nonce в блокчейне что такое
Что такое Хэширование? Под капотом блокчейна
Так что же такое хэширование?
Простыми словами, хэширование означает ввод информации любой длины и размера в исходной строке и выдачу результата фиксированной длины заданной алгоритмом функции хэширования. В контексте криптовалют, таких как Биткоин, транзакции после хэширования на выходе выглядят как набор символов определённой алгоритмом длины (Биткоин использует SHA-256).
Input- вводимые данные, hash- хэш
Посмотрим, как работает процесс хэширования. Мы собираемся внести определенные данные. Для этого, мы будем использовать SHA-256 (безопасный алгоритм хэширования из семейства SHA-2, размером 256 бит).
Как видите, в случае SHA-256, независимо от того, насколько объёмные ваши вводимые данные (input), вывод всегда будет иметь фиксированную 256-битную длину. Это крайне необходимо, когда вы имеете дело с огромным количеством данных и транзакций. Таким образом, вместо того, чтобы помнить вводимые данные, которые могут быть огромными, вы можете просто запомнить хэш и отслеживать его. Прежде чем продолжать, необходимо познакомиться с различными свойствами функций хэширования и тем, как они реализуются в блокчейн.
Криптографические хэш-функции
Криптографическая хэш-функция — это специальный класс хэш-функций, который имеет различные свойства, необходимые для криптографии. Существуют определенные свойства, которые должна иметь криптографическая хэш-функция, чтобы считаться безопасной. Давайте разберемся с ними по очереди.
Свойство 1: Детерминированние
Это означает, что независимо от того, сколько раз вы анализируете определенный вход через хэш-функцию, вы всегда получите тот же результат. Это важно, потому что если вы будете получать разные хэши каждый раз, будет невозможно отслеживать ввод.
Свойство 2: Быстрое вычисление
Хэш-функция должна быть способна быстро возвращать хэш-вход. Если процесс не достаточно быстрый, система просто не будет эффективна.
Свойство 3: Сложность обратного вычисления
Сложность обратного вычисления означает, что с учетом H (A) невозможно определить A, где A – вводимые данные и H(А) – хэш. Обратите внимание на использование слова “невозможно” вместо слова “неосуществимо”. Мы уже знаем, что определить исходные данные по их хэш-значению можно. Возьмем пример.
Предположим, вы играете в кости, а итоговое число — это хэш числа, которое появляется из кости. Как вы сможете определить, что такое исходный номер? Просто все, что вам нужно сделать, — это найти хэши всех чисел от 1 до 6 и сравнить. Поскольку хэш-функции детерминированы, хэш конкретного номера всегда будет одним и тем же, поэтому вы можете просто сравнить хэши и узнать исходный номер.
Но это работает только тогда, когда данный объем данных очень мал. Что происходит, когда у вас есть огромный объем данных? Предположим, вы имеете дело с 128-битным хэшем. Единственный метод, с помощью которого вы должны найти исходные данные, — это метод «грубой силы». Метод «грубой силы» означает, что вам нужно выбрать случайный ввод, хэшировать его, а затем сравнить результат с исследуемым хэшем и повторить, пока не найдете совпадение.
Итак, что произойдет, если вы используете этот метод?
Свойство 4: Небольшие изменения в вводимых данных изменяют хэш
Даже если вы внесете небольшие изменения в исходные данные, изменения, которые будут отражены в хэше, будут огромными. Давайте проверим с помощью SHA-256:
Видите? Даже если вы только что изменили регистр первой буквы, обратите внимание, насколько это повлияло на выходной хэш. Это необходимая функция, так как свойство хэширования приводит к одному из основных качеств блокчейна – его неизменности (подробнее об этом позже).
Свойство 5: Коллизионная устойчивость
Учитывая два разных типа исходных данных A и B, где H (A) и H (B) являются их соответствующими хэшами, для H (A) не может быть равен H (B). Это означает, что, по большей части, каждый вход будет иметь свой собственный уникальный хэш. Почему мы сказали «по большей части»? Давайте поговорим об интересной концепции под названием «Парадокс дня рождения».
