тестирует с 2023 года. Цель проекта - ускорить платежи и снизить издержки. По прогнозам главы Минфина Антона Силуанова, массовое внедрение цифрового рубля запланировано на 2026 год.

Центральные банки десятков стран мира продолжают пилоты национальных цифровых валют. На блокчейне уже работают индийская цифровая рупия (eINR) и бразильский реал (Drex). В ОАЭ госхолдинг ADQ, банк FAB и инвестиционная компания IHC анонсировали запуск стейблкоина, привязанного к дирхаму, на блокчейне ADI. Этот стейблкоин предполагается использовать не только для повседневных платежей, но и в сетях интернета вещей (IoT), для автоматизация расчетов и взаимодействие с системами на базе ИИ. Что касается проекта цифрового евро (Digital Euro), окончательное решение о технологии еще не принято, но варианты на основе блокчейна также рассматриваются.

Выпуск цифровых финансовых активов (ЦФА)

В 2023 г. МТС запустила блокчейн-платформу «ЦФА Хаб» и выпустила первые цифровые облигации на 240 млн руб.

Читайте также

За фасадом импортозамещения: что на самом деле происходит с ИТ-рынком

Импортозамещение программного обеспечения в России уже несколько лет преподносится как важнейший фактор обеспечения цифрового суверенитета. В официальных реестрах зарегистрированы тысячи «отечественных» продуктов, чиновники регулярно озвучивают впечатляющие показатели замещения иностранного ПО. Но в профессиональных кругах растёт беспокойство: отрасль устала от бесконечного создания программ «для галочки». IT-World разбирается, что стоит за фасадом громких отчётов, и почему реальное импортозамещение сильно отличается от заявленного.

Сбербанк и Альфа-Банк в декабре 2023 г. провели первую совместную сделку с ЦФА на своих блокчейн-платформах.

В 2024 г. появились эксперименты по использованию «цифрового золота» для трансграничных расчетов: токен обеспечен слитком золота и служит альтернативой классическим методам оплаты.

В США конгломерат JPMorgan перезапустил блокчейн-платформу Onyx под брендом Kinexys, с помощью которой планируется мгновенный обмен валют на базе токенизированных депозитов (JPM Coin). К слову, с 2020 г. через блокчейн JPMorgan (репо-сделки, платежи) прошло свыше $1,5 трлн.

Логистика и цепочки поставок

Блокчейн-технологии активно применяются в глобальной логистике для оцифровки документооборота и отслеживания товаров. После сворачивания платформы TradeLens в 2023 году инициативу перехватил консорциум GSBN (Global Shipping Business Network) – некоммерческая блокчейн-сеть, объединяющая ведущие мировые контейнерные линии и порты (COSCO, Hapag-Lloyd, PSA, Shanghai Port и др.). GSBN фокусируется на переведении транспортных документов на распределенный реестр, прежде всего электронных коносаментов (eBL). К концу 2024 года через блокчейн GSBN уже было выпущено и обращалось свыше 350 тыс. электронных коносаментов.

В декабре 2024 консорциум провел пилот с Longxing Chemical (КНР) по оцифровке сертификатов безопасности на опасный груз. Необходимые документы загружались и проверялись через блокчейн, что сократило сложные процедуры при морской отправке опасных материалов.

GSBN и COSCO протестировали выпуск «зеленых» сертификатов на перевозки с помощью блокчейна.

UPS и ряд других курьерских служб тестируют отслеживание посылок в реальном времени на блокчейне. В агросекторе платформы вроде AgriDigital обеспечивают прослеживаемость сельхозпродукции от фермы до прилавка.

В РФ самый заметный проект - блокчейн-платформа для авиационной заправки самолетов «СмартФьюэл». Блокчейн позволяет создать доверенный реестр с фактами заправки и объемами затраченного топлива.

Системы голосования

В России «Ростелеком» и Waves Enterprise разработали систему дистанционного электронного голосования на базе блокчейна. С 2021 года она используется на федеральных выборах в регионах.

Здравоохранение

Безусловно, самым заметным кейсом в этой области можно назвать проект eHealth Foundation (фонда развития электронного здравоохранения) и криптографической компанией Guardtime. В его рамках данные электронных медицинских карт более чем 1 млн граждан были перенесены на блокчейн-основу.

