Blockchain – jak funguje a kde se s ním setkáme

Řada textů na internetu bohužel nešťastně spojuje blockchain a bitcoin v jeden nerozdělitelný celek. To však není pravda. Bitcoin je totiž pouze jednou z mnoha možností využití technologie blockchain. Snad vám tedy tento článek vnese do světa blockchainu jasno.

Jak jej definovat?

Velmi často se stává, že z definice nepochopíme reálnou podstatu věci. Většinou si ji musíme zjednodušit či naopak dovysvětlit, abychom se dostali k jádru problému. Nicméně Microsoft definuje blockchain celkem srozumitelně: „Blockchain je transparentní systém s možností ověření, který mění způsob, jakým přistupujeme k výměně hodnot a prostředků, vynucování smluv a sdílení dat. Tato technologie představuje sdílenou a zabezpečenou účetní knihu transakcí, která je distribuovaná v síti počítačů, místo aby byla u jediného poskytovatele.“

Blockchain má velmi složitou strukturu, ale popis toho, jak ve skutečnosti vypadá, není naopak složitý vůbec. Stačí si pouze jeho název rozložit na dvě slova, tedy „block“, kde se ukrývají data, a „chain“ – řetěz, do něhož jsou tyto bloky spojeny. Naštěstí tato data nelze ukrást pouhým přetržením řetězu, jeho ochrana je mnohem komplexnější, než se může podle názvu zdát. Pokud bychom měli blockchain jednoduše popsat, došli bychom k tomu, že jde o databázi dat řazených v jednotlivých blocích, které na sebe navazují. Platnost řetězce pak kontrolují všichni členové sítě, v níž se blockchain nachází.

„Block“ a co je v něm

Abychom pochopili, jak skutečně blockchain funguje, musíme se podrobněji podívat na bloky, z nichž se skládá. Každý blok v sobě nese určitá data. Může jít o obyčejný text, základní informaci o přihlášení uživatele do sítě nebo o popis transakce – kdo, komu a co poslal – jako tomu je v případě již zmiňovaného bitcoinu. Bloky však neobsahují pouze jednu informaci. V každém z nich bývá průměrně 500 informací, přičemž velikost jediného bloku dosahuje cca 1 MB (ve výjimečných případech až 8 MB).

Tyto informace však nejsou uloženy ve volně dostupné databázi. Každá z nich je zašifrována tak, aby se k ní nikdo nemohl dopracovat. Při tvorbě jednotlivých bloků je obsah zašifrován tak, že se promítne do 256bitového (o 64 znacích) hash kódu. Ten je považován za tak unikátní, že bývá srovnáván s otisky prstů.

Jde v podstatě o zašifrování pomocí určitého algoritmu, který se může u jednotlivých aplikací blockchainu lišit. Například již zmíněný bitcoin využívá šifrování SHA-256. Nejjednodušší bude vše vysvětlit na konkrétním příkladu:

Pokud bychom měli v našem bloku pouze čtyři informace, pro názornost pojmenované A, B, C a D, došlo by ke dvojitému zašifrování každé informace zvlášť, čímž by pro každou položku vznikl unikátní hash kód. Zde však šifrování nekončí. Následuje opět dvojité zašifrování součtů AB a CD, kde získáme pro každou dvojici další unikátní kódy, s nimiž pracujeme i nadále, dokud nedostaneme jediný hash kód (analogicky po dvojitém zašifrování součtu hash kódů AB a CD). Ten pak v sobě nese informaci o tom, jaká data se v něm ukrývají, ale zároveň také představuje identifikátor celého bloku. Tento příklad vypadá poměrně jednoduše, ale musíme vzít v úvahu, že každý blok většinou nenese jen čtyři informace, ale stovky. Samozřejmě žijeme v reálném světě, který v mnohém není dokonalý. Blok tedy nebude vždy obsahovat přesný počet informací tak, aby se vytvořily potřebné dvojice pro součet hash kódů. Stává se tedy samozřejmě i to, že je lichý počet hash kódů k šifrování. V tom případě se kódy obdobně spárují a poslední, přebývající informace se pro potřeby šifrování zkopíruje, aby vytvořila potřebný pár. Pokud bychom tedy měli pouze tři informace A, B a C, sečetly by se hash kódy A + B a C + C.