Что такое парадокс дня рождения?
Если вы случайно встречаете незнакомца на улице, шанс, что у вас совпадут даты дней рождений, очень мал. Фактически, если предположить, что все дни года имеют такую же вероятность дня рождения, шансы другого человека, разделяющего ваш день рождения, составляют 1/365 или 0,27%. Другими словами, он действительно низкий.
Однако, к примеру, если собрать 20-30 человек в одной комнате, шансы двух людей, разделяющих тот же день, резко вырастает. На самом деле, шанс для 2 человек 50-50, разделяющих тот же день рождения при таком раскладе.
Как это применяется в хэшировании?
Предположим, у вас есть 128-битный хэш, который имеет 2 ^ 128 различных вероятностей. Используя парадокс дня рождения, у вас есть 50% шанс разбить коллизионную устойчивость sqrt (2 ^ 128) = 2 ^ 64.
Как вы заметили, намного легче разрушить коллизионную устойчивость, нежели найти обратное вычисление хэша. Для этого обычно требуется много времени. Итак, если вы используете такую функцию, как SHA-256, можно с уверенностью предположить, что если H (A) = H (B), то A = B.
Свойство 6: Головоломка
Свойства Головоломки имеет сильнейшее воздействие на темы касающиеся криптовалют (об этом позже, когда мы углубимся в крипто схемы). Сначала давайте определим свойство, после чего мы подробно рассмотрим каждый термин.
Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вводные данные x такие, что H (k | x) = Y.
Вероятно, это, выше вашего понимания! Но все в порядке, давайте теперь разберемся с этим определением.
В чем смысл «высокой мин-энтропии»?
Это означает, что распределение, из которого выбрано значение, рассредоточено так, что мы выбираем случайное значение, имеющее незначительную вероятность. В принципе, если вам сказали выбрать число от 1 до 5, это низкое распределение мин-энтропии. Однако, если бы вы выбрали число от 1 до бесконечности, это — высокое распределение мин-энтропии.
Что значит «к|х»?
«|» обозначает конкатенацию. Конкатенация означает объединение двух строк. Например. Если бы я объединила «голубое» и «небо», то результатом было бы «голубоенебо».
Итак, давайте вернемся к определению.
Предположим, у вас есть выходное значение «Y». Если вы выбираете случайное значение «К», невозможно найти значение X, такое, что хэш конкатенации из K и X, выдаст в результате Y.
Еще раз обратите внимание на слово «невозможно», но не исключено, потому что люди занимаются этим постоянно. На самом деле весь процесс майнинга работает на этом (подробнее позже).
Примеры криптографических хэш-функций:
1. Указатели
2. Связанные списки
Указатели
В программировании указатели — это переменные, в которых хранится адрес другой переменной, независимо от используемого языка программирования.
Например, запись int a = 10 означает, что существует некая переменная «a», хранящая в себе целочисленное значение равное 10. Так выглядит стандартная переменная.
Однако, вместо сохранения значений, указатели хранят в себе адреса других переменных. Именно поэтому они и получили свое название, потому как буквально указывают на расположение других переменных.
Связанные списки
Связанный список является одним из наиболее важных элементов в структурах данных. Структура связанного списка выглядит следующим образом:
*Head – заголовок; Data – данные; Pointer – указатель; Record – запись; Null – ноль
Это последовательность блоков, каждый из которых содержит данные, связанные со следующим с помощью указателя. Переменная указателя в данном случае содержит адрес следующего узла, благодаря чему выполняется соединение. Как показано на схеме, последний узел отмечен нулевым указателем, что означает, что он не имеет значения.
Важно отметить, что указатель внутри каждого блока содержит адрес предыдущего. Так формируется цепочка. Возникает вопрос, что это значит для первого блока в списке и где находится его указатель?
Первый блок называется «блоком генезиса», а его указатель находится в самой системе. Выглядит это следующим образом:
*H ( ) – Хэшированные указатели изображаются таким образом
Если вам интересно, что означает «хэш-указатель», то мы с радостью поясним.
