О технологиях NFT и Блокчейн

С каждым днём в индустрию поступает всё больше новостей о внедрении технологий блокчейна или NFT, а огромные суммы поражают читателей. В пылу обсуждений редко встретишь обоснования доводов, а ведь это ключ к пониманию ответа. Поэтому в этом посте пойдёт речь о том, как это всё работает и что нам может принести.

Начнём с того, что вся наша цифровая и виртуальная жизнь держится на информации. Блоки данных, что закодированы в виде единиц и нулей, которые в безумном потоке передаются по всей сети, представляя в конечном итоге то, что вызывает у нас невероятный спектр эмоций, то, что представляет для нас ценность. Так вот всю эту информацию всегда нужно как-то хранить и обрабатывать. Скидывать всё беспорядочно в кучу нелогично, ведь после нам придётся во всей этой куче что-то искать. А это время! Время — это крайне ценный ресурс в нашей быстротечной жизни, а ещё и безотказный инструмент криптографов. Так давайте же не затягивать со вступлением)

В 1977 году был разработан первый криптографический алгоритм RSA, который делал возможным реализацию простой электронной подписи. На сегодняшний день электронные подписи проводятся с помощью асимметричного шифрования, основой которых служит владение парой открытых и закрытых ключей, с помощью которых можно закодировать и раскодировать подпись. С помощью этого способа в цифровом мире проводится множество транзакций.

Если говорит упрощённо, то транзакции в блокчейн сети происходят следующим образом:

Что же касается подбора ключей, сколько времени будет затрачено? Если мы говорим о 1024-битном RSA шифровании, то подбор будет исчисляться в годах, следственно подбор не будет иметь никакого смысла.

Если разбирать на простом примере, то давайте рассмотрим шифрование сообщения из одного двузначного числа:

Алгоритм RSA не является надёжным, как минимум потому, что при равенстве msg = N в качестве шифра получится исходное сообщение = msg, поэтому переводы в блокчейне совершаются алгоритмом ECDSA, который строится на основе хэш-функции, впрочем предлагаю сильно не зарываться в тему, тем более я оставил неплохой источник. Примерно разобравшись каким образом делаются цифровые подписи, перейдём к непосредственному осознанию «А что такое блокчейн?».

История блокчейна берёт своё начало с 1979, когда был придуман метод хранения истории транзакций с подтверждением их действительности под названием «дерево Меркла» или «хеш-дерево». Основная его суть заключается в том, что каждый последующий блок дерева хранит информацию с предыдущего. Но всё не так просто.

Давайте рассмотрим проблему: мы должны реализовать простое хранилище, которое будет содержать объёмные файлы, было бы неплохо как-то идентифицировать данные, чтобы при повторной загрузке одного и того же файла не происходило дублирование. Самая простая идея — сравнивать имеющиеся данные с новыми, но учитывая большой вес данных, страшно подумать сколько это займёт, если файлов будет действительно много.

Проблему можно значительно облегчить, путём хеширования наших данных. Если коротко и ясно, то хеширование — это обработка данных с последующим преобразованием в уникальную строку или число, называемое хэшем. На примере алгоритма MD5 вы можете попробовать захешировать ваши строковые данные. Так уж устроено, что компьютеру намного легче работать с числами, чем с единицами данных, потому как проще сравнить 2 числа (ну или небольшие строки), то есть хеша, чем сравнивать между собой блоки данных побайтово. Но не стоит путать хеширование с шифрованием — получить данные через хэш можно далеко не всегда.

Хеширование — крайне полезная функция, которая позволяет проверять целостность файлов, сравнивать их между собой, эффективно создавать и использовать коллекции уникальных объектов, ну а также часто используется в криптографии. Самую простую, но очень плохую, хеш-функцию для строк можно получить простой суммой ASCII-кодов символов.

В этом посте мы не будем с головой зарывать в хеширование, коллизии и их разрешение. Сейчас главное просто понять, что такое хэш и зачем он существует. Если будет интересно, тему можно будет продолжить, хотя и сейчас в интернете предостаточно материалов.

Так зачем же хэши используют в деревьях Меркла? Деревья Меркла — это двоичные (то есть у каждого узла может быть только 2 наследника) деревья, хранящие в себе сумму хэшей с предыдущих поддеревьев. Таким образом корень дерева будет содержать контрольную сумму для всех данных и транзакций.

Это сразу же даёт несколько весомых преимуществ при проверке достоверности транзакций:

1) Нет необходимости в передаче данных напрямую.

