Cos'è la blockchain? Come creare rete, codice e la sua architettura

Proprio come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico, Blockchain sta crescendo rapidamente fino a diventare una tecnologia mainstream nel settore oggi. La tecnologia blockchain non è più limitata al settore BFSI e sta facendo conoscere la sua presenza in altri domini, tra cui sanità, governance, vendita al dettaglio e logistica, solo per citarne alcuni. Tuttavia, sebbene Blockchain si sia fatto strada nel vocabolario comune, non molti sono a conoscenza dell'architettura Blockchain e di come funziona.

In questo post parleremo di tutto ciò che devi sapere sulla Blockchain e sull'architettura Blockchain. Innanzitutto, iniziamo con le basi.

Impara i programmi software online dalle migliori università del mondo. Guadagna programmi Executive PG, programmi di certificazione avanzati o programmi di master per accelerare la tua carriera.

Cos'è la Blockchain?

Una Blockchain è un registro decentralizzato e distribuito progettato nel lontano 1991 per archiviare e registrare transazioni finanziarie. Tuttavia, è in grado di memorizzare tutto ciò che ha valore. In sostanza, Blockchain è una rete o una rete interconnessa di computer collegati tra loro invece di essere collegati a un server centrale. Tutte le macchine (o nodi) all'interno di questa rete possono definire e concordare uno stato condiviso di dati mentre aderiscono ad alcuni vincoli concordati all'unanimità - sebbene il sistema sia composto da più nodi, nessun singolo nodo può alterare i dati senza il consenso dell'intero Rete.

Poiché Blockchain è una rete distribuita, ogni nodo all'interno della rete mantiene, approva e aggiorna le nuove voci. Ogni membro esegue una convalida incrociata dei record e delle procedure, rendendo così la rete Blockchain valida e sicura. In questo modo, anche se i membri non si fidano l'uno dell'altro, possono stabilire unison su basi comuni.

Come suggerisce il nome, una Blockchain è costituita da blocchi contenenti informazioni specifiche condivise da tutte le macchine connesse all'interno della rete peer-to-peer (P2P). Questi blocchi sono strutture dati che raggruppano insiemi di transazioni e le distribuiscono a tutti i nodi della rete P2P. Ogni blocco è protetto da una chiave crittografica altamente specializzata. Inoltre, ogni blocco contiene un Block Header – i metadati – che verifica la validità del blocco. I metadati del blocco di un blocco sono costituiti dai seguenti sei componenti:

• Versione: la versione corrente della struttura a blocchi.
• Hash dell'intestazione del blocco precedente: il riferimento al blocco padre di questo blocco .
• Merkle root hash – È un hash crittografico di tutte le transazioni registrate nel blocco.
• Timestamp – L'ora della creazione del blocco.
• nBits – La forma codificata della soglia di destinazione nell'intestazione del blocco.
• Nonce (numero utilizzato una volta) – Un valore casuale che il creatore del blocco può manipolare come e come desidera.

Fonte immagine

Mentre questi sei componenti formano l'intestazione del blocco, la parte rimanente di un blocco contiene le transazioni incluse dal minatore durante la creazione del blocco. Gli utenti di una rete creano tali transazioni e le inviano alla rete per essere incluse in un blocco. Poiché queste transazioni continuano a crescere, anche la dimensione della Blockchain continua ad espandersi.

Le funzionalità decentralizzate e distribuite della Blockchain la rendono trasparente e responsabile (ogni utente della rete è responsabile di eventuali alterazioni della catena). E il fatto che tutto ciò che viene registrato in una Blockchain sia protetto tramite crittografia lo rende sicuro e affidabile. Queste caratteristiche di Blockchain lo hanno reso attraente per gli appassionati di tutti i settori che stanno prontamente investendo nell'architettura Blockchain per sviluppare applicazioni basate su Blockchain.