Как вы уже поняли, именно на этом основана структура блокчейна. Цепочка блоков представляет собой связанный список. Рассмотрим, как устроена структура блокчейна:
* Hash of previous block header – хэш предыдущего заголовка блока; Merkle Root – Корень Меркла; Transactions – транзакции; Simplified Bitcoin Blockchain – Упрощенный блокчейн Биткоина.
Блокчейн представляет собой связанный список, содержащий данные, а так же указатель хэширования, указывающий на предыдущий блок, создавая таким образов связную цепочку. Что такое хэш-указатель? Он похож на обычный указатель, но вместо того, чтобы просто содержать адрес предыдущего блока, он также содержит хэш данных, находящихся внутри предыдущего блока. Именно эта небольшая настройка делает блокчейн настолько надежным. Представим на секунду, что хакер атакует блок 3 и пытается изменить данные. Из-за свойств хэш-функций даже небольшое изменение в данных сильно изменит хэш. Это означает, что любые незначительные изменения, произведенные в блоке 3, изменят хэш, хранящийся в блоке 2, что, в свою очередь, изменит данные и хэш блока 2, а это приведет к изменениям в блоке 1 и так далее. Цепочка будет полностью изменена, а это невозможно. Но как же выглядит заголовок блока?
* Prev_Hash – предыдущий хэш; Tx – транзакция; Tx_Root – корень транзакции; Timestamp – временная отметка; Nonce – уникальный символ.
Заголовок блока состоит из следующих компонентов:
· Версия: номер версии блока
· Время: текущая временная метка
· Текущая сложная цель (См. ниже)
· Хэш предыдущего блока
· Уникальный символ (См. ниже)
· Хэш корня Меркла
Прямо сейчас, давайте сосредоточимся на том, что из себя представляет хэш корня Меркла. Но до этого нам необходимо разобраться с понятием Дерева Меркла.
Что такое Дерево Меркла?
Источник: Wikipedia
На приведенной выше диаграмме показано, как выглядит дерево Меркла. В дереве Меркла каждый нелистовой узел является хэшем значений их дочерних узлов.
Листовой узел: Листовые узлы являются узлами в самом нижнем ярусе дерева. Поэтому, следуя приведенной выше схеме, листовыми будут считаться узлы L1, L2, L3 и L4.
Дочерние узлы: Для узла все узлы, находящиеся ниже его уровня и которые входят в него, являются его дочерними узлами. На диаграмме узлы с надписью «Hash 0-0» и «Hash 0-1» являются дочерними узлами узла с надписью «Hash 0».
Корневой узел: единственный узел, находящийся на самом высоком уровне, с надписью «Top Hash» является корневым.
Так какое же отношение Дерево Меркла имеет к блокчейну?
Каждый блок содержит большое количество транзакций. Будет очень неэффективно хранить все данные внутри каждого блока в виде серии. Это сделает поиск какой-либо конкретной операции крайне громоздким и займет много времени. Но время, необходимое для выяснения, на принадлежность конкретной транзакции к этому блоку или нет, значительно сокращается, если Вы используете дерево Меркла.
Давайте посмотрим на пример на следующем Хэш-дереве:
Изображение предоставлено проектом: Coursera
Теперь предположим, я хочу узнать, принадлежат ли эти данные блоку или нет:
Вместо того, чтобы проходить через сложный процесс просматривания каждого отдельного процесса хэша, а также видеть принадлежит ли он данным или нет, я просто могу отследить след хэша, ведущий к данным:
Это значительно сокращает время.
Хэширование в майнинге: крипто-головоломки.