2) Нам нет необходимости даже работать со всем деревом.

3) Устаревшие ветви и блоки можно не хранить, а отчищать или заменять более свежими.

Успешно совершив транзакцию, она добавляется в дерево, для того, чтобы суметь подтвердить её действительность в будущем. Здесь стоит подметить интересный момент, что ваша сумма на балансе, пускай и отображается как сумма всех транзакций, но на самом деле в вашем распоряжении отслеживаемые переводы на адреса ваших кошельков. Поэтому и тратить вы сможете только всю сумму с транзакции, правда для того, чтобы получать «сдачу» ваш перевод будет иметь 2 адреса: один для адресата, второй для вашей «сдачи».

Допустим вы с товарищами скинулись на покупку пиццы на один кошелёк, теперь осталось перевести деньги продавцу, а где-то в сети хранятся все ваши переводы, которые необходимо добросовестно проверить. Давайте рассмотрим подробнее проверку, которая называется Proof-of-Work. Для этого нам понадобится получить корневой хеш (нашу контрольную сумму), путь до нашего блока, а также верхние хеши других ответвлений. После чего просчитаем корневой хеш, по имеющимся данным, чтобы сравнить его с контрольной суммой (значением Root) и в случае совпадения получить положительный результат.

Несложно заметить, что проверка выполняется в среднем за O(lnN) — где N это количество узлов дерева. (Логарифмическая формула вытекает из формулы высоты дерева). Пытливый ум мог задаться вопросом: а что если мы имеем нечётное количество блоков? На любом из этапов, при нечётном количестве узлов происходит дублирование узла без пары.

Вот примерно таким образом получается проверка данных при использовании хеш-деревьев. Как вы могли бы догадаться, эту проверку осуществляют сами пользователи, после чего отсылают результат обратно. То есть здесь имеет место и система распределённого реестра. Но можно ли доверять неизвестным пользователям? Правильно, нельзя. Поэтому зачастую транзакцию обрабатывает сразу круг пользователей, а в итоге будет записан наиболее частый результат (или будет произведен полный пересчёт дерева). Заметьте, что я сказал «частый», а не «верный». В мире блокчейна имеет место так называемая «Атака 51%» — уязвимость модели блокчейна, при которой владеющий 51% мощности от всей сети способен обходить систему проверки на подлинность благодаря подмене результатов.

Представленная выше модель помогает прояснить некоторые вопросы. Однако 9 декабря 2021 года Ethereum заявил о планах перехода на менее электрозатратную модель Proof-Of-Stake. Нужно понимать, что тратить вычислительные мощности на проведения подобных транзакций бесплатно никто не будет, отсюда и вытекает необходимость в некотором вознаграждении за проделанную работу. Все транзакции, операции, хранение данных — всё в мире блокчейна делается за криптовалюту, прекрасный независимый аналог валюты, который не имеет границ, точнее уже будет сказать «не имел».

В чём преимущества подобной системы?

1) Данные и их обработка и децентрализованы. О хранении данных мы поговорим чуть ниже, но состояния блокчейн сети хранится именно на устройствах. Даже если один или два субъекта захотят навредить, то у них ничего не выйдет. Каждый обработчик в сети заинтересован в успешном проведении транзакций, ведь за это он получит своё вознаграждение. Всё находится под контролем коллектива устройств. Уже записанные данные нельзя изменить или удалить, даже если они ваши. Для идентификации вы используете собственный уникальный id и пару закрытых ключей таким образом операциям в блокчейн цепи не нужны личные данные участников.

2) Разрушение границ. Блокчейны, имеющие свою валюту, позволяют проводить операции между участниками из разных стран, и для этого им совсем не нужны реальные подписи и бумажные контракты. Цифровизация сделала огромный вклад в разрушении границ между деловыми операциями людей из разных стран.

3) Сохранение информации. Все состояния в блокчейн сети сохраняются и отражаются в цепочках из блоков, таким образом, совершив транзакцию, вы сможете предъявить доказательства того, что она действительно имела место. Эту информацию нельзя подменить или подделать. К тому же она более устойчива к кибер-атакам и физическим повреждениям, так как состояние сети хранится сразу же на множестве устройств. Но всё это относится лишь к надёжным блокчейнам, понятно, что для блокчейнов с уязвимостями, например та же Атака 51%, результат не всегда правдив.

