Architektúra a vrstvy blockchainu. Čo sú a aký je ich význam?

Technológia blockchain priniesla obrovskú revolúciu na poli ukladania a prenosu informácií. Je všeobecne známe, že ide o jednu z najväčších inovácií 21. storočia, ktorá má potenciál ovplyvniť rôzne priemyselné odvetvia a sektory – od financií cez obchod, logistiku, digitálne médiá až po medicínu či oblasť digitálnej identity.

Mnoho ľudí si však stále kladie otázku, čo to ten blockchain vôbec je. Blockchain môžeme charakterizovať ako druh decentralizovanej a zároveň distribuovanej databázy, ktorá umožňuje uchovávať a spracovávať informácie v počítačovej sieti. Hlavnou výhodou okrem decentralizácie je fakt, že blockchainová databáza dokáže uchovávať neustále sa zvyšujúci počet záznamov. Blockchain funguje na princípe blokov, kde každý blok obsahuje informácie, ako sú napríklad transakcie alebo akékoľvek iné dáta. Bloky sú navzájom poprepájané a tvoria jeden veľký reťazec, ktorý poznáme práve pod názvom Blockchain.

Zdroj: DecBC

Blockchain je zároveň navrhnutý tak, aby bol bezpečný a nezávislý, bez jedného centrálneho bodu kontroly. Funguje na princípe peer-to-peer systému, takže žiadna individuálna osoba alebo organizácia nemá kontrolu nad informáciami uloženými v blockchaine. Namiesto toho je kontrola rozdelená medzi všetky uzly v sieti, čím sa zvyšuje bezpečnosť a dôveryhodnosť systému ako celku. Blockchain je zároveň transparentný, čo znamená, že ktokoľvek si môže spätne vyhľadať a pozrieť akúkoľvek transakciu uskutočnenú v danej sieti.

Ako prvý verejne známy prípad použitia tejto technológie je Bitcoin, v ktorom blockchain plní úlohu verejnej účtovnej knihy. Jednotlivé transakcie uskutočnené v sieti Bitcoin sú distribuované medzi sieťové uzly, ktoré dané transakcie overujú a následne sú transakcie uložené do blokov a navždy uložené na blockchaine.

Architektúra technológie blockchain

Architektúra blockchainovej technológie sa skladá z piatich základných vrstiev. Každá z týchto vrstiev plní svoje špecifické funkcie, ktoré spoločne tvoria konzistentné a funkčné technologické riešenie na ukladanie, správu a prenos údajov. 

Hardvérová vrstva 

Hardvérová vrstva blockchainu predstavuje fyzické zariadenia a technológie, na ktorých sa blockchain realizuje a prevádzkuje. Táto vrstva zahŕňa počítače, servery, sieťové zariadenia a iný hardvér, ktoré spoločne tvoria sieť blockchain. Údaje uložené na blockchaine sú hostované dátovými servermi a počítače v blockchainovej sieti môžu tieto údaje medzi sebou zdieľať. To vedie k vytvoreniu P2P siete, v ktorej informácie overujú jednotlivé sieťové uzly. 

Sieť peer-to-peer si môžeme predstaviť ako veľkú sieť počítačov umiestnených po celom svete, ktoré medzi sebou zdieľajú dáta. Blockchain je tak zjednodušene sieť počítačov typu peer-to-peer, ktorá počíta, overuje a zaznamenáva transakcie usporiadaným spôsobom v zdieľanej účtovnej knihe. Výsledkom je vytvorenie distribuovanej databázy, v ktorej sú uložené všetky dáta, transakcie a ďalšie relevantné údaje.

Dátová vrstva

Dátová vrstva blockchainu predstavuje dáta, ktoré sú uložené v blokoch na blockchainovom systéme. Tieto dáta zahŕňajú informácie o transakciách, smart kontraktoch a iných aplikáciách prevádzkovaných na blockchaine.

Dátová vrstva je základom blockchainu a zabezpečuje jeho decentralizáciu, nezávislosť, transparentnosť a bezpečnosť. Všetky transakcie sú zaznamenávané do blokov v dátovej vrstve, pričom každý blok je prepojený s predchádzajúcim blokom. Výnimkou je takzvaný Genesis block, ktorý reprezentuje úplne prvý blok na blockchaine a neobsahuje hash predchádzajúceho bloku.

Na ochranu bezpečnosti a integrity údajov obsiahnutých v blockchaine sú transakcie digitálne podpisované. Súkromný kľúč sa používa na podpisovanie transakcií a ktokoľvek s verejným kľúčom môže overiť podpisovateľa. Keďže údaje na blockchaine sú nielen šifrované, ale aj podpísané digitálnym podpisom, akákoľvek snaha o manipuláciu s týmito dátami spôsobí, že podpis bude neplatný.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva blockchainu je vrstva, ktorá je zodpovedná za prenos dát a komunikáciu medzi jednotlivými uzlami v blockchainovej sieti. Táto vrstva zahŕňa protokoly pre komunikáciu medzi jednotlivými uzlami v peer-to-peer sieti a umožňuje im vzájomne sa informovať o nových blokoch a transakciách v systéme. Vďaka nej sa môžu navzájom nájsť a interagovať, šíriť a synchronizovať, aby udržali blockchainovú sieť v aktuálnom a legitímnom stave.

