Что такое Whitepaper? Руководство по Bitcoin

Если вы изучали криптовалюты и столкнулись с документом под названием Whitepaper, обнаружив в его технических разделах такие термины, как «хеширование» и «доказательство работы», вы попали по адресу. Большинство ресурсов объясняют Whitepaper и хеширование в отдельных статьях, предоставляя читателям возможность самостоятельно связать эти понятия. Эта статья рассматривает их как два неразрывно связанных понятия, где Whitepaper Биткоина служит связующим звеном.

К тому времени, как вы закончите читать, вы сможете определить хеширование, читать технический раздел whitepaper по криптовалюте с подлинным пониманием и задавать правильные вопросы при оценке криптографических утверждений любого проекта.

Что такое Whitepaper?

Whitepaper — это официальный документ, в котором технология, предложение или система разъясняются с достаточной технической детализацией, чтобы читатели могли оценить их самостоятельно. В мире криптовалют Whitepaper является основополагающим техническим документом проекта: он описывает проблему, которую решает проект, предлагаемое решение и конкретные механизмы работы этого решения, включая криптографические методы, дизайн консенсуса и архитектуру протокола.

Для криптовалютных проектов whitepaper — это документ, в котором техническая суть либо присутствует, либо нет. Инвесторы используют его, чтобы оценить, подкреплены ли заявления проекта реальными инженерными решениями. Разработчики используют его, чтобы понять протокол перед началом разработки на его основе.

Whitepaper в бизнесе и криптовалютах

Слово «whitepaper» десятилетиями использовалось в правительственном и деловом контекстах для описания убеждающих или информационных программных документов. Правительственный whitepaper может описывать предлагаемое законодательство. Whitepaper технологической компании может приводить аргументы в пользу определенного подхода к корпоративному программному обеспечению.

Whitepaper криптовалют относятся к отдельной категории. Они больше напоминают технические спецификации, чем маркетинговые материалы. Whitepaper криптовалюты не пытается продать вам продукт; в нем точными терминами описывается, как устроена система и почему были выбраны именно такие проектные решения. Некоторые проекты также публикуют «lite paper» — более краткое и менее техническое резюме, предназначенное для широкой аудитории, но основным справочным техническим документом является сам whitepaper.

Что обычно содержит Whitepaper криптовалюты

Большинство Whitepaper криптовалют следуют узнаваемой структуре независимо от проекта. Хорошо составленный Whitepaper обычно включает:

• Описание проблемы: Конкретная проблема, которую решает проект
• Предлагаемое решение: Общий подход и обоснование его решения проблемы
• Техническая архитектура: Криптографические механизмы, включая алгоритмы хеширования и дизайн консенсуса; технический раздел Bitcoin whitepaper охватывает как хеширование (для доказательства работы и связывания блоков), так и цифровые подписи в криптовалюте (для подтверждения владения транзакцией)
• Токеномика: Как нативный токен проекта выпускается и распределяется в экосистеме (где применимо)
• Дорожная карта: График разработки и запланированные этапы
• Квалификация команды: Кто создает систему и каков их соответствующий опыт

Качество и детализация раздела технической архитектуры зачастую являются наиболее явным признаком того, насколько обоснованны заявления проекта.

Что такое хеширование?

Хеширование — это процесс получения любых данных и пропускания их через математическую функцию, которая генерирует строку символов фиксированной длины, называемую хешем. Подайте на вход одно слово или целую базу данных, и на выходе всегда будет строка одинаковой длины. Думайте о хеше как о цифровом отпечатке данных: он однозначно идентифицирует исходный ввод, не содержа при этом никакой восстанавливаемой его версии.

В системах блокчейн хеширование не является второстепенной функцией. Это механизм, который делает транзакции проверяемыми, блоки устойчивыми к подделке, а майнинг — вычислительно справедливым. Bitcoin whitepaper строит всю свою модель безопасности на свойствах криптографического хеширования.

Как на самом деле выглядит хеш

Самый простой способ понять, что такое хеш — увидеть его своими глазами. Ниже представлен SHA-256 хеш слова «hello»:

Ввод: hello
Вывод: 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824

Эта 64-символьная строка — это результат работы SHA-256 при каждом пропуске через него слова «hello». Теперь обратите внимание, что произойдет, когда изменится один символ — буква «H» станет заглавной:

Ввод:  Привет
Вывод: 185f8db32921bd46d35490c1c5a4e7f7cfe0f5f98d9f4b19e9e97cef68c45de0

Эти два результата визуально не имеют ничего общего, хотя входные данные отличаются лишь регистром одного символа. Такое поведение называется лавинным эффектом, и это одно из ключевых свойств, благодаря которым криптографическое хеширование эффективно работает как механизм безопасности.

