Но тут возникает роковое, на первый взгляд, противоречие: с одной стороны, необходимо иметь запись о всех транзакциях, которую могли бы контролировать все участники (видеть ковер в целом и все итоговые стежки, читать все страницы в своей электронной копии «гроссбуха»); но, с другой стороны, индивидуальную конфиденциальную информацию, дающую доступ к деньгам, надо надежно защитить от всех, в том числе и участников системы. Как же это сделать? На помощь приходит гениальное открытие — хеш-функция (хеширование).
Рискну сказать, что хеширование — это особый вид шифрования, хотя подозреваю, что математики могут возражать против использования этого слова в данном контексте. Действительно, строго говоря, это нечто другое: ведь каждый шифр, независимо от его сложности, теоретически может быть расшифрован, но не хеш-функция, она работает только в одну сторону. Это сложный алгоритм, который превращает любое (практически бесконечное) количество информации в буквенно-цифровой шестнадцатеричный код — хеш-сумму. Меня особенно поражает то, что можно хешировать как полный текст «Войны и мира», так и любые числа, например 123, или даже одну-единственную какую-нибудь цифру, и получить похожую по внешнему виду строку, что-то вроде вот этого:
c3xс2483p0b2923820dcc509a6f7549b
Совершенно невозможно угадать, что такой набор 32 знаков означает: или все перипетии великой исторической драмы, или какую-то цифру, или вообще ничего. Но! Если изменить в тексте романа хоть одну (!) букву, то и этот его хешированный «итог» тут же изменится. При этом вы никогда не сможете произвести вычисление в противоположную сторону, то есть невозможно превратить хеш-сумму обратно в роман. Но можно доказать, что этот на вид бессмысленный и случайный набор цифр и букв «принадлежит» или соответствует «Войне и миру». Между ними существует некая неразрывная, роковая, почти мистическая связь.
Вот еще одна метафора: хеш-сумма подобна отпечатку пальца, по которому можно точно определить личность. Но вы не сможете по нему узнать ни размер пальца, ни форму ногтя, и тем более ничего он вам не скажет о цвете глаз, росте, весе и поле владельца пальца. Личность удостоверит надежно. Но не даст вам доступа к чувствительной личной информации. Точно так же транзакции записываются в сети, чтобы все участники могли их проверить, но при этом частные коды биткоинов надежно защищены. Что-то похожее на хеширование происходит в онлайн-банкинге: компьютеру банка не разрешается знать ваш пароль, но он хранит полученное с помощью алгоритма его производное и может проверить по нему, что это именно вы, а не кто-то другой. Это своего рода «электронный отпечаток» вашего «электронного пальца», и он позволяет надежно удостоверить вашу личность.
Не буду притворяться, будто полностью понимаю математическую суть происходящего в хеш-алгоритме. Но некую общую идею, мне кажется, дает одно из ранних описаний хеш-суммы как остатка от деления исходных данных на натуральные числа. Но только современный алгоритм SHA 265 использует формулы во много раз более сложные.
Некоторые полагают, что история хеширования восходит к 1610 году, когда Галилео Галилей зашифровал свое сообщение о наблюдении колец Сатурна. Он хотел «застолбить» открытие за собой, не выдавая раньше времени его сути. Записал фразу: Smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras.
Пришло время, и он сделал достоянием гласности оригинал: Altissimum planetam tergeminum obseruaui. То есть, в переводе с латыни, «Высочайшую планету тройною наблюдал». Что, конечно, было пока еще довольно сырым, невнятным наблюдением, но то, что Сатурн — необычная планета, было установлено, и начало ее исследованию положено. Но для истории криптографии важнее, что это был пример своеобразной хеш-суммы. Только, разумеется, на выходе она получилась не фиксированной длины и тем более не шестнадцатеричной. Но, по сути, близко. Или прочитайте такую строчку: ааааааа, ссссс, d, еееее, g, h, iiiiiii, lllll, mm, nnnnnnnnn, oooo, pp, q, rr, s, ttttt, uuuuu. Механизм алгоритма здесь предельно простой: все буквы зашифрованной фразы расставлены по алфавиту. Но мыслимо ли ее расшифровать, вычислить в обратную сторону? Нет, практически невозможно. Но это как раз и есть способ получить доказательство связи с исходной фразой, но так, чтобы угадать ее нельзя было. Это и есть суть хеширования. А исходная фраза была такая: Annulo cingitur, tenui plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinator. То есть «Окружен кольцом тонким, плоским, нигде не подвешенным, наклоненным к эклиптике». И речь шла о все том же Сатурне и его кольцах, с которыми более толково разобрался голландский физик, астроном и изобретатель Христиан Гюйгенс, почти полвека спустя продолживший дело Галилея.
В системе Биткоина транзакции записываются в блок, хешированная сумма которого входит в новый блок, будто цепью прикрепляя его к предыдущему. Получается блокчейн. Как тот самый ковер, на котором каждый участник вышивает свои строчки. Или книга, или каменная плита с выбитыми на ней записями. Опять же результат — у всех на виду, и его не изменить.