Когда мы говорим «майнинг», в основном, это означает поиск нового блока, который будет добавлен в блокчейн. Майнеры всего мира постоянно работают над тем, чтобы убедиться, что цепочка продолжает расти. Раньше людям было проще работать, используя для майнинга лишь свои ноутбуки, но со временем они начали формировать «пулы», объединяя при этом мощность компьютеров и майнеров, что может стать проблемой. Существуют ограничения для каждой криптовалюты, например, для биткоина они составляют 21 миллион. Между созданием каждого блока должен быть определенный временной интервал заданный протоколом. Для биткоина время между созданием блока занимает всего 10 минут. Если бы блокам было разрешено создаваться быстрее, это привело бы к:
Процесс Майнинга
Примечание: в этом разделе мы будем говорить о выработке биткоинов.
Когда протокол Биткоина хочет добавить новый блок в цепочку, майнинг – это процедура, которой он следует. Всякий раз, когда появляется новый блок, все их содержимое сначала хэшируется. Если подобранный хэш больше или равен, установленному протоколом уровню сложности, он добавляется в блокчейн, а все в сообществе признают новый блок.
Однако, это не так просто. Вам должно очень повезти, чтобы получить новый блок таким образом. Так как, именно здесь присваивается уникальный символ. Уникальный символ (nonce) — это одноразовый код, который объединен с хэшем блока. Затем эта строка вновь меняется и сравнивается с уровнем сложности. Если она соответствует уровню сложности, то случайный код изменяется. Это повторяется миллион раз до тех пор, пока требования не будут наконец выполнены. Когда же это происходит, то блок добавляется в цепочку блоков.
• Выполняется хэш содержимого нового блока.
• К хэшу добавляется nonce (специальный символ).
• Новая строка снова хэшируется.
• Конечный хэш сравнивается с уровнем сложности, чтобы проверить меньше он его или нет
• Если нет, то nonce изменяется, и процесс повторяется снова.
• Если да, то блок добавляется в цепочку, а общедоступная книга (блокчейн) обновляется и сообщает нодам о присоединении нового блока.
• Майнеры, ответственные за данный процесс, награждаются биткоинами.
Помните номер свойства 6 хэш-функций? Удобство использования задачи?
Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вход x таким образом, H (k | x) = Y.
Так что, когда дело доходит до майнинга биткоинов:
• К = Уникальный символ
• x = хэш блока
• Y = цель проблемы
Весь процесс абсолютно случайный, основанный на генерации случайных чисел, следующий протоколу Proof Of Work и означающий:
Nonce
Опубликовано 03.06.2021 · Обновлено 03.06.2021
Что такое Nonce?
Одноразовый номер – это аббревиатура от «числа, используемого только один раз», то есть числа, добавляемого к хешированному или зашифрованному блоку в цепочке блоков, который при повторном хешировании соответствует ограничениям уровня сложности. Nonce – это число, которое ищут майнеры блокчейнов. Когда решение найдено, майнерам блокчейнов предлагается взамен криптовалюта.
Ключевые выводы
Понимание Nonce
Блокчейн – это краеугольный камень криптовалюты. Чтобы обеспечить безопасность блокчейна, данные из предыдущих блоков зашифровываются или «хешируются» в серию цифр и букв. Это делается путем обработки ввода блока с помощью функции, которая производит вывод фиксированной длины.
Функция, используемая для генерации хэша, является детерминированной, что означает, что она будет давать один и тот же результат каждый раз, когда используется один и тот же ввод. Это также означает, что функция может эффективно генерировать хешированный ввод, затрудняет определение ввода (что приводит к интеллектуальному анализу ) и вносит небольшие изменения в результат ввода в совершенно другой хэш. Эта сложная система создает сеть конфиденциальности блокчейна.
Особые соображения
Добавление транзакций в блокчейн требует значительной вычислительной мощности компьютера. Люди и компании, обрабатывающие блоки, называются майнерами. Майнеры получают компенсацию только в том случае, если они первыми создают хеш, который соответствует определенному набору требований, который называется целевым хешем.
Процесс угадывания хэша начинается в заголовке блока. Он содержит номер версии блока, временную метку, хэш, использованный в предыдущем блоке, хэш корня Меркла, одноразовый номер и целевой хеш.
