Российским блокчейн-разработчикам нужно 80 млрд руб. На что их потратить?03.09.2019 11:15

03.09.2019, Вт, 10:51, Мск , Текст: Игорь Королев

Развитие систем распределенного реестра, к числу которых относится блокчейн, принесет российской экономике 1,6 трлн руб. к 2024 г. В то же время российским разработчикам соответствующих технологий нужны инвестиции на сумму 78 млрд руб. CNews разбирался, из чего состоят указанные технологии и на какие конкретно проекты необходимы инвестиции.

В чем отличия систем распределенного реестра от распределенных баз данных

Telegram-канал «Криптомужик» опубликовал проект дорожной карты развития технологий «Систем распределенного реестра». Документ подготовлен «Новосибирским институтом программных систем» в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» нацпроекта «Цифровая экономика России».

В рамках дорожной карты под распределенной базой данных понимается вид баз данных, в которых информация повторена, тиражирована и распределена между узлами, принадлежащими участникам сети. Под распределенной вычислительной сетью понимается сеть, вычислительная мощность и данные которой распределены между множеством нод (узлов).

Система распределенного реестра — это база цифровых транзакций, записей о событиях, содержащих критически важную управленческую, юридическую, финансовую и иную информацию, которая хранится, одновременно создается и обновляется на всех носителях у всех участников реестра на основе заданных алгоритмов, обеспечивающих ее тождественность у всех пользователей реестра. Технологии систем распределенного реестра — это группа методов, направленных на создание распределенных баз данных и обеспечение непротиворечивости, синхронизации, неизменности и прозрачности хранящейся в них информации.

Технология систем распределенного реестра представляет собой новый подход к созданию баз данных, ключевой особенностью которого является отсутствие единого центра управления. Каждый узел составляет и записывает обновления реестра независимо от других узлов.

В отличие от распределенных баз данных, каждый участник системы распределенного реестра хранит всю историю изменений и валидирует добавление любых изменений в систему с помощью алгоритма консенсуса, который математически гарантирует невозможность подделки данных при определенной доле достоверных нод. Однако ни один участник не может изменить данные в системе таким образом, что другие участники не узнают об этом. Благодаря этому, данные, которые находятся внутри системы распределенного реестра, становятся доверенными, а все изменения — прозрачными.

Использование технологий систем распределенного реестра направлено на установление доверительных отношений в цифровой среде, обеспечение прозрачности истории транзакции, улучшение отслеживаемости действия внутри процессов, децентрализацию хранения и обработки данных, обеспечение безопасности обмена данными между участниками процессов и защиту данных от несанкционированных транзакций. Основные эффекты от применения данной технологии заключаются в сокращении числа посредников, автоматизации отдельных процессов, повышении отказоустойчивости систем и генерации дополнительной выручки, в том числе за счет сокращения издержек.

Основные решения и продукты на базе субтехнологий систем распределенных реестров

В мире системы распределенного реестра используются для отслеживания грузов и запасных частей, для сделок торгового обеспечения и межбанковских платежей, трансграничных платежей и проведения государственных аукционов, а также для подтверждения подлинности товаров и взаиморасчетов коммерческих организаций. В России соответствующие технологии активно используется для сделок торгового финансирования, для обеспечения сделок поставки против платежа, для торговли билетами, для отслеживания запасных частей и материалов, для отслеживания сырья и товаров повседневного потребления.

В России рынок систем распределенного реестра составляет 2,4 млрд руб., а к 2024 г. он вырастет до 180 млрд — 454 млрд руб. Мировой рынок систем распределенного реестра вырастет с $2 млрд в 2018 г до $23–54 млрд.

Три слоя систем распределенного реестра

Системы распределенных реестров состоят из трех слоев. Транспортный слой состоит из консенсуса (инструменты и протоколы, обеспечивающие неизменность и достоверность данных), исполнения транзакций (определяет структуру данных, модель транзакций и обеспечивает их распределенное хранение), а также безопасности и приватности (инструменты и протоколы шифрования и обеспечения приватности данных).

