Sebastien Rousseau
Makipag-ugnayan ›

Understanding the Technology behind Blockchain

Mula sa cryptographic hash chains hanggang sa programmable smart contracts: ang mekanika na gumawa ng blockchain na platform, hindi lamang ledger.

11 min basahin
Banner for: Understanding the Technology behind Blockchain

Abstract digital ledger blocks connected by light trails on dark background.class="img-fluid clearfix"

Buod / Mga Pangunahing Punto

  • Ang problema. Ang digital cash ay nangangailangan ng paglutas ng problema ng double-spend: pag-iwas sa paggastos ng parehong yunit nang dalawang beses nang walang pinagkakatiwalaang clearinghouse. Nalutas ito ng 2008 whitepaper ng Bitcoin sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga pinagkakatiwalaang intermediary ng cryptographic proof at distributed consensus (Nakamoto, 2008).
  • Ang data structure. Ang blockchain ay isang linked list ng mga bloke kung saan ang bawat block header ay naglalaman ng SHA-256 hash ng nakaraang header. Ginagawa ng hash chain ang kasaysayan na append-only: ang pagbabago ng anumang nakaraang bloke ay nagpapawalang-bisa sa bawat kasunod na hash, na pinipilit ang isang umaatake na gawin muli ang lahat ng kasunod na proof-of-work.
  • Merkle trees. Ang mga transaksyon sa loob ng isang bloke ay naka-hash sa isang binary Merkle tree. Ang root hash, na nakaimbak sa block header, ay nagbibigay-daan sa mahusay na pag-verify ng anumang indibidwal na transaksyon nang hindi dina-download ang buong bloke — ang batayan para sa magagaang SPV client.
  • Pagpapalawak ng Ethereum. Ipinakilala ng Yellow Paper ng Ethereum (2014) ang EVM — isang deterministic stack machine na tumatakbo sa bawat full node. Ang mga smart contract ay bytecode na na-deploy sa chain; nagpapatakbo sila nang magkapareho sa lahat ng node at nagse-settle nang atomically, pinapalitan ang mga pinagkakatiwalaang intermediary ng self-enforcing code (Wood, 2014).
  • Praktikal na kahalagahan. Ang bawat tokenised asset, stablecoin, at DeFi protocol na na-deploy mula 2017 ay tumatakbo sa mga pundasyon na ito. Ang pag-unawa sa hash chain, ang Merkle tree, at ang EVM execution model ay kinakailangan bago magtrabaho sa anumang Ethereum-based na sistema.

Ang Problemang Nalutas ng Blockchain #

Bago ang Bitcoin, ang mga digital na pagbabayad ay nangangailangan ng isang pinagkakatiwalaang intermediary — isang bangko, payment processor, o clearing house — upang maiwasan ang double-spending. Kung magpadala si Alice ng digital na file na kumakatawan sa £10 kay Bob, walang nasa file mismo ang pumigil sa kanya na magpadala ng magkaparehong kopya kay Carol. Ang solusyon sa bawat umiiral na sistema ay sentralisadong pagpapanatili ng talaan: sinabi ng ledger ng bangko na nagastos na ang pera, kaya hindi na ito maaaring gastusin muli.

Ang kontribusyon ng Bitcoin ay palitan ang pinagkakatiwalaang ledger na iyon ng isang distributed na ledger kung saan ang talaan ng lahat ng transaksyon ay na-replicate sa libu-libong independiyenteng node. Ang mutual na kawalan ng tiwala sa pagitan ng mga node ay na-convert sa seguridad sa pamamagitan ng dalawang mekanismo:

  1. Cryptographic linking. Ang bawat bloke ng mga transaksyon ay naglalaman ng hash ng nakaraang bloke. Ang hash function ay isang one-way deterministic mapping: para sa anumang input, ang function ay gumagawa ng fixed-length output, at ang pagbabago kahit isang bit ng input ay gumagawa ng ganap na naiibang output. Nangangahulugang ang anumang pagbabago sa isang makasaysayang bloke ay nagpapawalang-bisa sa bawat bloke pagkatapos nito.

  2. Proof-of-work consensus. Ang pagdaragdag ng bagong bloke ay nangangailangan ng paghahanap ng nonce value na ang hash ng bloke ay mas mababa sa isang target threshold — mahal sa computational na paraan na mahanap, mura naman na i-verify. Ginagawa nitong proporsyonal na mahal ang muling pagsulat ng kasaysayan sa lalim ng blokeng binabago, dahil dapat gawin muli ng umaatake ang lahat ng proof-of-work mula sa blokeng iyon hanggang sa dulo ng chain.

