Основы блокчейна: вводный курс для начинающих в 25 небольших главах

Даниэль Дрешер, 2017

Книга подробно рассматривает технические концепции технологии блокчейн, такие как пиринговые и распределенные системы, структуры данных, транзакции, криптография и хэш-значения, целостность систем и достижение консенсуса в распределенной среде. Книга написана в диалоговом стиле, без использования компьютерного и математического жаргона. Материал излагается в пошаговой, логически связанной манере, что позволяет последовательно, уровень за уровнем, наращивать знания о технологии блокчейна. Многочисленные примеры, аналогии и метафоры помогают лучше понять, как работают блокчейн-системы даже тем, кто до этого ничего не знал об этом. Издание предназначено для широкого круга читателей с различным уровнем технических знаний, желающих разобраться, что же такое блокчейн.

Предисловие

Данное предисловие отвечает на самый важный вопрос, на который обязан ответить любой автор: зачем читать эту книгу? Или на более конкретный вопрос: зачем читать еще одну книгу по технологии Blockchain? Продолжайте читать, и вы поймете, зачем написана эта книга, чего ждать от нее и чего в ней не следует искать. Вы также узнаете, для какой аудитории написана эта книга и как она организована.

Зачем нужна еще одна книга о технологии блокчейна?

Технология блокчейна (Blockchain, или цепочка блоков транзакций) сразу после своего появления привлекла большое внимание при крупномасштабных обсуждениях и в специализированных средствах массовой информации. Некоторые энтузиасты даже объявили блокчейн самым великим изобретением с момента появления Интернета. Поэтому за несколько последующих лет о блокчейне было написано большое количество книг и статей. Но если вы хотите узнать больше о том, как устроен и как работает блокчейн, то вскоре можете просто потеряться в бездне книг, в которых технические подробности описываются весьма поверхностно, или базовые технические концепции излагаются на чрезмерно формализованном уровне. Первый вариант не удовлетворяет любознательного читателя, поскольку не дает описания технических деталей, необходимых для понимания и оценки по достоинству технологии блокчейна, во втором случае при изучении требуется владение именно теми знаниями, которые вы хотите получить.

Эта книга предназначена для заполнения разрыва между абсолютно технической литературой по блокчейну, с одной стороны, и книгами, в которых почти все внимание сосредоточено на специализированных приложениях, или на описаниях предполагаемого экономического эффекта от применения этих приложений, или даже на рассуждениях о будущем блокчейна, с другой стороны.

Эта книга написана, потому что концептуальное понимание технических основ блокчейна необходимо, чтобы понять функциональность специализированных блокчейн-приложений, исследовать бизнес-варианты деятельности блокчейн-стартапов или полноправно участвовать в обсуждении ожидаемых экономических эффектов. Без хорошего понимания базовых теоретических концепций невозможно дать числовую оценку реального эффекта или потенциального воздействия блокчейна вообще или числовую оценку полезности, добавляемой специализированными блокчейн-приложениями. Главное внимание в этой книге уделено основополагающим теоретическим концепциям блокчейна, так как недостаточное понимание новой технологии может привести к чрезмерному увлечению внешними ее сторонами и последующему разочарованию, когда не оправдываются иллюзорные, ничем не обоснованные ожидания.

В этой книге излагаются теоретические концепции, на основе которых сформирована технология блокчейна, в лаконичном и понятном стиле, рассчитанном на неподготовленных (с технической точки зрения) читателей. Книга отвечает на три главных вопроса, возникающих при знакомстве с любой новой технологией: что это такое? зачем это нужно мне? как это работает?

Чего не следует ждать от этой книги

В этой книге преднамеренно не рассматриваются приложения, использующие блокчейн. Несмотря на то что криптовалюты в целом и Bitcoin в частности являются основными приложениями на основе блокчейна, в книге блокчейн описывается как «технология вообще». Такой подход выбран для того, чтобы ярче выделить общие ключевые концепции и технические шаблоны блокчейна, а не ограничиваться более узкими специализированными частными случаями конкретных приложений. Таким образом:

• эта книга не о Bitcoin или какой-либо другой криптовалюте;

• эта книга не рассматривает какого-то одного специализированного блокчейн-приложения;

• в этой книге нет математических доказательств основных концепций блокчейна;

• эта книга не о программировании с использованием технологии блокчейна;

• в этой книге не обсуждаются последствия применения технологии блокчейна с точки зрения законодательства;

• в этой книге не рассматриваются социальное, экономическое и этическое воздействия технологии блокчейна на наше общество или на человечество в целом.

Тем не менее некоторые из этих тем в некоторой степени обсуждаются в соответствующих подразделах данной книги.

Чего следует ожидать от этой книги

Книга подробно описывает технические концепции технологии блокчейна, такие как транзакции, хэш-значения, криптография, структуры данных, пиринговые системы, распределенные системы, целостность систем и консенсус в распределенной среде в стиле, понятном для читателей с недостаточно высоким уровнем технической подготовки. Дидактический подход к изложению материала основан на четырех элементах:

• диалоговый («разговорный») стиль;

• отсутствие математических выкладок и формул;

• постепенное продвижение по проблемной области;

• использование метафор и аналогий.