Слой представления состоит из кодовой базы платформы (архитектура ПО и используемый язык программирования), функциональности платформы (включает в себя инструменты и протоколы интеграции с другими системами распределенного реестра и внешними источниками данных, а также поддержку инструментов сценарного программирования), токенизации (инструменты выпуска цифровых активов) и механизмов увеличения пропускной способности (различные методы увеличения пропускной способности за счет параллельного добавления транзакций в основную сеть, выполнения части транзакций вне основной сети и другие подходы в части увеличения пропускной способности).

Также к данному слою представления относятся: исполнение скриптов (определяет процессы выполнения смарт-контрактов в вычислительной среде), механизмы стимулирования заданного поведения участников сети (структура поощрения различных участников системы к заданному поведении), управление правами доступа и ролями (инструменты авторизации и аутентификации пользователей, а также определения прав доступа).

В третий слой — приложений — входят: интеграция (определяет механизмы использования данных, находящихся вне сети, для исполнения смарт-контрактов, взаимодействия и обеспечения возможности обмена данными и цифровыми активами между различными платформами), создание приложений и смарт-контрактов (инструменты разработки, тестирования и интеграции приложений, создаваемых на базе платформы), функционирование (инструменты мониторинга загрузки и состояния платформы, интерфейс для отслеживания транзакций, аналитические модули процессы выполнения смарт-контрактов) и приложения безопасности (инструменты обеспечения защиты сети от DDoS-атак, минимизация критических уязвимостей в смарт-контрактах, резервное копирование и восстановление сети).

Блокчейн как одна из технологий организации и синхронизации данных

Авторы дорожной карты разделяют системы распределенного реестра на три субтехнологии. Технология организации и синхронизации данных отвечает за организацию распределенных нод в единую сеть с согласованной базой данных. Данная технология представляет собой совокупность методов и инструментов, направленных на определение, организацию и усовершенствование взаимосвязей между частями и элементами распределенных баз данных, а также обеспечение их согласованности и приведение к соответствию.

Наиболее развитые системы распределенного реестра, подтверждающие уровень готовности технологий (УГТ)

Уровень готовности данной технологии (УГТ) составляет 7 из 9 возможных. Это означает, что прототипы отражают планируемую штатную систему или близки к ней.

Блокчейн в рамках дорожной карты рассматривается в качестве одного из типов субтехнологии организации и синхронизации данных, где данные добавляются в последовательность из блоков, причем каждый блок связан с предыдущим таким образом, что изменение данных в одном блоке требует изменения данных по всех предыдущих блоках, а все полные ноды хранят всю историю изменений данных (либо в рамках всей цепи, либо в рамках шарда при использовании технологии шардинга), что существенно повышает защищенность сети. Вследствие наибольшей защищенности и надежности большинство разработчиков систем распределенного реестра используют блокчейн в качестве технологии организации и синхронизации данных систем распределенного реестра.

В то же время существуют альтернативные методы, такие, как направленный ациклический граф, где синхронизация информации организована в формате не блоков, а взаимных сообщений между множеством пользователей сети. Также существуют различные запатентованные субтехнологии организации и синхронизации данных, являющиеся подвидами направленного ациклического графа. Например, компания Radix разрабатывает технологию Tempo, а компания Swirlds Corporation — HashGraph.

Однако не существует подтверждения гипотез о более высокой эффективности данных проприетарных технологий. Защищенность от захвата сети и проблемы двойной траты подобных сетей на данный момент не подтверждены. Большинство разработчиков фокусируются на увеличении пропускной способности технологии блокчейн, чем ациклического направленного графа, в связи с более низким уровнем разработанности последнего.

По результатам реализации мероприятий данной дорожной карты среднее время, необходимое для подтверждения блока, увеличится с 8 мин в 2019 г. до менее чем 0,02 мин в 2024 г. Средний срок развертывания полной ноды за это время сократится с 96 часов до 1 часа. Доля полностью интероперабельных платформ, соответствующих ГОСТ в части криптографии, вырастет с 5% до 80%.

Количество запатентованных технологий организации и синхронизации данных достигнет 50 (сейчас — 0). Доля компаний, обладающих полными нодами в системах распределенного реестра, составит 55% (сейчас менее 1%). Количество системных архитекторов с опытом в области построения распределенных систем увеличится со 100 до 3 тыс.

