Как устроен блокчейн Ethereum

Ethereum – блокчейн-экосистема, пользователи которой могут создавать и запускать децентрализованные приложения (DApps). Криптовалюта сети ETH (эфир) служит обменной единицей внутри экосистемы.

Ethereum был основан командой разработчиков во главе с Виталиком Бутериным (Vitalik Buterin).

Виталик опубликовал вайтпейпер Ethereum в 2013 году. Принципы, лежащие в основе Эфириума, в значительной степени были направлены на исправление недостатков сети Bitcoin.

После запуска в 2015 году, Ethereum расширил горизонты применения блокчейнов за счет внедрения смарт-контрактов. Благодаря им, любой желающий может создавать собственные токены и приложения на основе сети.

Нововведения Ethereum проложили путь к созданию широкого спектра рынков и понятий, включая децентрализованные финансы (DeFi), первоначальные предложения монет (ICO), блокчейн-игры (GameFi), невзаимозаменяемые токены (NFT), децентрализованные биржи (DEX) и децентрализованные автономные организации (DAO).

Сегодня Ethereum – сложная и обширная экосистема, на основе которой создано большинство известных криптовалютных проектов и многие альткоины (токены стандарта ERC-20).

Нововведения Ethereum проложили путь к созданию широкого спектра рынков и понятий, включая децентрализованные финансы (DeFi), первоначальные предложения монет (ICO), блокчейн-игры (GameFi), невзаимозаменяемые токены (NFT), децентрализованные биржи (DEX) и децентрализованные автономные организации (DAO).

Сегодня Ethereum – сложная и обширная экосистема, на основе которой создано большинство известных криптовалютных проектов и многие альткоины (токены стандарта ERC-20).

Ethereum работает как сеть блокчейн с рядом модификаций. Его цель – предоставить инструментарий для создания и запуска децентрализованных приложений (dApps).

DApps – такие же приложения, как и любые другие, сделанные на Windows, iOS, итд. Разница в том, что они запущены на блокчейне и “питаются” от криптовалюты.

В отличие от обычных приложений, которые регулируются централизованными группами разработчиков, dApps регулируются смарт-контрактами, а разработчики их только обслуживают.

Децентрализованные приложения могут быть любого рода и назначения – от финансовых сервисов до инструментов творчества и разработки и даже игр. Большинство из них сосредоточены на криптовалютах и способах их применения.

Со списками DApp-приложений можно ознакомиться в специальных браузерах, таких, как DappRadar, Dapp.com, встроенных браузерах кошельков TrustWallet, Coinbase Wallet, MetaMask и других. MetaMask также предлагает небольшой стартовый инструментарий для создания собственной несложной DApp.

Смарт-контракт – запрограммированный алгоритм, который запускается автоматически при выполнении заложенных в нем условий. Приведем пример. Если с аккаунта Х на аккаунт Y (субсчет 1) поступает 0,001 ETH, аккаунт Y с субсчета 2 перечисляет аккаунту X 2 USDT.

Благодаря гибкости структуры блокчейна Ethereum, смарт-контракты не ограничены в своей сложности. С их помощью можно воплотить почти любую идею для криптовалютного сервиса или другого DApp-приложения. После запуска, смарт-контракты невозможно отозвать или изменить.

Сама идея смарт-контрактов не нова. Однако именно Ethereum стал первым блокчейном, взявшим их за основу. Смарт-контракты Ethereum написаны на языке Solidity, который разработал Гэвин Вуд, впоследствие основавший Polkadot.

Газ в Ethereum – комиссия, которую платят пользователи сети. Каждая транзакция облагается платой за газ (амер. англ. gasoline – бензин) – это нужно для проведения транзакций и поддержания работы смарт-контрактов.

Средняя стоимость газа постоянно меняется. Она зависит от нагрузки сети и эффективности валидаторов. При перегрузке сети стоимость газа растет, при низкой активности – падает. Чем сложнее контракты, тем больше газа они запрашивают. Транзакции всегда можно ускорить, заплатив сети больше (и наоборот). В Ethereum газ служит измерительной мерой вычислительной мощности и измеряется в гвей (gwei). Один ETH равен 1 миллиарду gwei.

Эфир торгуется на криптовалютных биржах, поэтому его рыночная стоимость постоянно меняется. Газ отделяет стоимость вычислительной работы в Ethereum от рыночной цены эфира. Актуальную стоимость газа можно узнать через блокчейн-обозреватели (например Etherscan).