Диалоговый («разговорный») стиль

Эта книга преднамеренно написана в диалоговом, или «разговорном», стиле. Здесь абсолютно не применяется математический и компьютерный жаргон, чтобы устранить все препятствия для читателей, не вполне подготовленных с технической точки зрения. Но здесь представлена и объяснена вся терминология, необходимая для участия в обсуждениях и для понимания других публикаций по теме блокчейна.

Отсутствие математических выкладок и формул

Главные элементы технологии блокчейна, такие как криптография и алгоритмы, основаны на сложных математических концепциях, которые, в свою очередь, предъявляют свои особые требования к их пониманию, а также приводят к необходимости изучения математических выкладок и формул, устрашающих на вид. И все же в книге намеренно не используются ни математические выкладки, ни формулы, чтобы избежать ненужной сложности и не создавать дополнительных затруднений для читателей с недостаточной технической подготовкой.

Постепенное продвижение по проблемной области

Главы в этой книге соответствуют своего рода шагам, или этапам, по вполне обоснованной причине. Такие шаги, или этапы, формируют процесс обучения, в котором последовательно, уровень за уровнем наращиваются знания о технологии блокчейна. Порядок этапов обучения был выбран с особой тщательностью. Они охватывают основы программной инженерии, подробно описывают терминологию, дают обоснование необходимости использования блокчейна и подробно рассматривают отдельные концепции, заложенные в основу технологии блокчейна, и взаимодействие ее составляющих. Строгая последовательность глав-этапов подчеркивает их взаимозависимость и дидактические цели. Тем самым обеспечивается логически связное изложение материала, а не набор отдельных глав, которые можно читать в любом порядке.

Использование метафор и аналогий

Каждая глава-этап, представляющая новую концепцию, начинается с образного описания ситуации из реальной жизни. Такие метафоры служат четырем основным целям. Во-первых, они готовят читателя к правильному восприятию новой технической концепции. Во-вторых, объединяя техническую концепцию с простой жизненной ситуацией, метафора устраняет психологический барьер при «исследовании новой территории». В-третьих, метафоры позволяют изучать новые концепции с помощью подобия и аналогий. Наконец, метафоры формируют простые практические правила для запоминания новых концепций без затруднений.

Как организована эта книга

Книга состоит из 25 глав-этапов, сгруппированных по пяти основным темам (частям), которые в совокупности формируют процесс обучения с постепенным наращиванием знаний о технологии блокчейна. В главах рассматриваются основы программной инженерии, объясняется необходимая терминология, обосновывается необходимость применения технологии блокчейна, описываются отдельные концепции, заложенные в основу этой технологии, а также взаимодействие между ее компонентами, рассматриваются приложения блокчейна и направления разработок и активных исследований в этой области.

Часть I: Терминология и основы технологии

В главах 1-3 рассматриваются основные концепции программной инженерии и группа терминов, необходимых для понимания последующих глав. К концу главы 3 вы получите общее представление об основных концепциях и общую картину области использования технологии блокчейна.

Часть II: Зачем нужна технология блокчейна

В главах 4-7 объясняется, зачем нужна технология блокчейна, какие задачи она решает, почему решение этих задач важно, а также описываются потенциальные возможности блокчейна. К концу главы 7 вы будете хорошо понимать проблемную область технологии блокчейна, среды, в которой применение блокчейна наиболее эффективно, и почему в этих областях применение блокчейна рассматривается в первую очередь.

Часть III: Как работает блокчейн

Третья часть является главной частью книги, поскольку подробно описывает внутреннее устройство и функционирование блокчейна. В главах 8-21 последовательно представлены 15 различных технических концепций, в совокупности составляющих основу технологии блокчейна. К концу главы 21 вы будете полностью понимать все основные концепции блокчейна, их функционирование по отдельности, а также их взаимодействие для создания крупного комплексного механизма, называемого блокчейн.

Часть VI: Ограничения и способы их преодоления

В главах 22 и 23 главное внимание уделено основным ограничениям технологии блокчейна, описываются их причины и кратко намечаются способы их преодоления. К концу главы 23 вы будете понимать, почему основополагающая идея технологии блокчейна, подробно описанная в предыдущих главах, может оказаться не подходящей для крупных коммерческих приложений с потенциальной возможностью масштабирования, какие изменения были внесены для преодоления этих ограничений и как эти изменения повлияли на свойства блокчейна.

Часть V: Использование технологии блокчейна, общие выводы и перспективы

В главах 24 и 25 рассматриваются возможные варианты практического применения технологии блокчейна в реальном мире, а также вопросы, на которые необходимо найти ответы при выборе блокчейн-приложения. В этой части также определяются области разработок и активных исследований технологии блокчейна. К концу главы 25 вы будете полностью понимать технологию блокчейна и обладать вполне достаточной подготовкой для чтения более сложных технических материалов и участия в постоянно продолжающихся обсуждениях технологии блокчейна.

Дополнительные материалы

Веб-сайт www.blockchain-basics.com предоставляет дополнительные материалы по темам некоторых глав данной книги.