[Рекомендуется диаграмма: поток ввода/вывода хеша, показывающий, как «hello» поступает в функцию SHA-256 и производит 64-символьный HEX-строковый вывод.]

Сам результат хеширования, эта 64-символьная строка, иногда называется значением хеша или дайджестом. В строгой технической литературе: хеширование — это процесс, хеш-функция — это алгоритм, а хеш (или значение хеша) — это результат. В повседневном общении эти термины часто используются как взаимозаменяемые, и такое сокращение допустимо, как только различие становится понятным.

Пять свойств криптографической хеш-функции

Хеширование относится к дисциплине криптографии — науке о защите информации с помощью математических методов. Не каждая хеш-функция является криптографической. Например, хеш-таблицы, используемые в структурах данных программного обеспечения, применяют некриптографическое хеширование, оптимизированное для скорости, а не для безопасности. Тип хеш-функции, используемый в системах блокчейн, должен удовлетворять пяти специфическим свойствам.

Именно сочетание этих пяти свойств делает криптографическое хеширование полезным инструментом безопасности. Уберите любое из них, и модель безопасности перестанет работать.

Биткоин Whitepaper и хеширование

В октябре 2008 года в криптографическом списке рассылки появился девятистраничный документ под названием Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. Его автором был назван Сатоши Накамото, чья истинная личность остается неизвестной. Накамото исчез из публичного общения примерно в 2010–2011 годах, оставив после себя полностью рабочую систему и whitepaper, который ее описывал. Оригинальный документ можно прочитать по адресу bitcoin.org/bitcoin.pdf.)

Whitepaper Биткоина является наиболее наглядным примером того, как проект криптовалюта использует хеширование в качестве основного технического механизма, и именно по этой причине слово «хеширование» так часто встречается в любом серьезном обсуждении криптовалюты.

Полная цитата: Накамото, С. (2008). Bitcoin: Система одноранговой электронной наличности.

Проблема: двойная трата

Whitepaper Биткоина начинается с выявления конкретной проблемы цифровой валюты. В отличие от физической монеты, цифровой файл можно скопировать. Это создает возможность двойного расходования: отправки одной и той же единицы цифровой валюты двум разным получателям одновременно. Традиционные финансовые системы решают эту проблему с помощью центрального органа — банка или платежного процессора, который проверяет каждую транзакцию и гарантирует, что одни и те же средства не будут потрачены дважды.

В Whitepaper было предложено иное решение: одноранговая сеть — система, в которой участники подключаются друг к другу напрямую, а не через центральный сервер, защищенная механизмом proof of work на основе хеширования. Используя этот подход, Bitcoin Whitepaper предложил способ достижения децентрализации, исключая необходимость в банках, правительствах или компаниях в качестве доверенных посредников.

SHA-256: хеш-функция, которую использует Bitcoin

В Whitepaper Биткоина в качестве криптографической хеш-функции указан SHA-256, что расшифровывается как Secure Hash Algorithm 256-bit. SHA-256 входит в семейство хеш-функций SHA-2, разработанное АНБ и опубликованное NIST. «256-bit» относится к длине каждого создаваемого хеша: 256 бит данных, что соответствует 64-символьной шестнадцатеричной строке, показанной в примерах выше.

Bitcoin дважды последовательно применяет алгоритм SHA-256 в процессе майнинга — этот метод называется «двойной SHA-256», и он обеспечивает дополнительный уровень защиты от определенных теоретических атак.

Майнеры хешируют специальную структуру данных, называемую заголовком блока. Это 80-байтовая структура, которая содержит хеш предыдущего блока, корень Меркла всех транзакций в блоке, временную метку, целевую сложность и переменную, называемую нонсом (nonce). Общий хешрейт сети Биткоин, означающий общее количество вычислений SHA-256, выполняемых всеми майнерами во всем мире за секунду, является одним из показателей общей безопасности сети.

