Урок 3: Що таке біткоїн?

Що таке біткоїн і коли він з’явився?

Біткоїн — це однорангова платіжна система, побудована з використанням технології блокчейн. Біткоїн вважають першою криптовалютою в її сучасному розумінні, а також децентралізованою системою передачі цінності в цифровому просторі.

Для здійснення транзакцій у мережі використовується однойменна облікова одиниця — біткоїн (BTC). Кожен BTC ділиться на більш дрібні частини — сатоші (SAT). BTC і SAT можна порівняти з доларом і центом, тільки якщо в одному доларі 100 центів, то в одному біткоїні 100 млн сатоші.

Коротка історія біткоїна

Перша згадка про біткоїн з’явилася 2008 року, коли людина (або група осіб) під псевдонімом Сатоші Накамото опублікувала технічний документ під назвою Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, у якому описала децентралізовану однорангову мережу для передання цінності.

Річниця Bitcoin white paper: що за свято і чому воно важливе

31.10.2022

4 мин

930

читати

Однак історія криптовалют і, зокрема, біткоїна почалася з руху шифропанків у 1990-х роках. Учасники цієї субкультури захоплювалися інтернетом і тією свободою, яку він може дати звичайним людям. Шифропанки боролися за анонімність і намагалися послабити контроль влади в різних сферах, включно з фінансовою системою.

Однак тригером, який вивів їхню діяльність на новий рівень, стала економічна криза 2008 року. Ця подія показала, наскільки незбалансованою є традиційна фінансова система і наскільки погано захищені звичайні вкладники. Сотні тисяч людей збідніли за лічені дні, поки уряди ухвалювали рішення на користь банків та інвестиційних компаній.

Після краху фондового ринку в США та інших провідних країнах шифропанки створили кілька платіжних систем, в яких використовується криптографія для вирішення основних проблем електронних розрахунків. Найуспішнішими проектами стали Hashcash і Bit Gold. Ці мережі так і не набули широкого поширення, проте використовувані в них технічні рішення лягли в основу біткоїна.

Сатоші Накамото зібрав напрацювання шифропанків та інших програмістів. Він об’єднав Древо Меркла, функції криптографічного шифрування і розподілений реєстр, створивши по суті нову технологію під назвою блокчейн і засновану на цій архітектурі платіжну мережу.

Урок 2: Що таке блокчейн і як він працює

03.05.2024

30 хв

1643

читати

Блокчейн біткоїна запустили 3 січня 2009 року. Саме цього дня о 18:15:05 було згенеровано перший блок або так званий генезис-блок мережі. За дев’ять днів Накамото провів першу блокчейн-транзакцію, надіславши біткоїн зі свого гаманця на адресу програміста Хела Фінні.

Ще через дев’ять місяців біткоїн уперше почав торгуватися на біржі New Liberty Standard за курсом 1309 BTC за $1. А в лютому 2010 року з’явився Bitmarket – перший торговельний майданчик, створений для обміну криптовалюти.

Ми детально розібрали історію біткоїна до 2016 року в нашому першому уроці. Почніть із нього, якщо раптом пропустили.

Хто такий Сатоші Накамото?

Акаунт Сатоші Накамото на форумі Bitcoin.org був активний 2009-2010 роках. Після цього його власник повністю обірвав контакти із зовнішнім світом, перестав спілкуватися на сервісі та виходити на зв’язок. Це мовчання викликало появу свого роду міфології навколо особистості творця першої криптовалюти.

Є багато теорій про те, хто ховається за цим псевдонімом. Але найімовірніше, ця людина є математиком або програмістом. Коли знаменитий дослідник Ден Камінскі вперше побачив код Сатоші, він спробував зламати його за допомогою дев’яти різних методів, але так і не домігся успіху.

Прихильники конспірологічних теорій вважають, що під псевдонімом Накамото ховаються Ілон Маск або ЦРУ. А деякі особистості на кшталт Крейга Райта, досі намагаються довести, що саме вони і є Сатоші Накамото;

Ким би не був Сатоші, очевидно, що він вважає за краще залишатися в тіні, не втручаючись у долю створеної ним мережі та криптоіндустрії.