Блокчейн все ж не камень, а потому теоретически кто-то может попытаться предъявить права на чужую строчку или попробует второй раз истратить тот же биткоин, но для этого надо представить «доказательство выполнения работы». В компьютерном мире это не справка из важного учреждения с гербовыми знаками и печатями, но нечто еще более надежное. Сверхсложное и требующее неимоверного количества компьютерного времени вычисление.
Транзакции в блокчейне можно сравнить с электронной почтой. Когда вы посылаете сообщение на чей-то адрес, вы точно знаете, кому и зачем. Получатель, зная ваш адрес, тоже может быть уверен, что получил его именно от вас, а не от кого-то другого. А теперь представьте себе, что просто отправлением электронного письма вы могли бы оплачивать товар или услугу, пересылая энное количество криптовалюты вашему контрагенту. И наоборот — вы могли бы получать по почте биткоины от клиента. Если добавить систему вечного хранения записей обо всех транзакциях, да еще сделать так, чтобы все участники вашей группы могли в любой момент проверить их подлинность, то вы уже приблизитесь к Биткоиновскому идеалу. С той поправкой, что, в отличие от почты, блокчейн практически невозможно взломать.
И вот еще что придумал Накамото: участники, пытающиеся заработать денег на производстве новых биткоинов (их называют майнерами), поневоле будут также обеспечивать и создание очередных блоков, и подтверждение правильности новых транзакций. Так в поезде крутящиеся колеса заодно вращают и динамомашину, вырабатывающую необходимую составу электроэнергию. (Майнеры еще и комиссию за проверку транзакций получают.) Какое гениальное решение: убить двух таких огромных, важнейших для системы зайцев одним камнем!
«Спустя несколько десятилетий, когда вознаграждение (за создание новых блоков) станет слишком маленьким, комиссия за подтверждение транзакций станет основной формой заработка для нодов», — писал Накамото.
Что касается майнинга, то подробное объяснение, как им заниматься на практике, выходит за пределы темы этой книги. Соответствующие инструкции вы можете найти на YouTube. Для того чтобы быть успешным майнером, не требуется каких-то особых экономических знаний или даже глубокого понимания принципов функционирования Биткоина и блокчейна: соответствующие машины, программы и алгоритмы все сделают за вас — при условии, что вы проявите дьявольское упорство и будете иметь доступ к значительным энергетическим ресурсам. Ну и на покупку специализированной техники тоже потребуется немало денег. И все же это занятие может быть достаточно прибыльным, несмотря на то, что с течением времени производство новых «монет» становится все более дорогим и энергоемким. Так что в последнее время уже мало кто может позволить себе заниматься этим в одиночку, приходится объединяться в пулы. С задачей помогают справиться так называемые майнинг-фермы — специально оборудованные помещения, оснащенные большим количеством специализированных компьютеров и мощными серверами, приспособленными для круглосуточной напряженной работы. В итоге, по данным аналитического блога Digiconomist, люди и компании, которые занимаются добычей самой популярной криптовалюты, тратят на это больше электроэнергии, чем вся Новая Зеландия, а выбросы углекислого газа, связанные с добычей биткоинов, достигают 20 миллионов тонн в год.
В марте 2020 года, когда писалась первая версия этой главы, биткоин сильно пострадал в результате экономического спада, вызванного коронавирусом. В отдельные моменты он опускался даже ниже отметки 5 тысяч долларов за штуку, в то время как майнинг одного биткоина обходился в среднем чуть дороже. Но это, конечно, аберрация, хотя и до эпидемии, и падения активов производство криптовалюты уже стало чрезвычайно затратным делом. Впрочем, когда я закончил вторую версию главы, биткоин успел подскочить почти вдвое! А год спустя его цена выросла еще в пять с лишним раз.
Объясняя главный принцип майнинга, эксперты часто уподобляют его лотерее. Это верно, но только отчасти. Действительно, компьютеры майнера должны методом проб и ошибок угадать некое очень сложное число. Компьютерам придется перебрать невообразимое число вариантов (и задача эта становится все сложнее), прежде чем удастся найти правильную величину. Но, в отличие от настоящей лотереи, это все же не совсем тупая, крайне редкая, практически невозможная, слепая удача. Нет, майнеры рано или поздно добиваются выигрышного вычисления, весь вопрос только в том, сколько времени и электроэнергии на это уйдет. Сравнение это можно вывернуть наизнанку, сказав: в лотерее тоже теоретически существует некое колоссальное число билетов, купив которое вы с высокой степенью вероятности получите крупный выигрыш. Но игра не стоит свеч, и овчинка выделки не стоит, поскольку вы рискуете потратить намного больше, чем выиграть. В майнинге дело обстоит наоборот: высока вероятность того, что вознаграждение с лихвой окупит расходы на все ваши электронные пробы и ошибки. Иначе кто бы занимался этим бизнесом? И подчеркну еще раз: гениальность придуманной Накамото системы состоит в том, что в погоне за барышами майнеры невольно выполняют важнейшую функцию — проверку правильности последних транзакций и тем самым обеспечивают надежность и безопасность всей системы, подменяя функции правительства и Центробанка.