Architettura Blockchain

Ora, che abbiamo chiarito le basi dell'architettura Blockchain, approfondiremo. L'architettura blockchain è costituita da due strutture di dati principali:

• Puntatori: sono variabili che registrano informazioni sulla posizione di un'altra variabile. In altre parole, indicano la posizione di un'altra variabile.
• Elenchi collegati: sono una sequenza di blocchi in cui ogni blocco ha un dato univoco ed è collegato al blocco che lo segue tramite un puntatore.

Fonte immagine

Seguendo questa logica, il primo blocco, alias Genesis Block, nella catena non contiene un puntatore (è il blocco di partenza). Allo stesso modo, il blocco finale della catena avrà un puntatore nullo (senza valore).

Caratteristiche dell'architettura Blockchain

L'architettura blockchain ha alcune caratteristiche uniche, tra cui:

• Crittografia – Ogni transazione registrata in una Blockchain è protetta da complessi calcoli crittografici convalidati da tutte le parti interessate.
• Decentralizzazione – Ogni membro della rete Blockchain ha accesso al database completo.
• Provenienza – L'origine di ogni transazione contenuta nel libro mastro Blockchain può essere tracciata e monitorata.
• Immutabilità: una volta che una transazione è stata registrata in una Blockchain, non può essere eliminata. Solo con il consenso di tutte le parti il ​​record può essere modificato.
• Anonimato – Ogni utente nella rete ha un indirizzo generato tramite il sistema stesso – non hanno un'identità. In questo modo, gli utenti possono mantenere il loro anonimato (particolarmente richiesto in una struttura blockchain pubblica).
• Trasparenza: poiché ogni membro della Blockchain può accedere al sistema e monitorare le operazioni, il processo è completamente trasparente. Modificare un blocco significherebbe che l'intera catena deve essere cambiata, ed è altamente improbabile che ciò accada (richiede un'enorme potenza di calcolo per sovrascrivere la rete blockchain).

Tipi di architettura Blockchain

Esistono principalmente tre tipi di architettura Blockchain:

• Architettura Blockchain pubblica

In un'architettura blockchain pubblica, l'accesso sia ai dati che al sistema è disponibile per qualsiasi individuo disposto a partecipare alla rete Blockchain. Bitcoin, Ethereum e Litecoin sono alcuni ottimi esempi di sistemi blockchain pubblici.

• Architettura blockchain privata

A differenza dell'architettura blockchain pubblica, un'architettura blockchain privata può essere controllata solo da un gruppo di utenti autorizzati appartenenti a una specifica organizzazione o che hanno un invito a partecipare alla rete.

• Architettura Blockchain del consorzio

L'architettura blockchain del consorzio è composta da un gruppo di organizzazioni e le procedure per il sistema sono impostate e controllate dal gruppo selezionato di utenti assegnati.

Una Blockchain pubblica è la Blockchain decentralizzata pura poiché è aperta e può essere raggiunta da chiunque sia disposto a prendere parte a un accordo o al sistema. Tutti i record sono visibili a tutti gli utenti partecipanti alla rete. Al contrario, una Blockchain privata rappresenta il comportamento di un sistema più centralizzato poiché è amministrato e controllato da un gruppo selezionato di utenti che godono di una maggiore privacy.

Componenti principali dell'architettura Blockchain

Sei componenti principali costituiscono l'architettura Blockchain. Loro sono:

• Nodo – Si riferisce a un utente/computer nell'architettura blockchain. Ogni nodo contiene una copia indipendente dell'intero registro blockchain.
• Transazione: si riferisce al più piccolo elemento costitutivo di un sistema blockchain, ovvero i record e le informazioni archiviati nel blocco.
• Blocco – È una struttura di dati che memorizza/registra un insieme di transazioni che viene quindi condiviso (distribuito) tra tutti i nodi della rete.
• Catena – È un termine per una sequenza di blocchi disposti in un ordine specifico.
• Minatori – Questo è un termine utilizzato per i nodi specifici che verificano i blocchi prima di aggiungerli alla struttura blockchain.
• Algoritmo di consenso: è una raccolta di regole e procedure che dovrebbero essere rigorosamente rispettate per eseguire operazioni blockchain.

