Урок 3: Что такое биткоин?
В 2010 году американский программист Ласло Хайниц обменял 10 000 биткоинов на две пиццы, создав один из самых известных мемов в истории криптоиндустрии — Bitcoin Pizza Day. Сегодня за эту же сумму он мог бы приобрести несколько сотен тысяч смартфонов iPhone, Boeing 747-430 как у султана Брунея или пентхаус в Central Park Tower площадью 1500 м2.
Как вы поняли, этот урок будет посвящен самой узнаваемой в мире криптовалюте — биткоину. Мы разберем, кто и для чего создал этот инструмент, в чем заключается его революционность и как устроена эта платежная система.
Что такое биткоин и когда он появился?
Биткоин — это одноранговая платежная система, построенная с использованием технологии блокчейн. Биткоин считают первой криптовалютой в ее современном понимании, а также децентрализованной системой передачи ценности в цифровом пространстве.
Для осуществления транзакций в сети используется одноименная учетная единица — биткоин (BTC). Каждый BTC делится на более мелкие части — сатоши (SAT). BTC и SAT можно сравнить с долларом и центом, только если в одном долларе 100 центов, то в одном биткоине 100 млн сатоши.
Краткая история биткоина
Первое упоминание о биткоине появилось в 2008 году, когда человек (или группа лиц) под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал технический документ под названием Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, в которой описал децентрализованную одноранговую сеть для передачи ценности.
Однако история криптовалют и, в частности, биткоина началась с движения шифропанков в 1990-х годах. Участники этой субкультуры восхищались интернетом и той свободой, которую он может дать обычным людям. Шифропанки боролись за анонимность и пытались ослабить контроль властей в различных сферах, включая финансовую систему.
Однако триггером, который вывел их деятельность на новый уровень, стал экономический кризис 2008 года. Это событие показало, насколько несбалансированной является традиционная финансовая система и насколько плохо защищены рядовые вкладчики. Сотни тысяч людей обеднели за считанные дни, пока правительства принимали решения в пользу банков и инвестиционных компаний.
После краха фондового рынка в США и других ведущих странах шифропанки создали несколько платежных систем, использующих криптографию для решения основных проблем электронных расчетов. Наиболее успешными проектами стали Hashcash и Bit Gold. Эти сети так и не получили широкого распространения, однако используемые в них технические решения легли в основу биткоина.
Сатоши Накамото собрал наработки шифропанков и других программистов. Он объединил Древо Меркла, функции криптографического шифрования и распределенный реестр, создав по сути новую технологию под названием блокчейн и основанную на этой архитектуре платежную сеть.
Блокчейн биткоина запустили 3 января 2009 года. Именно в этот день в 18:15:05 был сгенерирован первый блок или так называемый генезис-блок сети. Через девять дней Накамото провел первую блокчейн-транзакцию, отправив биткоин со своего кошелька на адрес программиста Хэла Финни.
Еще через девять месяцев биткоин впервые начал торговаться на бирже New Liberty Standard по курсу 1309 BTC за $1. А в феврале 2010 года появился Bitmarket — первая торговая площадка, созданная для обмена криптовалюты.
Мы подробно разобрали историю биткоина до 2016 года в нашем первом уроке. Начните с него, если вдруг пропустили.
Кто такой Сатоши Накамото?
Аккаунт Сатоши Накамото на форуме Bitcoin.org был активен 2009-2010 годах. После этого его владелец полностью оборвал контакты с внешним миром, перестал общаться на сервисе и выходить на связь. Это молчание вызвало появление своего рода мифологии вокруг личности создателя первой криптовалюты.
Есть много теорий о том, кто скрывается за этим псевдонимом. Но вероятнее всего, этот человек является математиком или программистом. Когда знаменитый исследователь Дэн Камински впервые увидел код Сатоши, он попытался взломать его с помощью девяти различных методов, но так и не добился успеха.
Сторонники конспирологических теорий считают, что под псевдонимом Накамото скрываются Илон Маск или ЦРУ. А некоторые личности вроде Крейга Райта, до сих пор пытаются доказать, что именно они и есть Сатоши Накамото.
Кем бы ни был Сатоши, очевидно, что он предпочитает оставаться в тени, не вмешиваясь в судьбу созданной им сети и криптоиндустрии.
Связь биткоина и блокчейна
Блокчейн и биткоин — это два независимых понятия, хотя новички часто воспринимают их как синонимы из-за того, что они появились одновременно и в одном проекте.
Как мы знаем сегодня, блокчейн лежит в основе многих революционных проектов вроде Ethereum и других технологий, потенциал которых нам еще предстоит раскрыть. Однако именно Сатоши Накамото разработал первый блокчейн на основе алгоритма консенсуса Proof-of-Work (PoW) и показал практический способ его применения для цифровых расчетов.