Доказательство выполнения работы (Proof of Work): как хеширование обеспечивает безопасность сети

Proof of Work является одним из типов механизма консенсуса — системы, с помощью которой все участники децентрализованной сети договариваются о действительности транзакций, и полагается на хеширование в качестве основной вычислительной задачи. Майнеры Bitcoin соревнуются, чтобы добавить следующий блок в цепочку, выполняя этот процесс:

1. Сформируйте заголовок блока, содержащий хеш предыдущего блока, корень Меркла, текущую временную метку, целевой показатель сложности сети и значение nonce, начиная с нуля.
2. Дважды примените SHA-256 к полному заголовку блока, получая хеш длиной 64 символа.
3. Проверьте результат по отношению к целевому показателю сложности. Допустимый хеш должен начинаться с определенного количества ведущих нулей, например: 0000000000000000000abc123.... Чем больше требуется ведущих нулей, тем сложнее задача.
4. Если результат не соответствует цели, увеличьте nonce на единицу и повторите с шага два.
5. Если результат соответствует цели, транслируйте блок в сеть. Первый майнер, нашедший допустимый хеш, получает вознаграждение за блок в виде биткойнов.

[Рекомендуемая диаграмма: процесс итерации nonce в Proof of Work, показывающий входные данные заголовка блока, двойное хеширование SHA-256, проверку ведущих нулей, цикл инкремента nonce и трансляцию валидного блока.]

Нонс (nonce, сокращение от «number used once» — число, используемое один раз) является переменной в этом процессе. Большая часть данных заголовка блока фиксирована: хеш предыдущего блока, корень Меркла, метка времени и целевая сложность предопределены заранее. Нонс — это единственное поле, которое майнеры могут свободно изменять. Представьте это как диск кодового замка: майнеры перебирают миллионы комбинаций в секунду до тех пор, пока результат не будет соответствовать требуемому шаблону.

Нахождение валидного хеша требует огромных вычислительных затрат. Проверка того, что хеш валиден, требует всего одного вычисления SHA-256. Эта асимметрия является основой безопасности системы: любой может мгновенно проверить ответ, но никто не может подделать проделанную работу.

Proof of work — не единственный механизм консенсуса, используемый сегодня. Ethereum перешел от proof of work к proof of stake (доказательству внесения в стейкинг) в сентябре 2022 года — этот процесс известен как «The Merge». Proof of stake (доказательство внесения в стейкинг) не полагается на повторяющееся хеширование в качестве своего основного состязательного механизма.

Деревья Меркла: хеширование каждой транзакции

Доказательство работы — не единственное место, где хеширование встречается в Bitcoin Whitepaper. Каждая транзакция в блоке также организована через структуру, называемую деревом Меркла, которая использует хеширование для создания единого компактного резюме всех транзакций.

Представьте дерево Меркла как цепочку квитанций, где каждая квитанция обобщает две предыдущие, пока одна итоговая квитанция не обобщит всё сразу. Говоря техническим языком:

["Каждая отдельная транзакция хешируется для получения листового узла.","Пары хешей листовых узлов объединяются и снова хешируются для получения родительских узлов.","Этот процесс продолжается вверх по дереву, пока в вершине не останется единственный хеш: корень Меркла."]

Корневой хэш Меркла хранится в заголовке блока, что означает, что одна 64-символьная строка представляет и подтверждает каждую транзакцию во всем блоке. Блокчейн Биткойна является распределенным реестром, записью каждой когда-либо совершенной транзакции, которая используется тысячами компьютеров по всему миру, и именно корневой хэш Меркла позволяет каждому экземпляру эффективно проверять включение транзакций без обработки полных данных блока.

[Рекомендуемая диаграмма: структура дерева Меркла, показывающая листовые узлы как хеши транзакций, родительские узлы как комбинированные хеши и корень Меркла на вершине.]

--- ## Хеширование против шифрования: в чем разница?

Хеширование и шифрование — это криптографические инструменты, но они работают в принципиально разных направлениях. Шифрование предназначено для того, чтобы быть обратимым: вы шифруете данные, чтобы уполномоченная сторона могла позже их расшифровать. Хеширование же разработано как необратимый процесс: после хеширования данных исходные входные данные невозможно восстановить из полученного результата.

Шифрование — это подходящий инструмент, когда вам необходимо защитить данные и восстановить их позже, например, для защиты сообщения при передаче. Хеширование — это подходящий инструмент, когда вам нужно убедиться, что данные не были изменены, без необходимости хранения или передачи самих исходных данных. В Биткоине хеширование служит для связывания блоков и майнинга, а не для обеспечения конфиденциальности данных.