Ang kombinasyon ay nangangahulugan na ang pinakamahabang chain na may pinakamaraming cumulative proof-of-work ay, sa pamamagitan ng konstruksyon, ang isa na pinapanatili ng mga tapat na kalahok na gumagugol ng tunay na mapagkukunan.

Ang Mga Cryptographic Building Block #

Ang teknolohiya ng blockchain ay nag-aasemble ng tatlong pre-existing na cryptographic primitive sa isang bagong arkitektura:

Mga Hash Function ng SHA-256 #

Ang SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) ay isang miyembro ng pamilyang SHA-2 na na-standardize ng NIST. Tumatanggap ito ng input na may arbitrary na haba at gumagawa ng 256-bit na output. Mga pangunahing katangian para sa paggamit ng blockchain:

Inilalapat ng Bitcoin ang SHA-256 nang dalawang beses (SHA-256d) para sa karagdagang seguridad laban sa mga length-extension attack. Gumagamit ang Ethereum ng Keccak-256, isang SHA-3 finalist variant.

Merkle Trees #

Ang Merkle tree ay isang binary tree ng mga hash. Ang bawat leaf node ay ang hash ng isang transaksyon. Ang bawat internal node ay ang hash ng dalawang anak nito. Ang ugat — ang Merkle root — ay nagbubuod ng lahat ng transaksyon sa bloke sa isang solong 32-byte na halaga na nakaimbak sa block header.

Ang praktikal na kahihinatnan: upang i-verify na ang isang partikular na transaksyon ay kasama sa isang bloke, kailangan mo lamang ng log₂(n) na hash, hindi lahat ng n na transaksyon. Para sa isang bloke na may 2,000 transaksyon, ang pag-verify ay nangangailangan ng 11 hash sa halip na 2,000 — ang batayan para sa Simplified Payment Verification (SPV) sa mga magagaang client.

Mga Digital Signature (ECDSA) #

Gumagamit ang awtorisasyon ng transaksyon sa Bitcoin at Ethereum ng Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) sa ibabaw ng secp256k1 curve. Ang isang private key ay pumipirma ng transaksyon; ang sinumang node ay maaaring i-verify ang pirma gamit ang kaukulang public key nang hindi alam ang private key. Tinitiyak nito na ang humahawak lamang ng private key ang maaaring mag-authorize ng gastos mula sa isang address.

Ang mga address ng Ethereum ay ang huling 20 byte ng Keccak-256 hash ng public key — isang derivation na ginagawang compact at portable ang mga address habang nananatiling cryptographically na nakatali sa key pair.

Paano Gumagana ang Bitcoin Blockchain #

Ang isang Bitcoin block ay naglalaman ng tatlong lohikal na bahagi:

Ang block header — 80 byte na binubuo ng: ang bersyon ng protocol, ang hash ng nakaraang block header, ang Merkle root ng mga transaksyon, isang Unix timestamp, ang kasalukuyang difficulty target, at ang nonce. Ino-iterate ng mga miner ang nonce (at minsan ang timestamp o extra-nonce sa coinbase transaction) hanggang ang double-SHA-256 hash ng header ay mas mababa sa difficulty target.

Ang listahan ng transaksyon — ang ordered set ng mga transaksyon na kasama sa bloke. Ang coinbase transaction (ang una) ay nagtatalaga ng block reward at mga bayad sa transaksyon sa address ng miner.

Ang chain — ang pagkakakonekta ng mga header. Ang cumulative proof-of-work sa chain (ang kabuuan ng lahat ng trabahong ginawa upang makagawa ng bawat bloke) ay tinutukoy kung aling fork ang canonical chain. Laging sumusunod ang mga node sa chain na may pinakamaraming cumulative work.

Ang oras ng bloke ay naglalayong 10 minuto para sa Bitcoin. Nag-a-adjust ang difficulty tuwing 2,016 na bloke (humigit-kumulang dalawang linggo) upang mapanatili ang target na iyon habang nagbabago ang kabuuang hash rate ng network.

Programmable Layer ng Ethereum #

Pinag-generalize ng Ethereum ang transaction model ng Bitcoin mula sa "transfer value" hanggang sa "execute code." Ang mga pangunahing karagdagan:

Ang Ethereum Virtual Machine (EVM). Isang 256-bit na salita, stack-based virtual machine na nagpapatakbo nang deterministically sa lahat ng full node. Ang bawat opcode ay may explicit na gas cost. Ang computation ay limitado ng block gas limit, pinipigilan ang mga infinite loop mula sa pagpigil sa network. Ang lahat ng node na nagpapatakbo ng parehong bytecode sa parehong estado ay dapat gumawa ng parehong output — ang consensus na ito sa execution ang nagpapaging trustless ng mga smart contract.

