Как криптовалюты используют криптографию?

Когда протокол Биткойна был запущен в 2009 году, миру была представлена новая валютная система, которая обеспечивается и выпускается совершенно иначе, чем традиционные деньги.

Фиатные валюты, такие как доллар США или японская иена, обеспечиваются доверием к традиционной банковской системе и выпускаются соответствующими центральными банками каждой страны. Любая новая валюта поступает в обращение на основе гибкой денежно-кредитной политики, определяемой каждым национальным правительством. В некотором смысле, фиатные валюты подкреплены доверием к финансовой мощи отдельных стран и армиям, которые защищают эту мощь.

Биткойн, с другой стороны, и впоследствии все криптовалюты, созданные после запуска Биткойна, обеспечиваются и выпускаются с использованием научной практики «криптографии». 

В конечном итоге, Биткойн работает на основе заранее определенной, компьютерно-контролируемой денежно-кредитной политики, которую не может изменить ни один человек, компания или правительство. Вместо того чтобы доверять правительству или учреждениям, пользователи Биткойна доверяют криптографии и прозрачному набору правил протокола, которые позволяют ему надежно функционировать независимо от его рыночной цены или рыночных настроений.

Криптография — это наука о шифровании и дешифровании информации. Короче говоря, это практика изменения сообщения таким образом, чтобы его могли понять только отправитель и предполагаемый получатель или получатели.

Если зашифрованное сообщение будет перехвачено кем-то, кроме предполагаемого получателя, криптография сделает практически невозможным для перехватчика понять, какую информацию оно содержало.

Один из самых ранних примеров криптографии относится к VII веку до нашей эры, когда древние греки оборачивали кожаные полоски с секретными сообщениями вокруг палок — метод шифрования, известный как скитала. После разматывания на кожаной полоске оставался набор букв, который мог расшифровать только человек с аналогичной палкой такого же диаметра.

Во время войны криптография играла жизненно важную роль в обеспечении безопасности сообщений, которые могли быть перехвачены между распределенными силами. Во Второй мировой войне использование криптографии для расшифровки зашифрованных нацистских радиопередач с шифровальной машины Enigma оказалось решающим в прекращении вторжения в Европу.

Перенесемся в наши дни, и криптография теперь играет фундаментальную роль в безопасности и выпуске криптовалют, таких как биткойн. 

Криптография является важным компонентом криптовалют и используется для: 

• Создания пар ключей криптокошелька
• Выпуска новых биткойнов через процесс майнинга
• Цифровой подписи транзакционных сообщений

Общая сумма вычислительных ресурсов, направленных на майнинг биткойнов, помогает защитить сеть от кибератак. Это известно как «хешрейт» сети. Чем больше майнеров в сети, тем выше хешрейт и тем больше вычислительной мощности требуется, чтобы подавить сеть большинством в 51%.

Атака 51% является одной из самых больших угроз для публичных блокчейн-сетей. Злоумышленники, которые могут объединить достаточно ресурсов для контроля не менее 51% хешрейта блокчейна, получают возможность блокировать входящие транзакции, изменять порядок транзакций и дважды тратить средства. Однако, делая процесс вычислительно сложным, сеть биткойнов предотвращает захват контроля над сетью злоумышленниками.

Хеширование SHA-256 также отвечает за обеспечение неизменности транзакций на основе блокчейна. 

После того как транзакции объединяются в новые блоки и проверяются всеми другими добровольцами в сети, каждое транзакционное сообщение хешируется с использованием криптографического алгоритма SHA-256. 

Эти уже хешированные транзакции затем систематически хешируются попарно для создания так называемого «дерева Меркла». Пары транзакций хешируются вместе до тех пор, пока в конечном итоге все транзакции в блоке не будут представлены одним хеш-значением. Это единственное значение становится корнем Меркла и хранится в заголовке блока.

Поскольку хеши являются детерминированными – это означает, что один и тот же вход всегда будет создавать одно и то же уникальное выходное значение – любая попытка злоумышленников изменить блок транзакций приведет к совершенно новому значению корня Меркла. Другие добровольцы в системе смогут увидеть измененный корень Меркла по сравнению с действительным блоком и отклонить его, единогласно предотвращая коррупцию.

Детерминированная природа криптографических алгоритмов позволяет пользователям сети совершать транзакции с биткойнами без необходимости в доверенном посреднике для проверки и обработки платежей.