NFT ворвалось в повседневную жизнь очень неожиданно и наделало много шума. Как обычно, людей поражают суммами, которые вертятся в новомодной технологии. Но здесь мы постараемся разобраться о том, как работает NFT, какие у технологии плюсы/минусы, проблемы, альтернативы и перспективы на рынке.

NFT токен — non-fungible token, то есть невзаимозаменяемый, крайне похож на своего криптовалютного собрата, за исключением того, что последний не имеет ничего уникального и взаимозаменяем. А в остальном же все транзакции происходят схожим образом, оставляя следы в блокчейн системе и выстраивая деревья хешей. Несмотря на то, что первые разговоры об NFT появились ещё в 2012, распространение началось в 17 году, когда был представлен NFT на основе смарт-контрактов блокчейна Ethereum.

Смарт-контракт — это небольшая программа, которая загружается в сеть блокчейна и занимает своё адресное пространство в нём. Программа представляет собой набор стандартизированных функций. Цель смарт-контракта — реализовать коллекцию NFT-токенов, то есть при продаже токена вы продаёте не смарт-контракт, а лишь его продукцию. По этой причине удобно считать смарт-контракт одновременно и аккаунтом сети, то есть он в себе содержит данные, может вести операции с криптовалютой и другими смарт-контрактами.

Как упоминалось, смарт-контракты в Ethereum имеют свои стандарты, для NFT — это ERC-721, разработанный Уильямом Энтрикеном, Дитером Ширли, Джейкобом Эвансом, Анастасей Сакс в январе 2018 года. Давайте просмотрим набор стандартных методов:

Метаданные стандарта ERC721 в JSON:

Таким образом блокчейн даёт прекрасные инструменты для развития цифровизации всех наших бюрократических сложностей. С помощью них люди по всему миру могут продавать свои материальные и виртуальные ценности, подписывать контракты, теоретически можно даже задокументировать своё бракосочетание. Благодаря метаданным токена владелец какой-либо ценности может подтвердить свои права, а из-за устройства сети на основе дерева хешей есть возможность подтвердить подлинность операции, но есть пара очень весомых «но», о которых мы с вами поговорим.

Одно из преимуществ блокчейна — анонимность. И понятно, что этим активно пользуются злоумышленники, уже сейчас вполне известно о способах отмыва денег через NFT и других махинациях. Вполне ожидаемо, что правительствам многих стран это не нравится и они стараются ограничить молодую технологию и лишь немногие пытаются ввести её в рамки закона.

Технически, NFT токены в устоявшихся блокчейн сетях имеют доказательства транзакции, но то, что эта транзакция даёт какие-то права никто не гарантирует. В некоторых случаях эти юридические вопросы можно решить силой договоров (или в крайнем случае суда), однако к чему тогда вообще было заморачиваться с NFT? Одна из самых больших проблем блокчейна на данный момент — его юридическая неустойчивость. Оно и понятно, ведь преимущества блокчейна скорее вредят гос.устройству, чем помогают. Это я всё подвожу к тому, что если не будет предпринято попыток вписать NFT в закон, то и сама технология будет держаться в прямом смысле на честном слове. Но это далеко не все подводные камни NFT.

Выше мы поговорили с вами о том, как проходят и фиксируются транзакции, однако не затронули немаловажную тему: а как хранятся данные? Допустим я хочу сделать NFT коллекцию со своей картинкой, куда она будет загружена? Сперва обратимся к хранимым метаданным. Мы видим, что для изображений у нас есть отдельная строка, которая представляет собой URI. То есть сам токен хранит лишь указатель на место хранения объекта, но где он тогда хранится? И тут есть несколько вариантов.

Сперва зайдём на сайт Etherscan — аналитическая платформа Ethereum'а, которая помогает получить данные аккаунтов, смарт-контрактов и токенов. Найдя на маркетплейсе интересующий нас лот, мы можем отыскать его в Etherscan и получить метаданные с помощью tokenURI.

1) Хранение на сервере. Способ, который приходит первым — это хранение данных на сервере. Сервисов облачного хранения сейчас достаточно и особого труда не составляет, чтобы выгружать туда данные, а взамен получать URL на них. Свойство децентрализации нарушается, так как наши данные хранятся централизованно на удалённом сервере. Получается так, что внести изменения в токен внести нельзя, однако изменить данные по URL вполне возможно. То есть купленная NFT картина Джоконды может превратиться в автопортрет Да Винчи. В тот момент, когда все указывают на уязвимость северов к кибератакам и физическим повреждениям, стараясь выделить блокчейн, одновременно с этим хранят данные, привязанные к NFT, на этих серверах.