Il diagramma dell'architettura blockchain riportato di seguito spiega ulteriormente come funziona il sistema come portafoglio digitale distribuito:

Fonte immagine

In precedenza, abbiamo discusso i componenti dei Block Metadata. Ora daremo un'occhiata agli elementi di un blocco in una Blockchain. Ogni blocco è composto da:

• Dati – I dati di un blocco dipendono in gran parte dal tipo di architettura blockchain in cui rientra. Ad esempio, per Bitcoin o Litecoin, i dati contenuti nei blocchi conterranno le informazioni del mittente, del destinatario e del numero di monete.
• L'hash del blocco – Un hash è una chiave univoca, quasi come un'impronta digitale. È una complessa combinazione di cifre e lettere. Ogni blocco hash viene creato utilizzando un particolare algoritmo di hash crittografico: SHA256. Immediatamente viene creato un blocco, viene generata una chiave hash. Qualsiasi modifica apportata al blocco modificherà automaticamente anche il suo hash. In altre parole, l'hash del blocco aiuta a rilevare eventuali modifiche apportate a un blocco.
• L'hash del blocco precedente – Oltre a contenere la sua chiave hash univoca, un blocco deve contenere anche l'hash del blocco immediatamente prima di esso. È questa caratteristica che aiuta a creare una catena connessa nell'architettura blockchain ed è l'elemento principale dietro la sua sicurezza.

Poiché tutti i blocchi convalidati in una Blockchain derivano dal Genesis Block, qualsiasi tentativo di corrompere o violare un singolo blocco creerà una reazione a catena, favorendo il cambiamento di tutti i blocchi. Se ciò accade, tutti i blocchi porteranno avanti le informazioni errate, rendendo così l'intera Blockchain non valida. Tuttavia, è possibile apportare modifiche all'architettura Blockchain tramite l'algoritmo di consenso.

Che cos'è un algoritmo di consenso?

L'algoritmo di consenso si riferisce al meccanismo o protocollo che garantisce che la copia locale del libro mastro Blockchain posseduta dai singoli membri sia coerente tra loro e sia aggiornata all'ultima versione. Questo aiuta a garantire uniformità e sincronicità all'interno dell'architettura blockchain. Ecco i tre algoritmi di consenso più utilizzati:

Prova di lavoro (POW)

Il POW richiede di risolvere un complesso puzzle di calcolo per creare e aggiungere nuovi blocchi nella rete Blockchain. Quindi, devi indovinare la stringa particolare che produce un hash a 256 bit, come propagato dall'algoritmo di hash SHA256. Dal momento che è necessario fare milioni di ipotesi per verificare l'hash, viene chiamato "prova di lavoro".

Proof of Stake (POS)

Il protocollo POS considera tutti i nodi del sistema come validatori che possono validare le transazioni per guadagnare commissioni di transazione. POS seleziona casualmente questi nodi per convalidare i blocchi: la probabilità dietro la selezione casuale di un nodo dipende dalla quantità di puntata che il nodo ha.

Tolleranza ai guasti bizantina semplificata (SBFT)

In questo approccio, c'è un singolo nodo (validatore) che raggruppa le transazioni proposte per creare un nuovo blocco nella Blockchain. Il validatore è chiamato Parte. Qui, quando il numero minimo di altri nodi nella rete rettifica il blocco appena creato, si ottiene un consenso.

Come creare un'architettura Blockchain?

Per costruire un'architettura Blockchain, innanzitutto, devi occuparti di due cose:

• Rete Blockchain – Riguarda l'infrastruttura dell'applicazione Blockchain collocata all'interno di un particolare ambiente in una o poche organizzazioni.
• Codice Blockchain: si riferisce ai compiti e agli obiettivi che l'applicazione Blockchain mira a svolgere.