Алгоритмы обеспечения целостности и непротиворечивости данных

Вторая субтехнология — обеспечения целостности и непротиворечивости данных — обеспечивает неизменность и единство данных сети, защищая ее от неавторизованных изменений истории данных и формируя доверительные отношения между участниками сети. Технология представляет собой совокупность методов и инструментов, направленных на приведение в соответствие имеющихся данных в децентрализованной сети к единой внутренней логике и структуре по заранее определенным правилам, включая порядок добавления и валидации новых данных в распределенном реестре, а также обеспечение синхронизации и согласования данных между узлами децентрализованной сети.

Уровень готовности данной субтехнологии составляет 8. Это означает, что технология проверена на работоспособность и может быть использована в ожидаемых условиях эксплуатации при незначительных доработках.

В части технологии обеспечения целостности и непротиворечивости данных существуют различные консенсус алгоритмы, которые отличаются между собой как в части используемых математических алгоритмов, обеспечивающих целостность сети распределенного реестра, так и в части типа ресурсов, необходимых для валидации блоков, энергозатрат, требуемых для подтверждения транзакций, и уровня защиты от захвата данных ресурсов. Разработчики систем распределенного реестра экспериментируют с алгоритмами консенсуса, создавая новые.

На сегодняшний момент не существует одного идеального алгоритма. Для различных целей используются различные консенсус алгоритмы — в зависимости от потребности в уровне децентарлизации, защиты от захвата сети, энергоэффективности и пропускной способности для каждой сети подбирается определенный алгоритм консенсуса. Также существуют системы распределенного реестра с настраиваемым алгоритмом консенсуса.

Proof of Work (PoW) — алгоритм достижения консенсуса, в котором вероятность получения права валидации блока зависит от доли вычислительных мощностей сети, принадлежащих ноде. Proof of Stake (PoS) — алгоритм достижения консенсуса, в котором вероятность получения права валидации блока зависит от доли ресурсов (токенов) сети, принадлежащих ноде. Proof of Authority (PoA) — алгоритм достижения консенсуса, в котором право валидации блоков представлено определенным одобренным аккаунтам — валидаторам.

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) — консенсус алгоритм без лидера сети, валидирующего транзакции, каждая нода может обращаться к любой другой ноде сети. В рамках алгоритма предварительно выбранные «доверенные» ноды поддерживают целостность сети. Paxos/RAXT– консенсус алгоритм, где ноды сети выбирают одного лидера, отвечающего за валидацию транзакций.

Leased/Delegated Proof-of-Stake (LPoS/DPoS) — алгоритм консенсуса, предусматривающий возможность добавления блоков только для держателей определенного количества токенов сети, которые можно передавать другим нодам сети в лизинг или голосовать за определенных валидаторов в соответствии с долей токенов сети, принадлежащих определенной ноде. Limited Confidance Proof-of-Activity (LCPoA) — модификация алгоритма PoW в части уменьшения расхода вычислительных ресурсов, требуемых для подбора хеша блока, но в качестве дополнительного значения nonceиспользуется текущая метка времени.

По результатам выполнения заложенных в дорожную карту мероприятий количество транзакций в секунду увеличится с 1 тыс. в 2019 г до 100 тыс. в 2024 г. За это время защита от захвата вычислительных мощностей вырастет с 51% до 76%, а количество запатентованных консенсус алгоритмов достигнет 50 (сейчас — 0). Доля платформ распределенного реестра, сертифицированных по ГОСТ, составит 55% (сейчас — 0), а количество выпускаемых специалистов в области криптографических алгоритмов, используемых в системах распределенного реестра, вырастит с 250 до 2 тыс человек.

Создание и исполнение децентрализованных приложений и смарт-контрактов

Третья субтехнология — создания и исполнения децентрализованных приложений и смарт-контрактов — расширяет функционал систем распределенного реестра и позволяет цифровизировать процессы за счет использования смарт-контрактов в доверительной среде. Технология представляет собой совокупность методов и инструментов, направленных на создание приложений, обеспечивающих взаимодействие неограниченного количества участников распределенной системы, и на разработку, поддерживание и выполнение компьютерных алгоритмов, предназначенных для автоматизации процессов исполнения контрактов или сохраненных в распределенном реестре процедур.

