Александр Цихилов - Блокчейн. Принципы и основы

секретного ключа из публичного. Вообще данные для параметров

эллиптических кривых взяты из рекомендаций консорциума SECG, который

разработал «Стандарты для эффективной криптографии», использующиеся в

том числе и в проекте Биткоин. Параметры рассчитаны таким образом, чтобы

придать системе наименьшую уязвимость при попытке атаковать шифры, созданные на базе асимметричных криптографических методов. На текущий

момент неизвестно ни об одной успешной попытке взлома алгоритма

эллиптической криптографии, использующегося с параметрами, рекомендованными SECG. Возможно, эти задачи будут успешно решать

квантовые компьютеры, но для этого им необходимо обзавестись достаточным

количеством кубитов, а на это потребуется время, возможно, даже весьма

значительное.

Вернемся к генерации ключей. Сначала случайным образом создается 256-

битный закрытый ключ, а затем из него математически вычисляется публичный

ключ точно такого же размера. Однако публичный ключ — это еще не совсем

адрес Биткоин. Для того чтобы он стал адресом, с ним необходимо провести

определенные процедуры. Сначала открытый ключ последовательно

пропускают через два различных алгоритма хеширования (SHA-256 и MD5). В

последнем случае его адрес укорачивается с 256 бит до 160. Затем к

полученному результату в начало добавляют один байт идентификатора сети

(основная сеть или тестовая), а в конец — четыре байта контрольной суммы

адреса, которая также представляет собой часть хеша последнего результата.

Контрольная сумма необходима для проверки, если ввод адреса

осуществляется вручную: в случае ошибочного ввода система выдаст

предупреждение. Транзакции в блокчейн являются безотзывными, поэтому

отправитель криптосредств не имеет права на ошибку. Если адрес будет

введен некорректно, средства отправителя уйдут «в никуда». А точнее — на

адрес, от которого ни у кого из потенциальных пользователей сети не будет

«отмычки» в виде секретного ключа. В результате никто не сможет предъявить

права на эти средства, которые, таким образом, будут безвозвратно потеряны

для системы.

Завершающий шаг в процедуре получения адреса Биткоин — его

преобразование в более «читаемый» вид. Для этого блок данных в формате

шестнадцатеричного кода (использующего цифры от 0 до 9 и буквы от A до F) преобразуется алгоритмом Base58 в строку, содержащую цифры, а также

маленькие и большие латинские буквы. Данная процедура необходима, чтобы

исключить из адреса символы, которые могут двояко трактоваться при ручном

наборе: например, латинская маленькая l и большая латинская I или большая

буква O и цифра 0. Все эти меры направлены на дополнительную защиту от

ошибочного ввода адреса при совершении транзакций. По завершении всех

необходимых процедур Биткоин-адрес может приобрести, например, следующий вид:

Теперь у пользователя есть свой адрес в сети Биткоин, хотя сама сеть об этом

пока еще ничего не знает, поскольку пользователь осуществлял генерацию

адреса на своем локальном устройстве. Но имея пару ключей и

сформированный из них адрес, пользователь может получать на него

криптосредства, а затем отправлять их на любой другой адрес, который

пожелает. И тогда с первой транзакцией, по мере ее распространения по сети, об этом адресе начнут узнавать как о новом участнике системы. Возникает

вопрос: куда именно попадет транзакция? Логично было бы предположить, что

она должна быть включена в блок, который в данный момент формируется

сетью. Однако это не совсем так — сначала транзакция рассылается по всей

сети через прямые соединения между различными узлами. При этом каждый

из узлов, получив новую транзакцию, осуществляет ее проверку на

«валидность». Узлы проверяют, располагает ли в действительности

отправитель той суммой, которую он желает переслать. Осуществить такую

проверку возможно, вычисляя все «непотраченные выходы» по предыдущим

транзакциям в пользу данного отправителя. Также математически проверяется

соответствие цифровой электронной подписи отправителя указанному им

своему открытому ключу. Это нужно для того, чтобы удостовериться, что

отправитель транзакции обладает закрытым ключом от адреса, с которого он

собирается потратить деньги. Если транзакция успешно прошла все

необходимые проверки, то она попадает во временное хранилище, которое

называется «мемпул» (mempool).

Мемпул — это что-то вроде очереди транзакций, ожидающих, пока их включат

в блок. Каждый узел самостоятельно определяет размер мемпула, который он

будет у себя хранить. Разница между обычной очередью и мемпулом состоит в

различной форме приоритизации поступающих на обработку транзакций. Если

в обычной очереди данные обрабатываются в зависимости от времени их

поступления, то в мемпуле их ранжируют по величине комиссии, которую

отправители определили для своих транзакций. Как уже упоминалось, величина транзакционной комиссии устанавливается отправителем

самостоятельно, исходя из его пожеланий в отношении скорости включения

данной транзакции в ближайшие создаваемые блоки. Поскольку создатель

блока забирает всю комиссию по всем включенным в него транзакциям в свою

пользу, логично было бы предположить, что он будет в первую очередь

включать в блок транзакции с наибольшей комиссией.

Если учесть тот факт, что размер блока в сети Биткоин ограничен одним

мегабайтом, а средний размер транзакции составляет около 300 байт, то в

один блок можно поместить около 4000 транзакций, что само по себе

достаточно немного. Сеть Биткоин настроена таким образом, что каждый

новый блок создается примерно один раз в десять минут, поэтому пропускная

способность всей сети составляет около семи транзакций в секунду. В периоды

повышенной нагрузки на сеть, когда количество транзакций может

существенно возрасти, мемпул начинает сильно увеличиваться в своих

размерах, в то время как скорость включения транзакций в блоки уменьшается.

Поэтому, чтобы транзакция попала в новый блок как можно быстрее, отправители начинают увеличивать комиссию. В декабре 2017 года был

отмечен рекордный размер мемпула — около 140 мегабайт, при этом

количество транзакций, ожидающих обработки, превысило 200 000. Однако

уже спустя полгода напряжение в сети Биткоин существенно снизилось, величина мемпула упала до единиц мегабайт, а комиссия за обработку

транзакций вернулась к обычным значениям.

Как уже отмечалось, каждый участник сети, являясь равнозначным по правам с