EVM (Ethereum Virtual Machine) — виртуальная вычислительная среда, позволяющая разработчикам в Ethereum создавать смарт-контракты, а узлам сети – взаимодействовать с ними. EVM эмулирует процессы, происходящие в сети, прежде, чем они будут запущены.

У каждого узла Ethereum есть отдельная копия EVM. Когда пользователь отправляет транзакцию в смарт-контракт на Ethereum, узлы “прогоняют” контракт и входящие в него транзакции через свои EVM.

В смоделированной среде каждый узел может увидеть, каким будет конечный результат – приведет ли он к успешному выполнению транзакции или нет. Если все узлы достигают одного и того же результата в EVM, изменения вносятся. Обновленное состояние сети Ethereum фиксируется на блокчейне.

На базе блокчейна Ethereum пользователи могут создавать собственные токены различных стандартов. Стандарт токена сродни формату файла. Разные стандарты служат разным целям и по-разному взаимодействуют с системой.

Вот некоторые из самых популярных токен-стандартов Ethereum:

• ERC-20 – стандарт взаимозаменяемых токенов (виртуальные валюты, токены для голосования, стейкинга, и т. д.). Большинство известных криптовалют – токены ERC-20 или их аналоги/модификации
• ERC-721 – стандарт невзаимозаменяемых токенов (NFT)
• ERC-777 – стандарт для расширенного функционала токенов (например, контракт миксера, повышения конфиденциальности транзакций или функции аварийного восстановления в случае утери ключей)
• ERC-1155 – стандарт мультитокенов. Позволяет отправлять разные типы токенов (например, криптовалюты и NFT) в одной транзакции
• ERC-4626 – стандарт для оптимизации доходных хранилищ

ETH – вторая по величине и популярности криптовалюта после BTC. Купить ETH можно на всех централизованных криптовалютных биржах (например, Binance) или на децентрализованных биржах (DEX). Также ETH можно купить в онлайн-обменниках (например, Prostocash, 60cek и т. д.), в криптовалютных кошельках.

С момента основания, сеть Ethereum работала через механизм консенсуса Proof-of-Work. 15 сентября 2022 года сеть перешла на механизм Proof-of-Stake (доказательство доли). Событие стало известно как “The Merge” (слияние).

В процессе “слияния” были объединены основная сеть Proof-of-Work и вспомогательная цепочка Beacon Chain, созданная специально для перехода на Proof-of-Stake. Как результат, в механизме PoW пропала необходимость. После обновления, предыдущая версия сети стала называться Ethereum PoW, а предыдущая версия криптовалюты ETH – ETHW.

В основе обновления лежит отказ от майнинга и механизм “шард-чейнов”. С их помощью, сеть разбивается на 64 небольших блокчейна, каждый из которых обрабатывает отдельные пакеты данных. Это позволит сети обрабатывать значительно больше транзакций в секунду.

Поскольку валидаторам не нужно иметь дорогое оборудование для майнинга, обновленный Ethereum должен потреблять на 99,95% меньше энергии, чем при работе на Proof-of-Work. Это также уменьшит входной барьер для людей, желающих участвовать в жизнедеятельности сети.

Чтобы стать валидатором Ethereum 2.0, нужно заблокировать минимум 32 ETH в стейкинг через клиент сети или стейкинг-пул.

Заблокированные токены помогают сети Ethereum проводить транзакции и генерировать новые блоки. Есть несколько вариантов стейкинга ETH, таких как соло, стейкинг в пулах, стейкинг через специальные сервисы, и т. д. Подробнее о стейкинге ETH здесь.

Рассмотрим главные отличия между блокчейнами Ethereum и Bitcoin.

Сеть Bitcoin полностью сосредоточена на обслуживании криптовалюты BTC, которая де-факто является цифровой валютой. Ethereum обслуживает все запущенные на ней приложения, токены и смарт-контракты. В отличие от BTC, ETH не является самостоятельной цифровой валютой; его ценность сосредоточена на обслуживании блокчейна Ethereum.

Само понятие “блокчейн” появилось с Bitcoin. Ethereum тоже блокчейн. Однако отличие Эфириума в том, что узлы в нем должны отслеживать не только данные транзакций, но и «состояние» (state) сети. Оно включает актуальную информацию обо всех приложениях, баланс каждого счета, код каждого смарт-контракта, а также любые внесенные изменения.

Bitcoin использует модель UTXO (Unspent transaction output/неизрасходованные выходные данные транзакции).