Identifikátor bloku je ale pouze jednou ze tří základních informací, jež v sobě bloky nesou. Každý blok má kromě oddílu s daty vytvořenou také hlavičku, která obsahuje již zmiňovaný identifikátor, tedy hash kód bloku X, hash kód předcházejícího bloku (X – 1) a náhodné číslo, tzv. nonce, u nějž se uvádí obtížnost i délka trvání „těžby“.

Obrovskou silou bloků je fakt, že kdykoli se změní jen jediná informace, okamžitě to poznáme už pouhým nezkušeným pohledem. Změní se totiž identifikátor pozměněného bloku, což znamená, že odkaz z následujícího bloku na změněný už není shodný. Pak je zřejmé, že se někde stala chyba. Mohlo dojít například ke změně starého bloku, případně k jeho výměně za účelem krádeže kryptoměny.

Těžba – mining

Než se bloky připojí do řetězce, musí se zjistit jejich náhodné číslo neboli nonce. K tomu slouží takzvaní mineři, tedy česky těžaři. Pokud bychom však měli být přesní, měli by to být spíše havíři. Mineři těží blockchain, čímž mimo jiné pomáhají s jeho tvorbou. Po vytěžení bloku může dojít k jeho připojení k řetězci. Miner během „těžby“ nejdříve vezme hash kód předchozího bloku, k němuž přidá blok s nově potvrzenými transakcemi a začne hledat nonce, který zde představuje autentizační klíč. Poté na data aplikuje kryptografickou funkci, jež z dat vytvoří identifikátor bloku. Ten porovná se vzorem, a pokud se shodují, přiřadí se blok k řetězci. Pokud ne, musí miner dále hledat vhodnější nonce.

Distribuovaná síť

Výhodou blockchainu je metoda ověřování autenticity dat, kdy všichni uživatelé v síti ověřují platnost jednotlivých bloků řetězce. Jde tedy o distribuovanou síť, již na rozdíl od centralizované či decentralizované sítě nelze jednoduše napadnout. V centralizované síti všichni uživatelé spadají pod jediný centrální uzel, kterému můžeme pro tento účel říkat CML, tedy centrální mozek lidstva. CML pak řídí celou síť. Zpracovává všechna data úplně sám, což bude mít za důsledek zvýšení pořizovacích nákladů. Ze systémového hlediska pak vše funguje správně. Pod dohledem jediného „diktátora“, našeho CML, všichni členové sítě dělají to, co by měli. Stačí však jediný úspěšný útok na CML a vyřadí se celý systém z provozu. Proto v sítích sledujeme decentralizační trendy, díky nimž vznikají menší podsítě řízené opět jedním centrálním uzlem. Tento typ sítí posouvá kupředu funkčnost a celkovou odolnost sítě. Avšak ani tak nedostaneme ideální výsledek. Při úspěšném útoku na jeden z menších uzlů zaznamenáme fatální problémy, při nichž mohou například ve výrobním závodě příjem objednávek a produkce bez problémů fungovat, ale při výpadku skladových systémů se již nebude vyvážet hotové zboží a přivážet potřebný materiál. Tento systém tedy zajistí alespoň částečnou funkčnost. Ideální by však bylo, kdyby v případě napadení jednoho uzlu došlo pouze k odpojení nakaženého uzlu a nezhroutily by se další.