Если хеш соответствует требованиям, изложенным в цели, то блок добавляется в цепочку блоков. Цикл между решениями для угадывания одноразового номера называется доказательством работы, и майнер, который может найти значение, получает блок и оплачивается в криптовалюте.
Краткий обзор
Чем выше сложность – мера того, насколько сложно создать хэш, размер которого меньше целевого – тем больше, вероятно, потребуется для генерации решения.
Как найти одноразовый номер
Определение того, какую строку использовать в качестве одноразового номера, требует значительного количества проб и ошибок, поскольку это случайная строка. Майнер должен угадать одноразовый номер, добавить его к хешу текущего заголовка, повторно хешировать значение и сравнить его с целевым хешем. Если полученное значение хеш-функции соответствует требованиям, майнер создал решение и получает блок.
Маловероятно, что майнер успешно угадывает одноразовый номер с первой попытки, а это означает, что майнер потенциально может протестировать большое количество вариантов одноразового номера, прежде чем сделать его правильным. Чем выше сложность – мера того, насколько сложно создать хэш, размер которого меньше целевого – тем больше, вероятно, потребуется для генерации решения.
Сложность блока остается одинаковой для всей сети, а это означает, что все майнеры имеют одинаковые шансы определить правильный хеш. Криптовалютные сети обычно устанавливают целевое количество блоков, которые они хотят обработать в течение определенного периода времени, и периодически корректируют сложность, чтобы обеспечить достижение этой цели. Если количество обработанных блоков не соответствует этому целевому показателю, тогда сложность будет уменьшена, при этом снижение сложности будет установлено на количество времени, превышающее предел времени обработки.
Использование для Nonce
Nonces используются для ряда компьютерных сетевых приложений, включая аутентификацию для покупок, двухфакторную аутентификацию или другие виды приложений для восстановления учетной записи и идентификации, электронные подписи, шифрование данных и многое другое.
Nonce FAQs
Что такое Nonce в криптовалюте?
Одноразовый номер – это аббревиатура от «числа, используемого только один раз», то есть числа, добавляемого к хешированному – или зашифрованному – блоку в цепочке блоков, который при повторном хешировании соответствует ограничениям уровня сложности. Nonce – это число, которое майнеры блокчейнов решают, чтобы получить криптовалюту.
Что такое одноразовый блокчейн?
Одноразовый номер цепочки блоков – это число, добавляемое к хешированному или зашифрованному блоку в цепочке блоков.
Как используются одноразовые номера?
Nonces используются для ряда компьютерных сетевых приложений, включая аутентификацию для покупок, двухфакторную аутентификацию или другие виды приложений для восстановления учетной записи и идентификации, электронные подписи, шифрование данных и многое другое.
Что такое золотой нонс?
Золотой одноразовый номер приводит к тому, что значение хеш-функции ниже целевой сложности, что означает, что он удовлетворяет требованиям следующего блока.
Что такое Nonce в майнинге?
Существует огромное количество различных статей и публикаций, в которых объясняется процесс майнинга, а также некоторые его аспекты. Сегодня практически каждый знает, как осуществляется добыча криптовалют и что лежит в ее основе. В данной статье мы поговорим о том, что такое nonce в майнинге, ведь данное определение встречается достаточно часто, но редко истолковывается.
Nonce в майнинге: самое простое описание
Для начала мы немного напомним вам, что такое сам майнинг. Не будем вдаваться в сложные теоретические выкладки, а рассмотрим самое простое определение данного процесса. Представьте, что у вас имеется огромное количество коробов, в одной из которых лежим монета. Чтобы забрать ее, вам необходимо последовательно открывать коробки. Но не все так просто – на каждой из коробок написана определенная задача, которую нужно решить, чтобы открыть коробку.
Так вот, тот ответ, который позволил нам открыть нужную коробку и достать монету, и является значением Nonce в майнинге. Стоит отметить, что оно является уникальным и никогда больше не повторяется.