Благодаря децентрализации и отсутствию человеческого участия, транзакции могут обрабатываться значительно быстрее, а комиссии часто намного дешевле, чем в традиционных банковских решениях.

Биткойн использует криптографию на эллиптических кривых (ECC) и алгоритм безопасного хеширования 256 (SHA-256) для генерации публичных ключей из соответствующих им приватных ключей.

Публичный ключ используется для создания адреса криптокошелька для получения входящих транзакций, в то время как приватный ключ необходим для подписи транзакций и подтверждения владения средствами.

Вы можете представить приватный ключ как PIN-код вашей банковской карты, а публичный ключ как номер вашего банковского счета. Хакеру нужны оба, чтобы совершить что-то нежелательное с вашими финансами.

Приватный ключ является важнейшей частью пары ключей и хранится в криптокошельке. Технически, криптокошелек хранит доступ человека к его криптосредствам, а не саму криптовалюту. Сами средства — это просто записи данных, зафиксированные в блокчейне, которые могут быть идентифицированы и разблокированы с помощью ключей, хранящихся в вашем кошельке. 

ECC — это использование специальной математической кривой, которая горизонтально симметрична. Если провести любую линию через эту кривую, она пересечет фигуру максимум три раза. ECC является важной частью криптовалюты и позволяет пользователям генерировать публичный ключ.

Для генерации пары ключей Биткойна необходимо сначала создать приватный ключ.

Приватный ключ Биткойна — это случайно сгенерированное 256-битное число (от 1 до 2²⁵⁶, или два в степени двести пятьдесят шесть — невероятно большое число!). На таких сервисах, как Kraken, это число создается автоматически при настройке нового криптокошелька.

Публичный ключ затем генерируется из этого числа с использованием умножения на эллиптической кривой. Это включает в себя взятие начальной точки на эллиптической кривой (известной как точка-генератор) и умножение ее на случайное число приватного ключа для получения новой точки на кривой.

Эта новая точка становится публичным ключом с определенными координатами x и y. Найти приватный ключ, зная публичный ключ, практически невозможно из-за того, насколько сложно было бы угадать случайное 256-битное число. Вероятность угадать его составляет примерно один к 150 000 миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов.

Теоретически, для нахождения этого числа за один день потребовался бы квантовый компьютер с более чем 13 000 000 физических кубитов. На сегодняшний день один из самых передовых квантовых компьютеров в мире, процессор IBM Eagle, обладает всего 127 кубитами (или 0,00097% от необходимого количества кубитов).

Другими словами, системы, используемые криптовалютами, по крайней мере на данный момент, полностью безопасны.

Для создания адреса биткойн-кошелька координаты x и y пропускаются через алгоритм SHA-256. 

Эта криптографическая хеш-функция была разработана и опубликована Агентством национальной безопасности США (АНБ) в 2001 году и, по сути, превращает любой вход (в данном случае, координаты публичного ключа) в уникальный 256-битный код фиксированной длины.

Этот код представлен в 64-символьном шестнадцатеричном формате, содержащем смесь чисел от 0 до 9 и букв A-F.

Криптографические функции ECC и SHA-256 известны как «односторонние» или «детерминированные» функции. Это означает, что они работают только в одном направлении и не могут быть обращены для раскрытия исходных входных данных.

Хотя возможно создать публичный ключ из приватного ключа, невозможно обратить процесс и раскрыть приватный ключ. То же самое относится к попыткам выяснить, какой публичный ключ был использован для создания адреса биткойн-кошелька. Только владелец публичного ключа обладает этой информацией и может использовать ее для подтверждения владения адресом биткойн-кошелька.

Нужен лучший способ понять это? Представьте, что кто-то смешал различные цветные краски из, как мы уже отмечали, 150 000 миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов вариантов, чтобы создать один уникальный цвет. 

Если бы вы знали точное количество нужных красок, вы смогли бы воспроизвести точно такой же цвет. Но что, если нет? Попытка обратить процесс была бы почти невозможной. 

По сути, именно так работают эти односторонние криптографические функции, и именно это позволяет их входным данным быть неузнаваемыми по сравнению с выходными.

Новые единицы биткойнов поступают в обращение через процесс, называемый майнингом.