Dalším krokem k síti odolnější vůči útokům je distribuovaná síť. Zde jsou jednotliví uživatelé propojeni mezi sebou navzájem. Odpadá tak riziko kaskádového efektu či korupce ze strany hlavních uzlů. Tento typ sítě využívá blockchain k tomu, aby mohl ověřovat autenticitu svých transakcí a celých bloků. Každý uživatel v síti disponuje osobním a veřejným klíčem, jež slouží k ověření transakcí. Osobní klíč slouží uživateli, který může jeho pomocí autorizovat pouze operace, v nichž figuruje. Veřejný klíč pak umožňuje zbytku sítě ověření správnosti transakce. Správnost operací musí potvrdit většina uživatelů v sítí, což je také jeden ze stěžejních bodů ochrany. Může také nastat situace, kdy budou vedle sebe dva řetězce, z nichž oba jsou správné. V tomto případě je vždy za platný považován ten, který je delší. Vytěžení jediného bloku je totiž velmi výpočetně náročné, a hacker tak nikdy nemůže být rychlejší než společná aktivita zbytku sítě.

Využití v praxi

Blockchain můžeme využít hned v několika odvětvích. Především se uchytí v oblastech, kde není zapotřebí vykonávat rychlé operace. Blockchain je totiž velmi pomalá, avšak prozatím neprolomitelná technologie. Za kvalitu se zde bohužel platí časem. Pro představu: těžba jednoho bloku trvá minimálně 10 minut, a to bez rozdílu kvantity výpočetního výkonu. Jeho silnou stránkou tedy není rychlost provedení, ale jeho kvalita.

Bitcoin

První masově známou aplikací blockchainu byl samozřejmě bitcoin, o němž jste se v článku už dočetli. Jde o kryptoměnu založenou na principu této technologie. Bitcoin funguje nezávisle na jakékoliv centrální bance, takže jej momentálně neomezují žádná restriktivní opatření. Naopak jeho vývoj ovlivňují mineři, kteří za vytěžení bloku dostávají odměnu ve formě části bitcoinu. I když stále narůstá množství vytěžených bitcoinů, jejich hodnota stále roste (současně je vytěženo cca 80 % bitcoinů, plně vytěžen bude až ve 22. století). Začátkem roku 2016 cena jednoho bitcoinu přesahovala 450 dolarů, o rok později dosáhl téměř dvojnásobné hodnoty (892 dolarů). Absolutní vrcholu však dosáhl loni v říjnu, kdy se vyšplhal takřka ke 20 tisícům dolarů. Jeho aktuální hodnota se nyní pohybuje nad 6 000 dolary, ale i tak je jeho potenciál stále ještě velmi zajímavý.

IoT

Ať se to zdá jakkoli nepravděpodobné, lze blockchain využít i v internetu věcí. Ten dnes prochází dobou největšího rozmachu, a to i přestože čelí řadě problémů. Blockchain by mohl podle předních technologických firem vyřešit většinu nedostatků, jimiž IoT trpí. Zařízení v síti budou moci navzájem ověřovat svou totožnost, díky čemuž by do sítě neměla vstupovat neautorizovaná zařízení. Zajistí se bezpečné updaty softwaru, které budou chráněny šifrováním a budou moct být ukládána také jednotlivá rozhodnutí uvnitř sítě. Ta půjdou následně zpětně dohledat, a to i včetně všech okolností. Pro úplné zdokonalení IoT však bude muset ještě vzniknout jakási hybridní platforma, která by mohla celou situaci vyřešit. Blockchain sám vše opravdu nevyřeší.