Зв’язок біткоїна і блокчейна

Блокчейн і біткоїн — це два незалежні поняття, хоча новачки часто сприймають їх як синоніми через те, що вони з’явилися одночасно і в одному проєкті.

Як ми знаємо сьогодні, блокчейн лежить в основі багатьох революційних проєктів на кшталт Ethereum та інших технологій, потенціал яких нам ще належить розкрити. Однак саме Сатоші Накамото розробив перший блокчейн на основі алгоритму консенсусу Proof-of-Work (PoW) і показав практичний спосіб його застосування для цифрових розрахунків.

Згодом з’явилися нові реалізації блокчейна, що відрізняються алгоритмом консенсусу, пропускною спроможністю та мовами програмування. Однак, сьогодні блокчейни з архітектурою Накамото все ще використовують форки (модифіковані копії) біткоїна на кшталт Litеcoin і Bitcoin Cash.

Як працює біткоїн: гаманці та транзакції

Будь-яка взаємодія з блокчейном починається з гаманця. Гаманець — це програмне забезпечення, яке дає змогу здійснювати транзакції в мережі біткоїна. Кожен криптогаманець зберігає три ключові параметри облікового запису:

• публічна адреса;
• відкритий ключ;
• закритий ключ.

Щоб ініціювати переказ, користувач транзакції використовує цифровий підпис, який складається з відкритого і закритого ключів. Цифровий підпис схожий на фізичний і підтверджує правильність даних транзакції. Підписана транзакція передається на обробку майнерам.

Публічна адреса своєю черго є криптографічним хешем відкритого ключа. Вона використовується як ідентифікатор, який дає змогу знайти гаманець і відправити на нього активи.

Однак це все «під капотом». Публічні та приватні ключі являють собою довгі набори цифр і букв, які просто незручно використовувати в ручному режимі. Тому більшість функцій гаманець виконує автоматично, а інтерфейс вимагає тільки підтвердження дій через кнопки на кшталт «підтвердити транзакцію» або «поділитися адресою гаманця».

UTXО або як біткоїн визначає ваш баланс

Зовні здається, що гаманець схожий на банківський рахунок. Однак для обліку коштів біткоїн використовує свій унікальний механізм — невитрачені виходи транзакцій (unspent transaction output) або UTXO. Ця концепція передбачає, що:

• кожен гаманець має певну кількість вхідних («входи» або inputs) і вихідних («виходи» або outputs) транзакцій;
• для ініціації переказу сума виходу має бути меншою або дорівнювати сумі входів;
• різниця між сумою вхідних і вихідних транзакцій, тобто невитрачений вихід, і відображає актуальний баланс гаманця.

Щоб краще зрозуміти, як це працює, розглянемо невеликий приклад.

Припустимо, у користувача А є біткоїн-гаманець з 0,6 BTC на балансі. Потім на його адресу двічі відправляють активи: спочатку 3 BTC, а потім ще 0,8 BTC, після чого він вирішує відправити 3,7 BTC на гаманець користувача Б.

Під час здійснення переказу алгоритм автоматично підбирає відповідні входи для витрати. Оскільки жоден із входів окремо не може покрити суму переказу, система спочатку витратить вхід на 3 BTC, а потім вхід на 0,8 BTC. З 0,8 BTC з останнього входу 0,7 BTC перейде користувачеві Б, а ще 0,1 BTC повернеться користувачеві А у вигляді нового входу. З точки зору UTXO транзакція матиме:

• два входи — з 3 BTC і 0,8 BTC;
• один вихід — з 3,7 BTC.