Со временем появились новые реализации блокчейна, отличающиеся алгоритмом консенсуса, пропускной способностью и языками программирования. Однако, сегодня блокчейны с архитектурой Накамото все еще используют форки (модифицированные копии) биткоина вроде Litеcoin и Bitcoin Cash.
Как работает биткоин: кошельки и транзакции
Любое взаимодействие с биткоином начинается с кошелька. Кошелек — это программное обеспечение, которое позволяет осуществлять транзакции в сети биткоина. Каждый криптокошелек хранит три ключевых параметра учетной записи:
- публичный адрес;
- открытый ключ;
- закрытый ключ.
Чтобы инициировать перевод, пользователь транзакции использует цифровую подпись, которая состоит из открытого и закрытого ключей. Цифровая подпись похожа на физическую и подтверждает правильность данных транзакции. Подписанная транзакция передается на обработку майнерам.
В свою очередь публичный адрес представляет собой криптографический хеш открытого ключа. Он используется в качестве идентификатора, который позволяет найти кошелек и отправить на него активы.
Однако это все «под капотом». Публичные и приватные ключи представляют собой длинные наборы цифр и букв, которые просто неудобно использовать в ручном режиме. Поэтому большинство функций кошелек выполняет автоматически, а интерфейс требует только подтверждения действий через кнопки вроде «подтвердить транзакцию» или «поделиться адресом кошелька».
UTXО или как биткоин определяет ваш баланс
Внешне кажется, что кошелек похож на банковский счет. Однако для учета баланса биткоин использует свой уникальный механизм — неизрасходованные выходы транзакций (unspent transaction output) или UTXO. Эта концепция предполагает, что:
- каждый кошелек имеет определенное количество входящих («входы» или inputs) и исходящих («выходы» или outputs) транзакций;
- для инициации перевода сумма выхода должна быть меньше или равна сумме входов;
- разница между суммой входящих и исходящих транзакций, то есть неизрасходованный выход, и отображает актуальный баланс кошелька.
Чтобы лучше понять, как это работает, рассмотрим небольшой пример.
Допустим, у пользователя А есть биткоин-кошелек с 0,6 BTC на балансе. Затем на его адрес дважды отправляют активы: сначала 3 BTC, а потом еще 0,8 BTC, после чего он решает отправить 3,7 BTC на кошелек пользователя Б.
При осуществлении перевода алгоритм автоматически подбирает подходящие входы для траты. Поскольку ни один из входов отдельно не может покрыть сумму перевода, система сначала потратит вход на 3 BTC, а затем вход на 0,8 BTC. Из 0,8 BTC с последнего входа 0,7 BTC перейдет пользователю Б, а еще 0,1 BTC вернется пользователю А в виде нового входа. С точки зрения UTXO транзакция будет иметь:
- два входа — с 3 BTC и 0,8 BTC;
- один выход — с 3,7 BTC.
Еще один вход на изначальные 0,6 BTC остается незадействованным. В результате этих действий балансы кошельков изменятся следующим образом:
- у пользователя А есть два потраченных выхода (3 BTC и 0,8 BTC), один непотраченный (0,6 BTC) и один новый вход в виде сдачи размером 0,1 BTC. Общий баланс его кошелька составляет 0,7 BTC (0,6 + 0,1);
- у пользователя Б есть один новый вход на 3,7 BTC, который он может отправить, то есть «потратить» как выход в своей следующей транзакции.
Таким образом, баланс кошелька учитывается как сумма всех входящих транзакций минус сумма всех исходящих. При этом все входы и выходы не удаляются, даже если они потрачены, то есть каждая транзакция — это запись в длинной бухгалтерской книге.
Такой механизм гарантирует последовательность данных и позволяет отследить все транзакции в сети вплоть до генезис-блока. Вместе с тем UTXO не подходит для смарт-контрактов, поэтому большинство современных блокчейнов вроде Ethereum используют системы учетных записей и состояний, которые не требует создания входов и выходов при осуществлении операций.
Также важно учитывать, что при использовании биткоина, так же как и при банковском переводе, отправитель платит комиссию. Как правило, она ниже, чем в традиционных финансах и зависит не от суммы операции, а от объема памяти, который занимает транзакция. Комиссия выплачивается майнерам как вознаграждение за работу.
Пользователи могут контролировать, как быстро будут обработаны их транзакции, устанавливая размер комиссии: чем она выше, тем быстрее будет обработана операция.
Майнеры и майнинг
Блокчейн в целом и биткоин в частности — это, по сути, большая база данных. Как и в случае с любой другой базой, ее необходимо поддерживать в актуальном состоянии, например проверять, действительно ли у пользователя есть достаточное количество биткоинов для отправки, менять записи балансов, защищать уже проведенные операции от несанкционированных изменений и так далее.