Каким бы противоречивым способ не казался, раньше маркетплейсы так и делали. Обратимся к лоту от 17 мая 2020 года.

Перейдя по ссылке на Etherscan мы можем получить метаданные, которые говорят, что привязанное к токену изображение хранится по следующему адресу, на серверах Cloudinary. Критики заметили этот момент и маркетплейсу Nifty Gateway пришлось пойти на изменения в политике хранения товаров.

2) IPFS — контентно-адресуемый, одноранговый протокол связи, лучше чем в вики есть и не скажешь, но давайте разберём по порядку. Контентно-адресуемый — означает, что данные хешируются и доступ к ним осуществляется по этому хешу. Одноранговый протокол связи представлен на картинке ниже и может вам быть известен под названием P2P (peer-to-peer) — сеть, в которой компьютер является одновременно и клиентом, и сервером. По итогу мы имеем распределённую файловую систему. Данные хранятся децентрализованно, но технология имеет и свои понятные минусы. Чтобы сделать сеть надёжнее и иметь круглосуточные доступ к нужным данным, некоторые реализуют закрытые сети, к которым могут подключаться лишь доверенные узлы. Разработчики заявляют, что IPFS позволяет эффективно распределять большие объемы данных без дублирования, так как одноранговая IPFS извлекает фрагменты сразу с нескольких узлов. Ещё один плюс IPFS — отказоустойчивость, если один из узлов выйдет из строя, то это не нарушит работу всей сети.

Рассмотрим лот от 7 сентября 2021, цена на который растёт с каждой минутой.

Проделав уже знакомые вам операции, получим метаданные и заветную ссылку на исходное изображение. Как видим, тут уже используется сервис Pinata, такой подход позволяет децентрализованно хранить данные без возможности их изменить или подменить, так как адресация происходит по хешу. В нашем случае это уже намного лучше, но понятно, что от проблем на стороне сервиса никто не застрахован.

3)Децентрализованные облачные хранилища или «псевдо блокчейн-хранилища». Сайты, которые предлагаю хранилища на базе сторонних жестких дисков существуют уже давно. По сути, сайты являются связующим звеном между заказчиком и исполнителем, тем кто предоставляет место на своём диске. С недавнего времени, желая ещё сильнее связать себя с блокчейном, многие сайты стали принимать в качестве оплаты криптовалюту, иногда даже имеют для этого собственную крипту. Например: Storj, Sia, Filecoin, Swarm, Arweave. Все они работают по схожему с IPFS принципу. Некоторые из подобных компаний создают блокчейн системы со своими криптовалютами, а в блоки записывается информация о действиях с файлами. Выплаты осуществляются за хранение, успешное извлечение и загрузку данных.

Момент с работой децентрализованных облачных хранилищ весьма интересен, предлагаю рассмотреть как он устроен на примере Storj:

Всего существуют 3 основных компонента сети:

Сохранение информации на узлы происходит следующим способом:

Ваши данные разбиваются на 80 частей и кодируются (почти так же, как мы и обсуждали выше, приватные ключи остаются у владельца), из которых для восстановления достаточно иметь лишь 29, после чего эти части разлетаются по различным узлам хранения. После того как все части были выгружены в сеть загрузка прекращается, а узлы хранения сохраняются в данные на Satellite.

При желании получить доступ к файлам, пользователь лишь запросит у Satellite список узлов, после чего получит список из 35 активных узлов, откуда будет достаточно загрузить 29 фрагментов и расшифровать их, чтобы восстановить исходные данные. Информация кодируется с помощью так называемого «Оптимального стирающего кода», а именно при помощи кода Рида-Соломона, который позволяет восстановить исходные данные даже при утечки части из них. Это намного экономнее, чем хранить несколько копий на разных узлах.

С одной стороны, мы имеем настоящую децентрализованную сеть по хранению данных, мы можем не беспокоится за исчезновение узлов, ведь наши данные разбиты и хранятся по частям на десятках устройств и чем больше у нас будет узлов — тем надежнее будет система. Для того, чтобы не создавалось централизации на одном большом сервере, Filecoin поощряет хранилища среднего размера. Технология старается подбирать узлы хранения как можно ближе к их владельцу, чтобы ускорить время загрузки. Необходимость в доверенных, связующих, узлах всё ещё сохраняется. Но при проблемах на их стороне, сами данные не пострадают.