В РФ интересный проект запущен в Новгородской области. «Объединенная медицинская корпорация» разработала программу мониторинга оборота лекарств в больницах, которая работает на базе облака Ethereum Blockchain as a Service (E BaaS). Система мониторинга хранит подробную информацию о назначенных лекарствах, которую невозможно подменить, а пациенты получают доступ к достоверным данным о выписанных им лекарствам.

Недвижимость

Технология блокчейн очень удобна для токенизации объектов недвижимости. Она значительно упрощает процедуры перехода прав собственности на эти объекты, а также используется для фиксации временных меток при заключении сделок и для искоренения мошенничества на платформах по аренде недвижимости.

В апреле 2024 г. на платформе Альфа-Банка «A‑Token» впервые токенизировали коммерческую недвижимость – были выпущены цифровые квадратные метры торгового центра KazanMall. Инвесторы приобрели токены, привязанные к доле площадей ТРЦ, и получают пропорциональный арендный доход.

В госсекторе блокчейн тестируют в целом ряде проектов, от перевода земельного кадастра на распределенный реестр до систем учета прав собственности, повышающих прозрачность сделок.

Альтернативные TPP

Несмотря на многочисленные преимущества блокчейна, существует ряд пока еще нерешенных проблем. Это проблемы масштабируемости, высокое потребление энергии, сложность для понимания и внедрения, особенно для небольших компаний или индивидуальных разработчиков, проблемы с регулированием - децентрализованная природа блокчейна может создавать трудности с соблюдением нормативных требований, поскольку нет центрального органа, который мог бы обеспечивать соблюдение правил.

Читайте также

Зачем Минцифры хочет законодательно запретить смену IMEI?

В российское законодательство снова пытаются внести изменения. Минцифры решило, что пора запретить перепрошивку смартфонов для смены IMEI — уникального кода, который прописан в каждом мобильном устройстве. Новый законопроект, который пока ещё находится в подвешенном состоянии, но скорее всего будет усиленно продвигаться.

Ряд этих и других ограничений привел к появлению альтернативных технологий.

Направленный ациклический граф (directed acyclic graph, DAG)

Катализатором развития DAG стала проблема невозможности блокчейна справляться с большими нагрузками в сети и сложности с масштабированием.

DAG - структура данных, состоящая из узлов, или вершин (в них хранятся фрагменты информации) и направленных ребер. Каждое ребро соединяет узлы таким образом, что замкнутый цикл никогда не образуется. DAG позволяет выполнять задачи параллельно, сохраняя правильный порядок, избегая взаимных блокировок и улучшая производительность.

Подобные структуры данных обычно используются для определения взаимосвязей между переменными и их влияния друг на друга. DAG широко применяется в научной и медицинской областях, статистике, машинном обучении, в системах контроля версий, распределенных вычислениях и криптовалютных проектах.

В криптовалютах, основанных на DAG, каждая вершина в структуре представляет собой транзакцию. Поскольку в DAG отсутствуют майнеры, проверка транзакций происходит с помощью алгоритмов консенсуса, и каждая транзакция проверяется по отдельности. В качестве валидаторов здесь выступают узлы (ноды), через которые проходят все осуществляемые транзакции. Каждая транзакция ссылается на предыдущие (родительские), подписывая их хэши и включая их в свой состав. Таким образом, формируется «дерево» транзакций, где каждая из них является подтвержденной и неизменной.

Первая имплементация технологии произошла в криптовалюте IOTa, созданной специально для интернета вещей. DAG также используют в проектах криптовалют Nano, NXT, ByteBall и др.

Кроме этого, DAG может быть использован для создания игр и приложений, требующих высокой пропускной способности и быстрой обработки транзакций. Один из ярких примеров - Streamr, децентрализованная платформа для обмена и монетизации данных в реальном времени. Она поддерживает различные приложения, от IoT до умных городов и Веб 3.0.

Hashgraph

Hashgraph –разновидность ТРР, которая использует структуру данных ориентированного ациклического графа (DAG) для достижения консенсуса между участниками сети. Hashgraph также не группирует данные в блоки и не требует участия майнеров или иных механизмов соревнования узлов. Вместо этого используется модель, основанная на протоколах сплетен (gossip about gossip) и виртуальном голосовании (virtual voting), где все узлы последовательно и быстро обмениваются актуальной информацией о произошедших событиях. Каждое событие включает в себя метаданные, позволяя системе достичь высокой согласованности и достоверности.