Децентрализованные приложения обладают прозрачной и открытой логикой, обеспечивающей гарантированное исполнение заданных функций в рамках систем распределенного реестра. Уровень готовности данной технологии составляет 6. Это означает доказанность реализуемости и эффективности технологий в реальных или близких к реальным условиям и возможность интеграции технологии в административные и бизнес-процессы, для которых данная технология должна продемонстрировать работоспособность. Однако переход технологии на следующий уровень требует реализации большего количества пилотов, тестирования как в лабораторных, так и в реальных условиях.

По результатам реализации заложенных в дорожную карту мероприятий, средний срок интеграции систем распределенных реестров в бизнес-процессы сократится со 120 часов в 2019 г. до менее чем 10 часов в 2024 г. Средний срок аудита смарт-контрактов на предмет отсутствия критических уязвимостей сократится со 120 минут до менее чем 1 минуты. Количество разработанных децентрализованных приложений и отраслевых решений на базе платформ распределенного реестра увеличится с 15 до 500.

Количество разработчиков смарт-контрактов и децентрализованных приложений вырастет со 100 до 3 тыс. Количество коммитов в открытых репозитариях исходных кодов систем распределенного реестра увеличится с 18,9 тыс. до 100 тыс. Доля цифровизированных за счет внедрения смарт-контрактов бизнес-процессов вырастет с 5% до 75%, а количество сервис-провайдеров систем распределенного реестра в приоритетных отраслях увеличится с 15 до 550.

Дорожная карта предполагает создание инструментов для разработки смарт-контрактов на естественном языке, стандартных протоколов обращения к внешним данным, инструментов автоматизированного аудита смарт-контрактов, инструментов разработки смарт-контрактов и децентрализованных приложений, инструментов интероперабельности и инструментов развертывания нод на маломощных системах (например, смартфонах и IoT-устройствах).

Количество инструментов создания смарт-контрактов на естественном языке вырастет с 3 в 2019 г до 50 в 2024 г. За это же время появится 1 тыс. стандартизированных ораклов для обращения к любым типам внешних данных с целью инициации условий смарт-контрактов (сейчас таких ораклов нет).

Количество универсальных инструментов создания децентрализованных приложений и смарт-контрактов увеличится с 1 до 75, количество технологических стандартов в части алгоритмизации процессов, защищенности систем и обращения к внешним данным — с 10 до 250, количество зарегистрированных патентов в области технологии распределенного реестра — с 2 до 450. Уже к 2021 г. развертывание полных нод станет возможным на простом смартфоне.

Приватные и публичные системы распределенного реестра

Системы распределенного реестра бывают нескольких видов. Публичная система распределенного реестра — это открытые сети, допуск к участию в которых не ограничен для широкого круга пользователей, статус оператора не закреплен за определенными участниками, а также отсутствуют централизованные инстанции, управляющие правилами сети, ее конфигурацией и выпуском криптографических ключей.

Уровень готовности технологий систем публичного реестра в России находится на отметке »7», в мире — »8». Отечественными решениями в данной области являются Waves, Izzzio и Acryl. Иностранные решения — Ethereum, NEO Foundation и VeChain. Отечественные отстают от иностранных из-за преобладания неполных по Тьюрингу публичных систем распределенного реестра, которые необходимы для создания полноценных децентрализованных приложений.

Уровень готовности интеграции (УГИ) находится на отметке »2» (максимум — »9»). Публичные платформы не готовы к промышленному использованию из-за ограничений масштабируемости, безопасности, децентрализованности и конфиденциальности транзакций. Наиболее популярные децентрализованные приложения используются не более чем 50 тыс. уникальными пользователями в месяц. К 2022 г. УГИ поднимется до отметки »7».