Имея общее понимание как работает NFT мы можем увидеть все его плюсы, минусы и перспективы. На сегодняшний день нельзя разместить динамические структуры данных в узлах IPFS. Но при работе со статическими данными у децентрализованных сетей есть ряд преимуществ: устойчивость к кибер-атакам, надёжность и отказоустойчивость. Перед блокчейнами сейчас стоит множество задач: попытаться уменьшить потребление энергии, при этом ускорив работу и уменьшить необходимые затраты памяти (у технологии PoS эти показатели выше, чем у PoW). Ещё одна весомая проблема: масштабируемость блокчейнов, сеть Ethereum имеет пропускную способность в ~20TPS, в то время как у Visa это порядка 24.000TPS. Как видите, работы ещё предстоит много.

Ответ будет забавным и логичным, при покупке NFT мы покупаем только NFT токен и больше ничего. Никто не гарантирует, что при покупке мы получим хоть какие-то права на то, что привязано к токену. Как уже говорилось, это чисто юридический вопрос, вполне возможно создать сервис, который позволит с помощью NFT покупать и авторские права, и билеты в кино, и доступ к альбому, весь вопрос заключается только в том, в какой форме будет это реализовано, мы ещё к этому вернёмся.

Безумные суммы, что сейчас крутятся вокруг NFT абсолютно не имеют под собой никаких практических оснований. С другой стороны у искусства всегда были свои мерила стоимости. Майнеры нарадоваться не могут, что им подкинули столько работы, ведь ещё пару лет назад пророчески твердили, что вся свободная крипта скоро будет добыта. Советы директоров узнали новое слово в IT и стараются запрыгнуть в этот поезд, который топится тысячами долларов, и несётся прямиком в... А вот куда он катится пока не ясно, всё расставит только время и я считаю, что обороты больших сумм вокруг NFT — это хорошая ситуация. Ведь технология имеет весьма интересные перспективы. Сейчас имеются большие проблемы у маркетплейсов, которые в погоне за большими деньгами, дали возможность продавать токены на чужие произведения. Хочется верить, что власти не будут просто запрещать все проявления блокчейна, а постараются узаконить и привести рынок в порядок.

Что касается авторских прав, то в 2021 году на это особо обратили внимание и компании стали искать решения, так например в одном из обновлений Adobe Photoshop была добавлена функция, которая устанавливает подлинность NFT.

Если брать NFT в видеоиграх, то для покупателя мало что изменилось, но средняя цена вырастает из-за дополнительных растрат на проведение транзакций и многое зависит от курса криптовалют. В остальном же, игроки уже смирились с внутриигровыми покупками, а с NFT меняется лишь способ продажи.

В теории все существующие реестры можно перенести на систему блокчейна и IPFS, получив её преимущества. Те, кто говорит, что корпорации и правительства никогда не пойдут на это из-за неподконтрольной системы должны понимать, что можно построить закрытую блокчейн сеть, а благодаря сохранению всех транзакций, вы сможете получить прозрачную сеть, которую невозможно подделать и отменить. При этом анонимность может так же легко улетучится, сделай разработчики регистрацию с подвязкой паспортных данных, которые будут хранится в метаданных.

Вы сможете приобретать доступ к медиафайлам, если они хранятся в IPFS, то вы можете не беспокоится о том, что они когда-нибудь поддадутся цензуре или удалению, так как имеющийся в вашем токене URI будет указывать именно на купленную версию фильма, которую невозможно изменить.

Покупка материальных вещей с помощью блокчейна существует уже давно, но с помощью NFT вы вполне сможете получать и права собственности, не боясь утратить договор. И если технология будет развиваться, получая больше возможностей и больше признания, то можно сказать, что за блокчейном будущее. А если задушить её законами и ограничениями, то логично, что мы не получим место для шага вперёд.

В современные видеоигры может быть внедрена интересная система с продажей NFT на предметы, созданные сообществом, таким образом можно будет либо покупать интересующий контент от сообщества, либо донатить, поддерживая автора с помощью покупки токена. Я не думаю, что NFT получит особое распространение как способ оплаты внутриигровых покупок, из-за сложностей в оплате. Однако уже сегодня существует десятки игр, которые правда скорее направлены на NFT, чем на какой-то геймплей, но есть и более интересные sandbox-проекты с заделом на будущее, если конечно их создатели не укатят со всеми инвестициями куда-нибудь на золотые пляжи.