Mga Account. Ang Ethereum ay may dalawang uri ng account: Externally Owned Accounts (EOA) na kinokontrol ng mga private key, at Contract Accounts na ang code ay nakaimbak sa chain. Ang isang transaksyon na ipinadala sa isang contract address ay nag-trigger ng bytecode execution ng contract.

Estado. Ang global state ng Ethereum ay isang mapping ng mga address sa mga account state (nonce, balanse, storage, code hash). Ang state root — isang Merkle Patricia trie ng lahat ng account state — ay kasama sa bawat block header, na nagbibigay-daan sa mahusay na patunay ng estado ng anumang account sa anumang block height.

Gas. Nagbabayad ang mga gumagamit ng gas (sa ETH) para sa bawat EVM operation. Nagsisilbi ang gas ng dalawang function: binibigyan nito ng kabayaran ang mga miner/validator para sa computation, at nililimitahan nito ang mga mapagkukunan na maaaring gamitin ng anumang solong transaksyon, pinipigilan ang mga denial-of-service attack sa pamamagitan ng mga mahal na operasyon.

Pagsulat ng Mga Smart Contract sa Solidity #

Ang Solidity ay isang statically-typed, contract-oriented na wika na nag-compile sa EVM bytecode. Isang minimal na token contract ang naglalarawan ng mga pangunahing konsepto:

pragma solidity ^0.8.0;

contract MyToken {
    string public name;
    string public symbol;
    uint8 public decimals;
    uint256 public totalSupply;
    mapping(address => uint256) public balanceOf;

    event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value);

    constructor(
        string memory _name,
        string memory _symbol,
        uint8 _decimals,
        uint256 _totalSupply
    ) {
        name = _name;
        symbol = _symbol;
        decimals = _decimals;
        totalSupply = _totalSupply;
        balanceOf[msg.sender] = _totalSupply;
    }

    function transfer(address _to, uint256 _value) external returns (bool) {
        require(balanceOf[msg.sender] >= _value, "Insufficient balance");
        balanceOf[msg.sender] -= _value;
        balanceOf[_to] += _value;
        emit Transfer(msg.sender, _to, _value);
        return true;
    }
}

Mga pangunahing obserbasyon: ang mapping(address => uint256) ay isang EVM storage layout, hindi isang in-memory data structure — ang mga pagbabasa at pagsulat ay nagkakahalaga ng gas. Binabawi ng require ang buong transaksyon sa kabiguan, ibinabalik ang hindi nagamit na gas. Ang event Transfer ay nag-e-emit ng log na ginagamit ng mga off-chain indexer upang subaybayan ang mga transfer nang hindi muling binabasa ang buong estado. Ang constructor ay tumatakbo nang isang beses sa pag-deploy; ang mga kasunod na tawag ay pupunta sa mga pinangalanang function.

Pina-formalize ng ERC-20 standard ang isang karaniwang interface para sa mga fungible token — transfer, transferFrom, approve, allowance, balanceOf, totalSupply — na nagbibigay-daan sa anumang ERC-20-compliant na token na gumana sa anumang ERC-20-aware na palitan o wallet nang walang custom integration.

Mula sa Ledger hanggang sa Financial Infrastructure #

Ang mga blockchain primitive na inilarawan dito — mga hash chain, Merkle tree, ang EVM, at ERC-20 — ay naging pundasyon para sa mas malawak na hanay ng mga aplikasyong pinansyal sa pagitan ng 2018 at 2026:

Desentralisadong Pananalapi (DeFi). Ang mga lending protocol (Compound, Aave), mga automated market maker (Uniswap), at mga yield aggregator ay lahat tumatakbo bilang mga EVM smart contract. Pinapalitan nila ang mga function ng clearing, custody, at settlement ng tradisyonal na mga pinansyal na intermediary ng self-executing code at mga on-chain liquidity pool.

Mga Tokenised Asset. Ang mga sentral na bangko at komersyal na bangko ay nag-pi-pilot ng mga tokenised deposit, tokenised bond, at tokenised money market fund sa mga permissioned na variant ng mga EVM-compatible na chain. Ang pinagbabatayan na mekaniko — mga hash-secured state transition, atomic settlement, mga programmable transfer rule — ay mga direktang inapo ng 2014 Ethereum architecture.