Oggi sviluppare un'architettura Blockchain è più facile, grazie alla diffusa disponibilità di soluzioni open-source. Hyperledger di Linux Foundation è la piattaforma più popolare utilizzata per costruire un'architettura blockchain privata. Oltre a Hyperledger, Ethereum e Corda sono anche ottimi strumenti per lo sviluppo dell'architettura Blockchain.

Fonte immagine

Come creare una rete Blockchain?

Una rete Blockchain si forma quando una o un gruppo di organizzazioni decide di investire in una soluzione Blockchain. Questa rete può essere considerata sia come singole organizzazioni con i suoi membri del personale, sia come un insieme dal punto di vista dell'infrastruttura tecnica di tutte le organizzazioni messe insieme.

Di solito, più parti sono coinvolte in una rete Blockchain. Lo scopo delle applicazioni/soluzioni Blockchain è quello di organizzare queste parti formando un sistema peer-to-peer trasparente in cui ogni membro può tracciare e monitorare tutte le attività in tempo reale. Questa funzione aiuta a eliminare tutti i rischi associati alla transazione o all'attività.

In una rete Blockchain, ogni organizzazione partecipante possiede una copia individuale del libro mastro sincronizzata con protocolli e livelli tecnici unici della rete Blockchain (peer). Il Servizio Ordini può essere condiviso tra tutte le parti che controllano le transazioni e il loro ordine nella rete Blockchain. Anche in questo caso, la funzione Membership Services Provider (MSP) consente l'accesso a particolari utenti all'interno della rete per mantenere la privacy e la sicurezza della rete. Infine, tutte le transazioni contenute nella rete sono registrate in una contabilità generale.

Come creare il codice Blockchain?

Una volta che la rete Blockchain è in atto, le parti coinvolte devono raggiungere un consenso sul tipo di transazioni commerciali che dovrebbero avvenire all'interno dell'architettura Blockchain. Questo consenso si ottiene sotto forma di un accordo legale, noto come Smart Contracts. Questo è il codice Blockchain, alias Chaincode. Proprio come qualsiasi documento legale, gli Smart Contract contengono le informazioni dei partecipanti, le risorse e le transazioni che devono verificarsi. Ogni transazione richiede una funzione di elaborazione transazionale che delinea i processi che accadranno una volta eseguita la transazione.

I vantaggi dell'architettura Blockchain

Impostando un'architettura Blockchain in atto, le organizzazioni possono ottenere i seguenti vantaggi:

• Riduzione dei costi

Le aziende di solito spendono ingenti somme di denaro per mantenere database centralizzati suscettibili di attacchi informatici. Con una struttura Blockchain in atto, una cosa è certa che le organizzazioni non devono preoccuparsi della sicurezza e delle violazioni del sistema. Quindi, non devono spendere soldi aggiuntivi per rafforzare la sicurezza del sistema.

• Maggiore trasparenza

In una struttura Blockchain, i membri possono controllare la cronologia di qualsiasi transazione in qualsiasi momento. Pertanto, a differenza di un database centralizzato, questo è un archivio in continua crescita in cui i membri godono di completa trasparenza.

• La sicurezza dei dati

Una volta inserite informazioni (dati) nella struttura Blockchain, è quasi impossibile manometterla o corromperla. Qualsiasi modifica apportata alla Blockchain deve essere convalidata da tutti i membri della rete, rendendo così il processo lungo e dispendioso in termini di tempo. Naturalmente, il quoziente di sicurezza dei dati è molto alto in Blockchain Architecture.

Quindi, questa è l'architettura Blockchain in poche parole!

Ci auguriamo che questo ti aiuti a capire un po' meglio questa tecnologia emergente.

C'è un aumento delle carriere nella tecnologia blockchain e la blockchain ha cambiato enormemente per sempre il volto stesso dell'industria tecnologica. Se sei interessato a diventare uno sviluppatore blockchain e creare contratti intelligenti e codici a catena, dai un'occhiata al programma di certificati avanzati di IIIT-B e upGrad nella tecnologia blockchain .