Майнинг является частью механизма консенсуса Proof-of-Work, используемого блокчейном Биткойна для выбора честных участников для добавления новых блоков данных.

Это достигается за счет использования хеширования SHA-256. Тысячи сетевых добровольцев – известных как майнинговые узлы – соревнуются друг с другом, используя компьютеры, специально созданные для генерации триллионов хешей в секунду.

Майнеры сначала берут заголовок блока – часть, которая содержит всю информацию верхнего уровня о блоке, включая его временную метку, целевое значение, которое майнеры должны превзойти, и другие ключевые компоненты – из самого последнего блока в цепочке и корректируют число, называемое nonce. 

Nonce — это мнемоническое правило, которое означает число, используемое только один раз. Это часть заголовка блока, которую можно изменить для создания нового хешированного значения.

Цель основанного на криптографии соревнования по майнингу проста. Майнеры используют свои машины для автоматической корректировки числа nonce в заголовке блока и пропускают его через алгоритм хеширования SHA-256 для получения значения.

Тот майнер, который производит значение с таким же или большим количеством нулей в начале по сравнению с целевым значением, выигрывает соревнование. Если значение не превосходит целевое значение, майнеры снова корректируют число nonce, перехешируют заголовок блока и производят новое значение.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока кто-то не добьется успеха.

Вновь отчеканенные биткойны присуждаются каждому успешному майнеру в соответствии с фиксированным графиком выпуска, заранее запрограммированным в исходном коде Биткойна его создателем, Сатоши Накамото. 

Криптография играет жизненно важную роль в обработке биткойн-транзакций и обеспечении безопасности сети посредством процесса майнинга. Вы можете ознакомиться со статьей Kraken Learn Center Что такое майнинг биткойнов?, чтобы узнать больше.

Цифровые подписи имеют решающее значение для того, чтобы отправители могли доказать владение соответствующим закрытым ключом к определенному открытому ключу, не раскрывая свой закрытый ключ никому.

Биткойн использует алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA) для криптографического подтверждения и отправки транзакций из криптокошелька.

Это включает в себя то, что отправитель берет хешированное сообщение транзакции (которое включает адрес кошелька получателя, сумму отправляемого BTC, любые прикрепленные комиссии и источник биткойна), добавляет к нему свой закрытый ключ и создает цифровую подпись с использованием другого одностороннего математического процесса.

Более конкретно, это включает процесс, аналогичный вышеупомянутому созданию открытого ключа из закрытого ключа, с добавлением нескольких дополнительных шагов.

Создается случайное число (аналогичное закрытому ключу), которое затем умножается на ту же генерирующую точку, используемую для создания открытого ключа кошелька, чтобы создать новую точку на эллиптической кривой. Назовем ее Точка А. 

Координата X Точки А затем умножается на закрытый ключ отправителя и добавляется к хешированному сообщению транзакции. Все это затем делится на случайное число, сгенерированное в начале, для получения нового значения. Это значение служит цифровой подписью.

Для проверки цифровой подписи получатель выводит две точки на эллиптической кривой. Сначала сообщение делится на значение цифровой подписи для получения генерирующей точки. Затем координата X генерирующей точки делится на значение цифровой подписи для выявления второй точки на кривой.

Наконец, проведение линии через эти две точки дает третью и последнюю точку на эллиптической кривой. Эта конечная точка должна иметь точно такую же координату X, как и Точка А, тем самым доказывая, что цифровая подпись была создана с использованием правильного соответствующего закрытого ключа.

К счастью, цифровой криптокошелек выполняет весь этот процесс проверки автоматически, без какого-либо участия пользователя.

Криптография играет важную роль не только в защите сетей криптовалют от коррупции, но и в предоставлении неопровержимых средств доказательства владения средствами, не заставляя пользователей отказываться от своей конфиденциальной информации о закрытых ключах.

Без нее сети криптовалют, вероятно, были бы вынуждены полагаться на доверенных, централизованных посредников для защиты своей информации и облегчения платежей — что полностью противоречит децентрализованной природе публичных криптовалют на основе блокчейна.

Теперь, когда вы понимаете технологию, лежащую в основе криптовалют, пришло время начать работу с самой прозрачной и надежной биржей цифровых активов.

Готовы сделать следующий шаг в своем криптопутешествии с надежной и прозрачной биржей? Нажмите кнопку ниже, чтобы начать работу с Kraken уже сегодня!