Mga Central Bank Digital Currency. Ang wholesale CBDC research ng Bank of England, ang digital euro programme ng ECB, at Project Agorá ay lahat nag-eeksplora ng mga DLT architecture na nagmula sa o katugma ng mga pundasyon na disenyo sa Bitcoin at Ethereum. Ang mga istruktura ng consensus at hash-chain ay nananatiling may kaugnayan kahit saan ang permissioning at modelo ng pamamahala ay ganap na naiiba mula sa mga public blockchain.

Ang paglalakbay mula sa 2008 Bitcoin whitepaper hanggang sa 2026 tokenised finance ay sumasaklaw ng dalawang dekada, ngunit tumatakbo ito sa isang magkakaugnay na teknikal na linya. Ang pag-unawa kung paano nagpapatupad ng immutability ang isang SHA-256 hash chain, kung paano nagbibigay-daan ang isang Merkle tree sa mahusay na pag-verify, at kung paano nag-e-execute ang EVM ng mga smart contract nang atomically ay kinakailangan bago masuri ang anumang pahayag tungkol sa kung ano ang kaya at hindi kaya ng blockchain sa mga regulated na serbisyong pinansyal.

Mga Madalas Itanong #

Ano ang pagkakaiba ng blockchain at distributed database?

Ang tradisyonal na distributed database ay nag-re-replicate ng data sa mga node para sa availability at performance, ngunit ang tiwala ay sentralisado — maaaring baguhin ng isang administrator ang mga talaan. Ginagawa ng blockchain ang pag-tamper na mahal sa computational na paraan sa pamamagitan ng hash chaining at consensus: ang pagbabago ng anumang makasaysayang talaan ay nangangailangan ng pag-redo ng lahat ng kasunod na proof-of-work o proof-of-stake, at ng paghikayat sa network na tanggapin ang binagong fork. Ang pagkakaibang katangian ay tamper-evidence na ipinapatupad ng cryptography at disenyo ng insentibo sa halip na mga kontrol sa pag-access.

Bakit gumagamit ang Ethereum ng Keccak-256 sa halip na SHA-256?

Pinagtibay ng Ethereum ang Keccak-256 (ang SHA-3 finalist bago ang mga pagsasaayos sa standardisasyon ng NIST) bahagyang dahil gusto ng mga designer nito ang kalayaan mula sa linya ng SHA-2 na umaasa na ang Bitcoin. Mayroon ding iba't ibang algebraic na katangian ang Keccak na ginawa itong kaakit-akit para sa ilang mga operasyon ng EVM. Ang praktikal na epekto para sa mga developer ay ang Ethereum address derivation at storage slot hashing ay gumagamit ng Keccak-256, hindi SHA-256d tulad ng sa Bitcoin.

Ano ang pinipigilan ng "gas" sa EVM?

Pinipigilan ng gas ang dalawang kategorya ng atake. Una, pinipigilan nito ang denial-of-service sa pamamagitan ng mga operasyong mahal sa computational na paraan: ang bawat opcode ay nagkakahalaga ng gas, kaya hindi maaaring pilitin ng isang umaatake ang network na mag-execute ng mga infinite loop nang walang bayad. Pangalawa, nililimitahan ng block gas limit ang kabuuang computation sa bawat bloke, tinitiyak na ang oras ng pag-validate ng bloke ay nananatiling limitado at predictable para sa mga full node. Nang walang gas, ang isang solong contract call ay maaaring mapigilan ang network sa pamamagitan ng pag-execute ng walang limitasyong computation.

Paano binabago ng proof-of-stake ang modelo ng seguridad kumpara sa proof-of-work?

Sa proof-of-work, ang seguridad ay ibinibigay ng paggugol ng enerhiya: ang pag-atake sa chain ay nangangailangan ng pagkontrol sa mahigit 50% ng hash rate ng network, na nangangahulugang pagkontrol sa mahigit 50% ng pisikal na hardware at kapangyarihan nito. Sa proof-of-stake (ginagamit ng Ethereum mula noong Merge noong 2022), ang seguridad ay ibinibigay ng economic stake: nagla-lock ang mga validator ng ETH bilang collateral, na sini-slash kung pumirma sila ng mga nagtatagisang bloke. Ang isang 51% na atake ay nangangailangan ng pagkuha at pag-aaksaya ng mahigit 50% ng lahat ng naka-stake na ETH — isang capital cost sa halip na hardware at energy cost. Ang modelo ng seguridad ay naiiba ngunit mathematically na maihahambing sa mga tuntunin ng ekonomiya sa ilalim ng pagpapalagay na mas gusto ng mga makatwirang validator ang kita ng bayad kaysa pagkasira ng kapital.

Mga Sanggunian #

Huling sinuri .

Huling sinuri .