В традиционных системах вроде Visa или Mastercard все операции осуществляются централизованно и проходят через серверы компании. В корпорациях работают целые департаменты сотрудников, отвечающие за надлежащее состояние этих серверов и хранящейся на них информации. В децентрализованной же сети эти функции выполняют майнеры — участники системы, которые распространяют данные о новых транзакциях, проверяют их и добавляют в блокчейн.
В сети биткоина майнинг выполняет две важные функции:
- проверка транзакций и добавление их в блокчейн;
- эмиссия новой криптовалюты.
Майнеры проверяют транзакции и формируют из них блоки, тратя при этом деньги на оборудование и электроэнергию. Эти издержки необходимы, поскольку для добавления блока майнерам нужно подобрать 64-значный набор цифр и букв — хеш. Расчеты для его подбора энергоемкие и требуют покупки дорогостоящих устройств для майнинга (ASIC).
О том, как вообще работает хеш-функция, мы говорили на предыдущем уроке. Конкретно биткоин использует для хеширования алгоритм SHA-256, который вне зависимости от входящего объема информации всегда трансформирует ее в строку символом размером 256 бит.
Второй важный аспект заключается в том, что кодом биткоина предусмотрен выпуск новых монет только при формировании нового блока. То есть эмиссия происходит в заранее известном количестве и предсказуемыми темпами, что отличает биткоин от фиатных валюты, масштабы и темпы выпуска которой определяются государством произвольно и не имеют ограничений.
В начале существования блокчейна при добавлении каждого блока майнеры получали 50 BTC. Но со временем (раз в 210 000 блоков, или примерно каждые четыре года) эта сумма сокращается вдвое. Этот процесс называется халвингом и приводит к постепенному снижению темпов эмиссии.
При достижении значения в 21 000 000 BTC выпуск новых монет прекратится полностью, а майнеры будут получать в качестве награды за работу только комиссии пользователей. Это произойдет примерно в 2140 году и, в теории, должно способствовать росту цены биткоина из-за ограничения предложения.
Биткоин — физически ограниченный актив, как, например, золото, залежи которого рано или поздно иссякнут. Этот один из факторов, способствующих росту котировок.
Обработка транзакций майнерами
Теперь, когда мы разобрали технические основы работы сети, можем воспроизвести жизненный цикл транзакции в разрезе майнинга. Обработка переводов осуществляется в следующем порядке:
- Пользователи инициируют транзакцию, подписывают и транслируют ее в сеть.
- После этого транзакции попадают во временное хранилище — так называемый мемпул (от англ. memory pool).
- Майнер выбирает из мемпула транзакцию на основе собственных критериев (как правило, с самой высокой комиссией) и проверяет указанную в ней информацию. В одном блоке может быть несколько таких операций.
- Дальше майнер случайно подбирает число, которое называется нонс. Это число добавляется к информации о транзакциях и хешируется, то есть преобразуется в хеш по правилам алгоритма SHA-256.
- Если хеш меньше установленного алгоритмом сети целевого значения, то майнер объявляет о найденном блоке, а также предоставляет данные (транзакции и нонс), которые были использованы для получения хеша.
- Первый майнер, который сформирует блок, получает вознаграждение за счет эмиссии новых монет, то есть «майнит» биткоин.
- Остальные участники подтверждают подлинность блока и добавляют его в свою копию реестра.
Так формируется блокчейн. Причем код биткоина предусматривает, что время добычи нового блока стремится к 10 минутам, независимо от того, насколько мощное оборудование задействовано для расчетов. Алгоритм автоматически настраивает сложность создания хеша, чтобы соблюдать установленные темпы, и калибрует ее каждые две недели в зависимости от совокупной мощности оборудования майнеров.
Ноды биткоина
Кроме майнеров сеть биткоина также формируют обычные узлы (ноды) — серверы, на которых хранится копия данных сети.
Ноды не занимаются хешированием данных, поэтому не требуют такого же мощного оборудования, как майнеры, но они взаимодействуют с майнерами и постоянно обмениваются друг с другом информацией (синхронизируются), чтобы убедиться, что их копия базы соответствует общепринятой.
Чтобы гарантировать консенсус, ноды проверяют каждый добытый майнерами блок на соответствие правилам сети. К транзакциям выдвигаются следующие требования:
- правильная подпись;
- правильная структура данных;
- сумма перевода не должна превышать баланс пользователя;
- вознаграждение за майнинг не должно расходоваться раньше, чем через 100 блоков;
- объем данных в блоке не должен выходить за установленный лимит.