Алгоритм Hashgraph обладает асинхронной византийской отказоустойчивостью (aBFT), в которой достижение консенсуса обеспечивается даже при наличии вредоносных узлов или задержек в сети.

Примеры использования Hashgraph

Благодаря высокой пропускной способности и масштабируемости Hashgraph популярен в сферах, где требуется надежная синхронизация данных: логистике, идентификации, документообороте, IoT, многопользовательских приложениях.

В 2019 году был запущен публичный распределенный реестр Hedera Hashgraph, основанный на протоколе Hashgraph. На его базе созданы десятки различных приложений (dApps), проектов в области искусственного интеллекта, маркетплейсов, метавселенных и проектов децентрализованных финансов (DeFi). Вот лишь некоторые из них:

• маркетплейс для NFT-токенов, запущенный LG Electronics;
• сервис для управления логистикой AnyLogic Transport Operations Manager (ATOM) на платформе Atomo.io;
• децентрализованная рекламная платформа Ads DAX;
• платформа микроплатежей Drop CC;
• платформа цифровых купонов The Coupon Bureau;
• проект юридической компании DLA Piper по токенизации объектов недвижимости и искусства.

Holochain

Holochain - инновационный подход к ТРР. От традиционных блокчейнов его кардинально отличает ориентированность на участников (агентов), а не на данные. Агенто-ориентированная архитектура позволяет каждому участнику запускать собственную независимую цепочку, интегрированную с общей сетью Holochain через уникальные криптографические ключи. При этом узлы не обязаны согласовывать состояние сети через общий блокчейн, что снижает нагрузку и увеличивает производительность. Это позволяет обрабатывать множество транзакций без необходимости консенсуса от всех узлов сети для каждой операции.

Подобно блокчейну, Holochain стремится обеспечить безопасные и прозрачные транзакции между игроками в сети. Тем не менее, Holochain — это в некотором роде следующий уровень по сравнению с блокчейн. В Holochain узлы работают самостоятельно, взаимодействия распределены. что снижает вычислительную нагрузку и сборы за транзакции. В майнерах нет необходимости, комиссии за транзакции практически отсутствуют. Кроме того, на платформе нет токенизации.

Читайте также

Как заполучить ценные кадры, когда айтишники на вес золота

В 2025 году дефицит ИТ-специалистов в России стал уже не просто «острой проблемой», а чем-то вроде хронического заболевания экономики. Специалистов не хватает катастрофически, бизнесмены нервничают, HR-ы в панике, а айтишники — нарасхват.

Проекты на Holochain

Пожалуй, самыми известными сегодня решениями, созданными на Holochain, являются Neighbourhoods (платформа для создания сообществ с собственными правилами) и Internet of Energy Network (IOEN) (энергетическая сеть для координации устройств, производящих и потребляющих электричество).

Нельзя не упомянуть проект Holo – распределенный хостинг с внутренней валютой HoloFuel. Разнообразное сообщество разработчиков, предприятий и исследователей использует Holo для решения самых разных задач:

• Buildsort – платформа, обеспечивающая прозрачность в цепочке поставок строительных материалов;
• Morpheus Network - автоматизированная платформа, упрощает и упорядочивает сложную сеть логистики и документации для международной торговли;
• Hypergroove – проект по созданию целостной системы питания, включающий ИИ и глубокое обучение;
• Redgrid – технологическая компания по разработке цифровых инструментов для энергетического сектора;
• Metavents - приложение для планирования концертов и фестивалей;
• Hylo - платформа для создания частных интернет-сообществ и объединений;
• CrowdFact - инициатива по борьбе с фейковыми новостями и дезинформацией;
• Scribe Project- концептуальный словарь для разработки онтологий;
• Comet - альтернатива Reddit с системой тегов и субъективно взвешенными голосами;
• Junto - альтернативная платформа для социальных сетей без рекламы и алгоритмов ИИ.

Из аналитического сравнения ТРР становится очевидным, что их будущее огромно. Блокчейн повышает доверие между незнакомыми участниками и автоматизирует смарт-контракты для экономии средств, DAG позволяет обрабатывать микроплатежи без комиссий, создавать новые модели в IoT, Hashgraph обеспечивает очень быструю обработку транзакций с гарантированной финализацией, Holochain дает возможность создавать приложения без центрального сервера, что экономит на инфраструктуре и лучше масштабируется по мере роста пользователей.