Ще один вхід на початкові 0,6 BTC залишається незадіяним. У результаті цих дій баланси гаманців зміняться таким чином:

• у користувача А є два витрачених виходи (3 BTC і 0,8 BTC), один невитрачений (0,6 BTC) і один новий вхід у вигляді здачі розміром 0,1 BTC. Загальний баланс його гаманця становить 0,7 BTC (0,6 + 0,1);
• у користувача Б є один новий вхід на 3,7 BTC, який він може відправити, тобто витратити як вихід у своїй наступній транзакції.

Таким чином, баланс гаманця враховується як сума всіх вхідних транзакцій мінус сума всіх вихідних. При цьому всі входи і виходи не видаляються, навіть якщо вони витрачені, тобто кожна транзакція — це запис у довгій бухгалтерській книзі.

Такий механізм гарантує послідовність даних і дає змогу відстежити всі транзакції в мережі аж до генезис-блока. Водночас UTXO не підходить для смарт-контрактів, тому більшість сучасних блокчейнів на кшталт Ethereum використовують системи облікових записів і станів, що не вимагають створення входів і виходів під час здійснення операцій.    

Також важливо враховувати, що під час використання біткоїна, так само як і під час банківського переказу, відправник платить комісію. Як правило, вона нижча, ніж у традиційних фінансах і залежить не від суми операції, а від обсягу пам’яті, який займає транзакція. Комісія виплачується майнерам як винагорода за роботу.

Користувачі можуть контролювати, як швидко буде опрацьовано їхні транзакції, встановлюючи розмір комісії: що вона вища, то швидше опрацюють операцію.

Майнери та майнінг

Блокчейн загалом і біткоїн зокрема — це, по суті, велика база даних. Як і у випадку з будь-якою іншою базою, її необхідно підтримувати в актуальному стані, наприклад, перевіряти, чи справді користувач має достатню кількість біткоїнів для відправки, змінювати записи балансів, захищати вже проведені операції від несанкціонованих змін тощо.

У традиційних системах на кшталт Visa або Mastercard усі операції здійснюються централізовано і проходять через сервери компанії. У корпораціях працюють цілі департаменти співробітників, які відповідають за належний стан цих серверів та інформації, що зберігається на них. У децентралізованій же мережі ці функції виконують майнери — учасники системи, які поширюють дані про нові транзакції, перевіряють їх і додають у блокчейн.

У мережі біткоїна майнінг виконує дві важливі функції:

• перевірка транзакцій і додавання їх у блокчейн;
• емісія нової криптовалюти.

Майнери перевіряють транзакції і формують з них блоки, витрачаючи при цьому гроші на обладнання та електроенергію. Ці витрати необхідні, оскільки для додавання блоку майнерам потрібно підібрати 64-значний набір цифр і букв — хеш. Розрахунки для його підбору енергоємні та вимагають купівлі дорогих пристроїв для майнінгу (ASIC).

Про те, як взагалі працює хеш-функція, ми говорили на попередньому уроці. Конкретно біткоїн використовує для хешування алгоритм SHA-256, який незалежно від вхідного обсягу інформації завжди трансформує її в рядок символом розміром 256 біт.

Другий важливий аспект полягає в тому, що кодом біткоїна передбачено випуск нових монет тільки під час формування нового блоку. Тобто емісія відбувається в заздалегідь відомій кількості та передбачуваними темпами, що відрізняє біткоїни від фіатної валюти, масштаби та темпи випуску якої визначаються державою довільно і не мають обмежень.

На початку існування блокчейна при додаванні кожного блоку майнери отримували 50 BTC. Але з часом (раз на 210 000 блоків, або приблизно кожні чотири роки) ця сума скорочується вдвічі. Цей процес називається халвінгом і призводить до поступового зниження темпів емісії.

Халвінг біткоїну у 2024 році: коли станеться і як вплине на ціну BTC

06.03.2024

18 хв

34679

читати

При досягненні значення в 21 000 000 BTC випуск нових монет припиниться повністю, а майнери отримуватимуть як нагороду за роботу тільки комісії користувачів. Це станеться приблизно 2140 року і, в теорії, має сприяти зростанню ціни біткоїна через обмеження пропозиції.