Если блок проходит проверку, то нода добавляет его в свою копию базы данных и передает соседним узлам. Те, в свою очередь, также проверяют блок и транслируют его дальше по сети. Благодаря этому механизму ноды и майнеры остаются синхронизированными и поддерживают консенсус по поводу информации в блокчейне.
Для того чтобы блок окончательно был записан в копию или отклонен, его должны утвердить или отвергнуть более 50% узлов. Однако на практике транзакция считается действительной, если получила хотя бы шесть подтверждений, поскольку процесс синхронизации всех узлов занимает много времени и создает трудности при проведении операций.
Развитие и обновление биткоина
Биткоин принято считать статичной сетью, код которой не обновлялся и не менялся с момента запуска. Однако это не совсем так. Эволюция биткоина происходит с помощью так называемых BIP (Bitcoin Improvement Proposal), то есть предложений по обновлению.
Эти предложения выдвигаются разработчиками, затем обсуждаются в сообществе и выносятся на голосование майнеров и узлов. Если сообщество согласовывает обновления, они вносятся в код в одной из двух возможных форм:
- хардфорк — «жесткое» обновление, которое делает новую версию сети несовместимой со старой. В случае хардфорка блокчейн разделяется на две сети, а его участники выбирают, какую версию они будут поддерживать дальше. С помощью хардфорка было запущено несколько криптовалют, таких как Litecoin или Bitcoin Cash, которые, по сути, используют видоизмененный исходный код биткоина;
- софтфорк — «мягкое» обновление, при котором новая версия кода совместима со старой. В этом случае блокчейн сохраняет целостность, а пользователи могут одновременно взаимодействовать как со старой, так и с новой версией сети.
Наиболее известными и важными обновлениями для биткоина стали:
- Segregated Witness. Софтфорк, который изменил порядок записи данных в блокчейн и повысил пропускную способность сети, сохранив совместимость со старыми версиями транзакций;
- Taproot. Софтфорк, который обновил подписи, используемые в сети, и ввел ряд улучшений, нацеленных на конфиденциальность и повышение пропускной способности сети.
Кроме обновления кода, биткоин развивается за счет появления новых протоколов и надстроек, расширяющих возможности базовой сети. Например:
- Ordinals. Биткоин-протокол, появившийся зимой 2023 года и позволивший выпускать в сети биткоина аналог незавимозаменяемых токенов (NFT) и записывать в блокчейн мультимедийные данные;
- BRC-20. Технический стандарт на базе Ordinals, который сделал возможным создание токенов в сети биткоина. В 2024 году на замену BRC-20 пришло более совершенное решение — Runes.
Немаловажную роль в экосистеме играют и решения второго уровне вроде Lightning Network. Они обрабатывают основную массу транзакций вне блокчейна, а затем передает завершенные транзакции пакетом, что позволяет экономить на комиссиях и обеспечивает более быстрые расчеты. Современные проекты также пытаются реализовать в сети биткоина смарт-контракты или задействовать криптовалюту в стейкинге.
Для чего нам все это?
После изучения технических аспектов криптовалют у новичков часто возникает вопрос, для чего вообще майнерам тратить огромное количество электроэнергии, а пользователям разбираться с закрытыми и открытыми ключами? Можно же использовать привычный онлайн-банкинг или цифровые кошельки вроде PayPal и не волноваться из-за технических сложностей.
Ключевое отличие в том, что биткоин создан как основа более надежной и безопасной цифровой финансовой системы, которая предоставляет пользователям:
- конфиденциальность. С помощью биткоина возможно осуществлять переводы без раскрытия персональных данных;
- доступность. Участники сети могут находиться в любой стране мира, что отличает криптовалюту от банковских переводов или электронных платежных систем;
- отсутствие цензуры. Правительство может запретить использовать или хранить биткоин, но оно не может технически вмешаться в работу самой сети;
- возможность заработать. Биткоин часто используется как спекулятивный актив, позволяющий быстро получить прибыль. Однако такие инвестиции связаны с дополнительными рисками;
- предсказуемость. Биткоин имеет ограниченное предложение в размере 21 млн монет, что отличает его от традиционных (фиатных) валют, которые можно вводить в обращение в неограниченных количествах.
В целом биткоин предлагает новый подход к финансовым операциям, обеспечивая большую свободу и контроль над активами для пользователей. Однако, как и любая новая технология, он имеет свои риски и сложности, а его использование требует знаний и понимания многих технических нюансов.
Однако сегодня биткоин является лишь одним из многих активов криптовалютного рынка, поэтому в следующем выпуске мы рассмотрим другие, альтернативные инструменты. Некоторые из них хорошо известны, другие — все еще ждут своего часа, однако все они так или иначе формируют ландшафт современной индустрии.
Будет интересно