Bezpečnost především

Vzhledem k pokročilé metodě šifrování dat lze předpokládat, že bezpečnost bude jednou z hlavních aplikací blockchainu. Tento předpoklad se ukázal jako správný, i když implementace samotného blockchainu celkovou bezpečnost neřeší. Vždy bude zapotřebí disponovat řešeními, jako jsou firewally či pokročilé nástroje pro ochranu e-mailového a webového rozhraní. Blockchain se však ukázal jako krok správným směrem, kterým se vydala i společnost Acronis. Zdeněk Bínek, CEO společnosti Zebra systems, zastupující Acronis na českém a slovenském trhu, popsal pohled společnosti na tuto technologii: „Blockchain vnímáme jako funkční technologii s velkým potenciálem. Acronis tuto technologii použil poprvé v aplikaci Acronis True Image na začátku roku 2017. Dnes je součástí všech produktů a služeb Acronis pro zálohování a sdílení dat, konkrétně jde o nástroje Acronis Notary a Acronis ASign. Acronis Notary je univerzální řešení pro používání časových razítek a „otisků prstů“ na libovolné datové objekty a datové toky. Příkladem využití Notary je ověřování záloh kamerových záznamů. Řešení služby ASign pak lze použít k podepisování libovolných elektronických dokumentů včetně různých druhů smluv, dohod, certifikátů, finančních dokumentů a oficiálních dopisů.“

Spotify či IBM používají blockchain také

Možnosti využití jsou opravdu široké. Podle nedávného průzkumu společnosti PwC víme, že o aplikaci blockchainu sice uvažuje více než 80 % společností, ale jenom 15 % z nich už tuto technologii využívá v ostrém provozu. Na druhou stranu by měla byznysová hodnota blockchainu do roku 2030 vyšplhat až na tři biliony dolarů. Představuje tak jeden z největších trendů současnosti. Využívá ji i oblíbená aplikace Spotify, kde blockchain slouží k lepšímu propojení umělců a autorských práv u jednotlivých písní. Společnost IBM tuto technologii využívá pro řešení logistických problémů. Díky jejímu softwaru lze zjistit aktuální stav jakéhokoli prvku zásobovacího řetězce – od surových materiálů až po expedovaný produkt. Společnost Nano Vision využila blockchain ve spojení s umělou inteligencí. Hodlá totiž lékařské objevy přesunout z tradičních datových úložišť a nekompatibilních systémů tak, aby mohla umělá inteligence procházet data. Mohla by tak v datech najít spojení, které povede k zásadním lékařským objevům. Chce tak pomáhat například s vývojem léků proti TBC, malárii, viru Zika, horečce Dengue, ale i v boji proti rakovině jater či mozku. Blockchain však lze použít i pro zajištění transparentnosti charity (Utopi), k bezplatnému odesílání peněz či pro převod nejrůznějších kryptoměn mezi sebou.

Další vývoj

Ať už se bude blockchain dál vyvíjet jakkoli, je pravděpodobné, že má před sebou zářivou budoucnost. Přitom před příchodem bitcoinu ležela tato technologie několik let ladem. Kdoví, jaké technologické zázraky ještě v budoucnu povstanou ze zapomnění. Blockchain už však několik let dokazuje, že je přelomovou technologií, jež ovlivní svět IT. Nenese s sebou však pouze pozitiva. Firmy by si především měly uvědomit fakt, že zakoupením softwaru s blockchainem nevyřeší celou svou bezpečnost. Pokud se o svou infrastrukturu chtějí opravdu postarat, měly by zvážit radu odborníka – vaši radu resellera.

Musíme si také přiznat, že se s příchodem blockchainu pojí také velmi podstatná negativa. Mezi dvě nejčastější hrozby, které se nyní v kybernetickém světě vyskytují, totiž spadají minery, které využívají výkon napadeného zařízení k těžbě bitcoinu, a ransomware, jenž vydírá uživatele zašifrováním jejich dat. Na oplátku pak hackeři vyžadují za odemknutí zařízení výkupné prostřednictvím bitcoinů, které nejsou tak průhledné jako běžné bankovní účty. Bohužel musíme pokaždé na technologie nahlížet z obou pohledů a zvážit jejich klady a zápory. Za mě u blockchainu jednoznačně převažují pozitiva. Na jakou stranu síly byste bitcoin postavili vy? Světlo či temnota?