Почему хеширование важно для безопасности блокчейна

Каждый блок в цепочке Bitcoin содержит хеш предшествующего блока. Это создает криптографическую связь по всей цепочке. Если бы кто-то изменил транзакцию в 500-м блоке, хеш этого блока изменился бы. Это изменение сделало бы недействительной связь с 501-м блоком, что повлекло бы за собой цепную реакцию через каждый последующий блок. Для устранения этого потребовалась бы повторная добыча каждого последующего блока, что означает опережение суммарных вычислительных усилий всех остальных майнеров в мире одновременно.

Вот что делает хеширование основой безопасности криптовалюты: оно создает цепочку криптографических доказательств, которую становится все труднее изменить с каждым новым добавленным блоком. Свойство защиты от несанкционированного доступа не является результатом какой-либо политики или деятельности учреждения. Оно следует непосредственно из математики криптографического хеширования.

Вы можете проверить собственные подтвержденные транзакции, получив сведения о транзакциях в обозревателях блокчейна,, которые применяют те же принципы хеширования для отображения данных о блоках и транзакциях.

Помимо Биткоина: как в других Whitepaper используется хеширование

Whitepaper Биткоина заложил шаблон, которому следовали другие проекты криптовалюты, включая практику определения криптографической хеш-функции как части технической архитектуры. Выбор, который делают различные проекты в этом разделе, во многом раскрывает их приоритеты в проектировании.

Ethereum Whitepaper,, опубликованный в 2013 году Виталиком Бутериным, предложил программируемый блокчейн, способный запускать смарт-контракты (самоисполняемые программные соглашения), выходя за рамки основного сценария использования Биткоина — одноранговых платежей. В оригинальной архитектуре Ethereum был указан Keccak-256, представитель семейства SHA-3, в отличие от SHA-256 в Биткоине.

Переход Ethereum от Proof-of-Work в 2022 году означает, что он больше не полагается на конкуренцию майнинга на основе хэширования. Whitepaper Ethereum остается актуальным как документ, но действующая система была существенно обновлена с момента ее первоначальной публикации.

Хеш-функция и механизм консенсуса, которые указывает проект, являются проектными решениями, а не настройками по умолчанию. Понимание того, что означают эти выборы, является частью чтения Whitepaper технически подкованным читателем. Другой пример того, как крупный блокчейн-проект описывает свою техническую архитектуру, см. как устроена блокчейн-сеть Cardano.

Как оценить технические заявления Whitepaper

Чтение Whitepaper по криптовалюте становится более продуктивным, когда вы знаете, на что обращать внимание в технической части. Описание хеширования и механизм консенсуса — часто именно в них Whitepaper либо демонстрирует техническую состоятельность, либо выявляет ее отсутствие. Эти пять вопросов помогут вам оценить техническую архитектуру любого криптовалютного проекта без необходимости иметь образование в области информатики.

Какую хеш-функцию использует проект, и является ли она общепринятым алгоритмом? Whitepaper, в котором указан SHA-256, Keccak-256 или другой хорошо документированный алгоритм, содержит проверяемое утверждение. Whitepaper, в котором описывается «собственный криптографический механизм» без ссылки на предыдущие исследования, заслуживает дополнительной проверки.

2. Описывает ли Whitepaper механизм консенсуса достаточно подробно, чтобы его можно было проверить независимо? Заслуживающий доверия Whitepaper объясняет не только название механизма консенсуса, но и то, как он работает: что делают участники, за что они получают вознаграждение и что мешает им действовать злонамеренно. Размытые формулировки вроде «использует передовую криптографию для защиты сети» не являются технической спецификацией.

3. Являются ли криптографические утверждения технически согласованными? Действительно ли описанная система решает заявленную проблему? Система, которая заявляет о защищенности от несанкционированного доступа, но не объясняет, как криптографически связаны предыдущие блоки, имеет пробел в своем аргументе, который заметит внимательный читатель.

4. Цитирует ли Whitepaper предыдущие исследования или установленные стандарты? Whitepaper Биткоина ссылается на предыдущие работы по хеш-функциям, цифровым подписям и распределенным системам. Whitepaper, который рассматривает все свои механизмы как оригинальные изобретения, без ссылки на соответствующую техническую литературу, заслуживает более пристального изучения.