Сеть обрабатывает выходные данные об оставшейся криптовалюте после завершения транзакции и перенаправляет их для запуска новых транзакций. Система отслеживает только результаты транзакций и не собирает данные о пользователе.

Ethereum работает на основе аккаунтов, которые делятся на два типа:

1. Внешние учётные записи (EOA/Externally-Owned Account) – учетные записи, которые обычные пользователи используют для хранения и отправки криптовалют. Создание внешней учетной записи ничего не стоит. Транзакции между внешними учетными записями могут быть только переводами ETH или других токенов. Аккаунт защищен с помощью криптографической пары ключей – открытого и приватного.

1. Учетные записи контрактов – эти учетные записи содержат смарт-контракты. Они могут быть запущены транзакциями эфира из EOA или другими событиями. Создание контракта требует затрат, поскольку он использует сетевое хранилище. В отличие от внешних аккаунтов, контракт реактивен и может срабатывать только в ответ на входящие транзакции или другие триггеры. В коде контракта может содержаться любой ряд операций – от простого перевода до создания нового контракта по заданной схеме.

Пользователь проводит транзакции через зарегистрированную учетную запись – например, в кошельке. Аккаунты освобождают сеть от необходимости создавать новый адрес для каждой транзакции. В то же время, такая модель снижает анонимность.

Bitcoin намеренно сделан максимально простым. Он не обладает полнотой по Тьюрингу: его код неспособен выполнять любые вычисления, и ограничен лишь небольшим набором функций. Отчасти поэтому сеть Bitcoin по сей день практически невозможно взломать.

По мнению создателя Ethereum Виталика Бутерина, традиционный блокчейн, вроде Bitcoin, – это “калькулятор” – максимально простое устройство, безупречно выполняющее единственную функцию.

Эфириум был задуман как “смартфон” – сложная многофункциональная система, обладающая полнотой по Тьюрингу, т. е. способная выполнять любый тип вычислительных операций. Такая система позволяет пользователям самим решать, какой функционал воплощать на ее основе.

В то время как сам блокчейн Ethereum относительно устойчив ко взломам, его сайдчейны все же довольно уязвимы (прецедент сайдчейна Ronin и игры Axie Infinity). Кроме того, из-за неуправляемой сложности смарт-контрактов, Ethereum порой становится жертвой ошибок, приводящих к большим потерям.

Предложение Bitcoin ограничено 21 000 000 BTC, у Ethereum нет ограничения на предложение ETH. На момент написания статьи, в обращении находится около 19 000 000 BTC – около 92% от его максимального предложения.

Количество ETH на данный момент превышает 120 000 000, в теории оно бесконечно. Снижается только скорость выпуска – как правило, во время хардфорков.

Bitcoin может обрабатывать ~4 транзакции в секунду, Ethereum – около 15. Обе сети пытаются увеличить свою скорость и пропускную способность. Сеть Lightning теоретически должна исправить пропускную способность Bitcoin, в то время как Ethereum использует шардинг (разбивая каждую транзакцию на более мелкие части). Ethereum также прибегает к ряду решений второго уровня – Polygon, Ethereum Plasma, Arbitrum One, Optimism, Loopring и другим – для увеличения скорости обработки транзакций.

Bitcoin обновляется по модели софт-форка. После каждого обновления сети сохраняется копия предыдущей версии. Это позволяет сети поддерживать работу для тех узлов, которые еще не обновились.

Ethereum придерживается модели хард-форка. В ней каждое обновление сети сопровождается полным переходом всех узлов на новую версию.

Все активные узлы вынуждены соблюдать форк, если хотят продолжить работу. Это в значительной степени оправдано, поскольку у Ethereum сплоченное сообщество с высоким уровнем согласия в отношении того, в каком направлении двигаться дальше. Поэтому хард-форки обычно не приводят к каким-либо перебоям в работе сети.

У Bitcoin тоже бывают хард-форки — например, обновления Bitcoin Cash и Bitcoin Gold – как бывают и софт-форки у Ethereum. Но такие случаи скорее исключение.

Блокчейн Ethereum – “родина” всей современной DeFi-среды. Именно Эфириум первым ввел многие понятия, которые стали основой современной криптовалютной индустрии. По капитализации и стоимости ETH стабильно занимает второе место после Bitcoin. Противопоставлять Bitcoin и Ethereum бессмысленно – хотя Эфириум и был основан на Bitcoin, это две разных системы, служащие разным целям. Полноценный запуск Ethereum 2.0 может серьезно повлиять на развитие всей криптовалютной индустрии, что несомненно скажется и на стоимости эфира.