Біткоїн — фізично обмежений актив, як, наприклад, золото, поклади якого рано чи пізно вичерпаються. Це один з факторів, що сприяють зростанню котирувань.

Обробка транзакцій майнерами

Тепер, коли ми розібрали технічні основи роботи мережі, можемо відтворити життєвий цикл транзакції в розрізі майнінгу. Обробка переказів здійснюється в такому порядку:

• Користувачі ініціюють транзакцію, підписують і транслюють її в мережу.
• Після цього транзакції потрапляють у тимчасове сховище — так званий мемпул (від англ. memory pool).
• Майнер обирає з мемпула транзакцію на основі власних критеріїв (як правило, з найвищою комісією) і перевіряє зазначену в ній інформацію. В одному блоці може бути кілька таких операцій.
• Далі майнер випадково підбирає число, яке називається нонс. Це число додається до інформації про транзакції і хешується, тобто перетворюється на хеш за правилами алгоритму SHA-256.
• Якщо хеш менший за встановлене алгоритмом мережі цільове значення, то майнер оголошує про знайдений блок, а також надає дані (транзакції та нонс), які були використані для отримання хешу.
• Перший майнер, який сформує блок, отримує винагороду за рахунок емісії нових монет, тобто «майнить» біткоїн.
• Решта учасників підтверджують достовірність блоку і додають його у свою копію реєстру.

1. После этого транзакции попадают во временное хранилище — так называемый мемпул (от англ. memory pool).
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Первый майнер, который сформирует блок, получает вознаграждение за счет эмиссии новых монет, то есть «майнит» биткоин.
6. Остальные участники подтверждают подлинность блока и добавляют его в свою копию реестра.

Так формується блокчейн. Причому код біткоїна передбачає, що час видобутку нового блоку наближаєтьс до 10 хвилин, незалежно від того, наскільки потужне обладнання задіяно для розрахунків. Алгоритм автоматично налаштовує складність створення хешу, щоб дотримуватися встановлених темпів, і калібрує її кожні два тижні залежно від сукупної потужності обладнання майнерів.

Ноди біткоїна

Крім майнерів мережу біткоїна також формують звичайні вузли (ноди) — сервери, на яких зберігається копія даних мережі.

Ноди не займаються хешуванням даних, тому не потребують такого ж потужного обладнання, як майнери, але вони взаємодіють з майнерами та постійно обмінюються один з одним інформацією (синхронізуються), щоб переконатися, що їхня копія бази відповідає загальноприйнятій.

Щоб гарантувати консенсус, ноди перевіряють кожен видобутий майнерами блок на відповідність правилам мережі. До транзакцій висуваються такі вимоги:

• правильний підпис;
• правильна структура даних;
• сума переказу не повинна перевищувати баланс користувача;
• винагорода за майнінг не повинна витрачатися раніше, ніж через 100 блоків;
• обсяг даних у блоці не повинен виходити за встановлений ліміт.

Якщо блок проходить перевірку, то нода додає його у свою копію бази даних і передає сусіднім вузлам. Ті, своєю чергою, також перевіряють блок і транслюють його далі мережею. Завдяки цьому механізму ноди і майнери залишаються синхронізованими і підтримують консенсус щодо інформації в блокчейні.

Для того щоб блок остаточно був записаний у блокчейн або відхилений, його мають затвердити або відкинути понад 50% вузлів. Однак на практиці транзакція вважається дійсною, якщо отримала хоча б шість підтверджень, оскільки процес синхронізації всіх вузлів забирає багато часу і створює труднощі під час проведення операцій.

Розвиток і оновлення біткоїна

Біткоїн заведено вважати статичною мережею, код якої не оновлювався і не змінювався з моменту запуску. Однак це не зовсім так. Еволюція біткоїна відбувається за допомогою так званих BIP (Bitcoin Improvement Proposal), тобто пропозицій щодо оновлення.