Другой вид систем распределенного реестра — приватный. Это закрытые сети, в которых устанавливаются критерии членства, в соответствии с которыми участники допускаются к управлению узлами и получают доступ к сервисам сети. В России и в мире уровень готовности соответствующих технологий находится на максимальной отметке — »9», уровень готовности интеграции — на отметке »3»

Отечественными решениями в данной области являются Vostok, Exonum (продукт от Bitfury) и Izzzio. Иностранными решения Hyperledgerот Linux, Cordaот R3, а также Xcurrent, Xrapid и Xvia от Ripple. В отличие от публичных систем, в области приватных систем отечественные решения не отстают от иностранных.

В части приватных платформ требуется разработка инструментов интеропеработельности: ноды могут видеть друг друга и обмениваться сообщениями, ноды могут валидировать транзакции друг друга с точки зрения проверки соответствия публичного ключа и подписи, ноды могут валидировать транзакции друг друга с точки зрения бизнес-логики, ноды имеют единые правила управления доступом к данным, ноды могут исполнять децентрализованные приложения и смарт-контракты, написанные под требования различных сетей, ноды полностью синхронизированы в части данных и программного кода.

Для финансовой и страховой деятельности и транспортировки и хранения уровень готовности интеграции достигнет отметке »7» к 2022 г. Для госуправления и для обрабатывающих производств УГИ достигнет аналогичной отметки к 2023 г., для остальных отраслей — после 2024 г.

Гибридные системы распределенного реестра

Существуют также гибридные системы распределенного реестра — они сочетают в себе свойства как открытых, так и закрытых сетей. Консорциумные системы распределенного реестра рассматриваются как подвид приватных, так как применяются только в рамках приватных систем распределенного реестра, однако управление данными системам осуществляется консорциумом, состоящим из множества организаций.

Авторы дорожной карты выделяют еще несколько типов систем распределенного реестра. В системе с реестром с ограничениями на добавление информации только некоторые пользователи могут быть пользователями-регистраторами. Такие системы возможно реализовать в приватных системах распределенного реестра, а также в публичных, работающих на базе консенсус алгоритма PoA.

Система с реестром конфиденциальная обеспечивает конфиденциальность внесенной в реестр информации. Такие системы возможно реализовать как в публичных, так и в приватных системах. Система с реестром с ограничениями на просмотр использует реестр, в котором не все пользователи являются пользователями-наблюдателями. Данное решение возможно реализовать только в приватных системах.

Система с реестром совместная использует реестр, в котором все пользователи могут быть пользователями-регистраторами. Такие решения возможно реализовать только в рамках публичных систем распределенного реестра. Система с реестром анонимная (псевдоанонимная) использует реестр, в котором обеспечена анонимность (псевдоанонимноть) пользователей, ее возможно реализовать только в публичных системам. Система с реестром иерархическая использует реестр, в котором обеспечена иерархия информационной системы. Реализация возможна только в рамках приватных систем распределенного реестра.

Перспективы систем распределенного реестра в России

В России наибольшее количество отраслевых решений создаются с помощью зарубежных платформ распределенного реестра с открытым исходным кодом  — Hyperledger и Ethereum. Это обстоятельство не является признаком зависимости РФ от зарубежных решений. Доступ к исходному коду рассмотренных решений не может быть ограничен по политическим причинам.

Примеры реализации иностранных проектов

В то же время внедрение отечественными компаниям зарубежных отраслевых решений обладает рисками зависимости и ограничения доступа. Поэтому данные решения целесообразно внедрять при условии отсутствия отечественного аналога сейчас и перехода на отечественное решение в будущем, считают авторы дорожной карты.

На текущий момент инфраструктура поддержки развития субтехнологий систем распределенных реестров недостаточна для обеспечения непрерывного совершенствования соответствующих решений при введении торговых ограничений в отношении отдельных технологических компонентов или готовых решений, недоступности зарубежных рынков капитала и отсутствии возможностей обмена опытом с зарубежными специалистами, а также недостаточным уровнем спроса на решения на внутреннем рынке при условии недоступности зарубежных рынков.

Потенциал достижения технологической независимости в части развития субтехнологи «Технологии организации и синхноризации данных» оценивается как низкий, субтехнологии «Технологии обеспе

Полный текст статьи читайте на CNews