Nonce в майнинге: техническое описание
Само определение Nonce является аббревиатурой от выражения «number that can only be used once». В переводе на русский это означает «число, которое может быть использовано лишь однажды». Оно представляет собой двоичный код, который ищется майнерами в процессе PoW-майнинга.
При нахождении нужного значения Nonce он записывается в заголовок блока и должен удовлетворять определенные условия, а именно – хеш блока должен быть меньше или равен заданному значению Target. Только при таком условии блок будет добавлен в блокчейн. В противном случае сеть не примет его, и майнеру придется продолжать перебор значений для нахождения нужного.
Нахождение значения Nonce в майнинге непосредственно связано со сложностью сети, ведь Target является производной от нее. Чтобы Nonce находилось майнерами с заранее определенной скоростью, происходит постоянное повышение сложности добычи. Например, в Bitcoin она пересчитывается каждые 2016 блоков.
Таким образом, ничего сложного в понимании значения Nonce нет. Достаточно лишь изучить процессы майнинга и немного покопаться в его структуре.
Что такое Ethereum nonce?
В Ethereum слово nonce (number that can only be used once) означает количество транзакций, отправленных с определенного адреса, или количество контрактов, заключенных с определенной учетной записью. Все транзакции Ethereum создаются на основе учетной записи. У биткоин эта структура реализована на основе UTXO (Unspent Transaction Output или “вывод неизрасходованных транзакций”). Следовательно, Ethereum не нужно записывать каждую транзакцию по порядку.
Как создать одноразовый код
Одноразовый идентификатор создается один раз после создания каждой транзакции, и в этом случае блокчейн должен выполнить следующее:
Какова роль nonce?
Как майнеры могут определить, какую сделку вы хотите совершить в первую очередь? Если одноразовый код вашей первой транзакции равен нулю, а код второй транзакции равен единице, действия выполняются в порядке номеров транзакции. Это основное использование nonce в сети Ethereum.
Например, после сериализации транзакции рассмотрим следующую строку:
После вашей транзакции десять Ethereum отправляются на определенный адрес. Но если кто-то сможет скопировать и продублировать эту сериализованную строку, ваши токены будут уничтожены. Это называется атакой воспроизведения.
Как использовать одноразовый код
В Ethereum есть txpool. Этот пул может содержать все транзакции. Каждая новая транзакция сначала входит в пул, затем выходит из пула, когда блоки упакованы, после этого блоки и транзакции соединяются. Таким образом, где-то в блокчейне транзакции должны ждать подключения к своему блоку после извлечения.
Ускорение и отмена транзакции Ethereum
Каждый одноразовый код представляет собой целое число, поэтому блокчейн может заменить его номер другой транзакцией и аналогичным одноразовым идентификатором. Благодаря своей уникальной природе, nonce можно повторно реализовать для ускорения транзакций и их выполнения.
Как ускорить Ethereum
Если стоимость газа низкая, транзакция всегда будет оставаться незавершенной. Предположим, что в этом случае число nonce равно единице. Предположим, что совершается вторая транзакция, и ставка на газ повышается. В этом случае, если одноразовый номер остается таким же, как 1, предыдущая транзакция удаляется. Новая транзакция заменяется тем же одноразовым кодом. Затем вторая транзакция упаковывается и отправляется. Майнер перепроверяет пул и видит похожий одноразовый номер. В этом случае, если майнер по какой-то причине обнаруживает эту проблему, он отклоняет транзакцию.
Как отменить сделку
вносят необходимые изменения, но за вторую транзакцию вам придется заплатить.
Обработка исключений nonce
Nonce Exception Handling — это система для поиска одноразовых ошибок.Замена-транзакция-заниженная цена:
Правила одноразового кода
В этом случае вы должны увеличить число nonce до значения, превышающего текущий блокчейн nonce.
Заключение
Как мы видим, переменная nonce очень помогает приоритизировать транзакции, особенно при отправке массовых транзакций в блокчейн. Эту функцию можно использовать для инициализации каждой транзакции, чтобы число было больше, чем nonce блокчейна Ethereum.