5. Сможет ли независимый разработчик воспроизвести описанный механизм, опираясь исключительно на Whitepaper? Whitepaper, выполняющий роль подлинной технической спецификации, должен быть достаточно точным, чтобы разработчик, никогда не видевший код проекта, мог реализовать его основные механизмы на основе документа. Если технический раздел оставляет реализацию совершенно неоднозначной, он не выполняет свою заявленную функцию.

Ни один из этих вопросов не требует криптографических знаний. Они требуют внимательного прочтения технического раздела и выяснения, предоставил ли автор конкретные, проверяемые описания или подменил точность уверенностью.

Часто задаваемые вопросы

Как выглядит хеш?

Хеш — это строка шестнадцатеричных символов фиксированной длины. При использовании SHA-256 слово «hello» создает хеш 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824. Эта 64-символьная строка всегда имеет одинаковую длину, независимо от того, насколько длинными являются входные данные. Каждый хеш SHA-256 состоит ровно из 64 шестнадцатеричных символов.

Можно ли обратить хеш?

Нет. Криптографическая хеш-функция по своей природе является односторонней. Знание результата хеширования не дает математического пути для восстановления исходных данных. Это свойство называется стойкостью к поиску прообраза. Теоретически можно перебрать все возможные варианты входных данных, пока один из них не даст совпадающий хеш, но для SHA-256 количество возможных комбинаций делает это вычислительно невозможным.

В чем разница между хешированием и шифрованием?

Хеширование необратимо: оно преобразует данные в строку фиксированной длины, которую нельзя декодировать обратно к исходным данным. Шифрование обратимо: данные трансформируются с помощью ключа, и авторизованный владелец правильного ключа может их расшифровать. Хеширование используется для проверки и обнаружения изменений. Шифрование используется для конфиденциальности и безопасной передачи данных.

Зачем хеширование используется в блокчейне?

Хеширование используется в блокчейне для двух взаимосвязанных целей. Во-первых, каждый блок содержит хеш предыдущего блока, создавая криптографическую цепочку, которая позволяет мгновенно обнаружить любые изменения исторических данных. Во-вторых, система proof-of-work в сети Биткоин использует хеширование в качестве состязательной вычислительной задачи, которую майнеры должны выполнить для добавления новых блоков, что делает сеть устойчивой к манипуляциям со стороны любого отдельного участника.

Что такое SHA-256?

SHA-256 расшифровывается как Secure Hash Algorithm 256-bit (алгоритм безопасного хеширования длиной 256 бит). Это криптографическая хэш-функция, указанная в Whitepaper Биткойна, разработанная АНБ и опубликованная NIST как часть семейства SHA-2. Она принимает любой ввод и производит 256-битный вывод, выраженный в виде 64-символьной шестнадцатеричной строки. Биткойн применяет ее дважды последовательно в процессе майнинга.

Что произойдет, если два входных данных дадут один и тот же хэш?

Когда два различных входных значения приводят к одинаковому результату хеширования, это называется коллизией. Криптографические хеш-функции разработаны таким образом, чтобы поиск коллизий был вычислительно невыполнимым: вероятность нахождения двух входных данных, дающих одинаковый хеш-результат с использованием SHA-256, астрономически мала. Если бы выяснилось, что хеш-функция предсказуемо создает коллизии, она считалась бы криптографически взломанной и непригодной для обеспечения безопасности.

Актуален ли Bitcoin Whitepaper сегодня?

Да. Whitepaper Bitcoin, опубликованный Сатоши Накамото в 2008 году, остается основополагающим справочным материалом для разработки консенсуса proof-of-work и наиболее изученным примером Whitepaper по криптовалюте в качестве технического документа. Сеть Bitcoin продолжает работать, используя механизмы, описанные в Whitepaper. Его объем составляет девять страниц, и он свободно доступен по адресу bitcoin.org/bitcoin.pdf.

Кто написал Whitepaper Ethereum?

Виталик Бутерин написал Whitepaper Ethereum, опубликованный в 2013 году. Документ предлагал программируемый блокчейн, который мог исполнять смарт-контракты, расширяя концепцию, предложенную Биткойном. Ethereum изначально использовал Keccak-256 в качестве своей хеш-функции и proof of work в качестве своего механизма консенсуса, затем перешел на proof of stake в сентябре 2022 года. Whitepaper Ethereum доступен по адресу ethereum.org/en/whitepaper/.

Похожие материалы

• Что такое цифровая подпись? Гид по криптовалюте
• Как получить данные о вашей транзакции из различных обозревателей блокчейна
• Что такое Cardano? Объяснение криптовалюты ADA и блокчейна