Ці пропозиції висувають розробники, потім обговорюють у спільноті та виносять на голосування майнерів і вузлів. Якщо спільнота погоджує оновлення, їх вносять у код в одній із двох можливих форм:

• хардфорк — «жорстке» оновлення, яке робить нову версію мережі несумісною зі старою. У разі хардфорка блокчейн розділяється на дві мережі, а його учасники обирають, яку версію вони підтримуватимуть далі. За допомогою хардфорка було запущено кілька криптовалют, як-от Litecoin або Bitcoin Cash, які, по суті, використовують видозмінений вихідний код біткоїна;
• софтфорк — «м’яке» оновлення, за якого нова версія коду сумісна зі старою. У цьому разі блокчейн зберігає цілісність, а користувачі можуть одночасно взаємодіяти як зі старою, так і з новою версією мережі.

Найбільш відомими і важливими оновленнями для біткоїна стали:

• Segregated Witness. Софтфорк, який змінив порядок запису даних у блокчейн і підвищив пропускну здатність мережі, зберігши сумісність зі старими версіями транзакцій;
• Taproot. Софтфорк, який оновив підписи, що використовуються в мережі, і запровадив низку поліпшень, націлених на конфіденційність і підвищення пропускної здатності мережі.

Крім оновлення коду, біткоїн розвивається за рахунок появи нових протоколів і надбудов, що розширюють можливості базової мережі. Наприклад:

• Ordinals. Біткоїн-протокол, що з’явився взимку 2023 року і дав змогу випускати в мережі біткоїна аналог взаємонезамінних токенів (NFT) і записувати в блокчейн мультимедійні дані;
• BRC-20. Технічний стандарт на базі Ordinals, який уможливив створення токенів у мережі біткоїна. У 2024 році на заміну BRC-20 прийшло більш досконале рішення – Runes.

• 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. 

Важливу роль в екосистемі відіграють і рішення другого рівня на кшталт Lightning Network. Вони обробляють основну масу транзакцій поза блокчейном, а потім передають завершені транзакції пакетом, що дає змогу економити на комісіях і забезпечує більш швидкі розрахунки. Сучасні проекти також намагаються реалізувати в мережі біткоїна смарт-контракти або задіяти криптовалюту в стейкінгу.

Для чого нам усе це?

Після вивчення технічних аспектів криптовалют у новачків часто виникає питання, для чого взагалі майнерам витрачати величезну кількість електроенергії, а користувачам розбиратися із закритими і відкритими ключами? Можна ж використовувати звичний онлайн-банкінг або цифрові гаманці на кшталт PayPal і не хвилюватися через технічні складнощі.

Ключова відмінність у тому, що біткоїн створено як основу надійнішої та безпечнішої цифрової фінансової системи, яка надає користувачам:

• конфіденційність. За допомогою біткоїна можливо здійснювати перекази без розкриття персональних даних;
• доступність. Учасники мережі можуть перебувати в будь-якій країні світу, що відрізняє криптовалюту від банківських переказів або електронних платіжних систем;
• відсутність цензури. Уряд може заборонити використовувати або зберігати біткоїн, але він не може технічно втрутитися в роботу самої мережі;
• можливість заробити. Біткоїн часто використовується як спекулятивний актив, що дозволяє швидко отримати прибуток. Однак такі інвестиції пов’язані з додатковими ризиками;
• передбачуваність. Біткоїн має обмежену пропозицію в розмірі 21 млн монет, що відрізняє його від традиційних (фіатних) валют, які можна вводити в обіг у необмежених кількостях.

• 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.

Загалом біткоїн пропонує новий підхід до фінансових операцій, забезпечуючи більшу свободу і контроль над активами для користувачів. Однак, як і будь-яка нова технологія, він має свої ризики та складнощі, а його використання вимагає знань і розуміння багатьох технічних нюансів.

Однак сьогодні біткоїн є лише одним із багатьох активів криптовалютного ринку, тому в наступному випуску ми розглянемо інші, альтернативні інструменти. Деякі з них добре відомі, інші — все ще чекають свого часу, проте всі вони так чи інакше формують ландшафт сучасної індустрії.