Sieťová vrstva je kľúčová pre účinnosť a efektivitu blockchainového systému, ale aj pre bezpečnosť systému ako celku. Sieťová vrstva sa zvykne označovať aj ako propagačná vrstva.

Konsenzuálna vrstva

Konsenzuálna vrstva blockchainu predstavuje mechanizmus, pomocou ktorého sa dosahuje dohoda o súčasnom stave siete. Cieľom konsenzuálnej vrstvy je zabezpečiť, že všetky uzly v sieti sú v súlade s aktuálnym stavom blockchainu a že sú schopné pracovať s rovnakými dátami.

V praxi existuje mnoho variantov konsenzuálnych algoritmov, ktoré môžu byť použité v rámci blockchainových sietí. Medzi tie najznámejšie patrí Proof of Work (POW), Proof of Stake (POS) a Delegated Proof of Stake (DPoS). Každý z týchto mechanizmov má svoje špecifické vlastnosti a určité výhody a nevýhody. Konsenzuálne algoritmy sa zväčša vyberajú na základe požiadaviek a potrieb každého konkrétneho blockchainu.

Konsenzuálna vrstva je kľúčová pre zachovanie bezpečnosti systému a pre zabezpečenie toho, že všetky uzly v sieti majú rovnaký a aktuálny stav blockchainu. Táto vrstva je tiež veľmi dôležitá pre zachovanie decentralizácie systému, ktorého podstata spočíva v tom, že žiadny uzol nemá nad sieťou kontrolu.

Aplikačná vrstva

Aplikačná vrstva blockchainu predstavuje vrstvu, ktorá umožňuje využívanie blockchainu pre jej konkrétne aplikácie v praxi. Táto vrstva poskytuje programátorské rozhranie pre vývojárov aplikácií, ktorí môžu vytvárať aplikácie na blockchaine pre rozličné účely.

Aplikačná vrstva môže byť použitá pre rôzne prípady použitia, ako napríklad pre elektronický obchod, identitu a autentifikáciu, zdravotníctvo, finančné služby a iné. Aplikačná vrstva umožňuje vývojárom využívať vlastnosti blockchainu, ako je transparentnosť, bezpečnosť či decentralizácia pre vývoj aplikácií a služieb novej generácie.

Vrstvy blockchainu

Používatelia vo svete kryptomien sa častokrát stretávajú s pojmami ako blockchain nultej, prvej či druhej vrstvy. Aké sú medzi nimi rozdiely a v čom tkvie ich podstata?

Vrstva 0

Technológiu blockchain je samo o sebe možné chápať ako vrstvu nula, ktorá poskytuje základnú infraštruktúru pre blockchainy prvej vrstvy. Táto vrstva zahŕňa komponenty potrebné na to, aby mohol napríklad Bitcoin či Ethereum skutočne fungovať. Patria sem napríklad internet, potrebný hardvér a iné pripojenia, ktoré umožnia hladké fungovanie blockchainov prvej vrstvy.

V praxi sú však niektoré krypto projekty označované ako Layer-0 blockchainy. Ide napríklad o Polkadot či Cosmos, ktoré pomáhajú riešiť problémy, ktorým čelia siete prvej vrstvy postavené s monolitickou architektúrou, ako je napríklad sieť Bitcoin či Ethereum. Cieľom týchto projektov je vytvoriť flexibilnejšiu základnú infraštruktúru, ktorá umožní vývojárom vytvárať interoperabilné (navzájom komunikujúce) účelovo špecifické blockchainy.

Vrstva 1

Medzi blockchainy prvej vrstvy sa radia napríklad Bitcoin, Ethereum či Cardano. Tieto blockchainy vykonávajú základné aktivity, ako je napríklad zaznamenávanie transakcií, produkcia blokov či zaisťovanie primeranej bezpečnosti siete. Okrem toho majú tieto blockchainy na starosť procesy týkajúce sa konsenzu, blokovania či pravidiel a parametrov, ktoré definujú funkčnosť blockchainovej siete.

Blockchainy prvej vrstvy sú často navrhnuté tak, aby rozšírili funkcionalitu a možnosti blockchainov nultej vrstvy, ako napríklad podpora inteligentných zmlúv, umožnenie vytvárania decentralizovaných aplikácií (dApps) či zameniteľných (fungible) a nezameniteľných (non-fungible) tokenov.

Vrstva 2

Skoršie blockchainy ako Bitcoin či Ethereum vo svojej podstate nevedia dobre škálovať, čo sa môže odzrkadľovať v pomalšej produkcii blokov, dlhšej transakčnej dobe či vyšších poplatkoch.

Aj z tohto dôvodu sa stávajú čoraz populárnejšími takzvané riešenia druhej vrstvy (Layer-2 solutions), ako sú napríklad Lightning Network na Bitcoine či Optimism na blockchaine Ethereum. Tieto riešenia druhej vrstvy fungujú ako samostatné blockchainy, ktoré odstraňujú obmedzenia blockchainov prvej vrstvy, ako je napríklad nízka škálovateľnosť a vysoké poplatky. Dosahujú to spracovávaním transakcií mimo základného blockchainu (off-chain), pričom na základný blockchain sa odosielajú už len údaje o jednotlivých transakciách.

Blockchainy druhej vrstvy pri vykonávaní svojich aktivít pravidelne komunikujú so základným blockchainom, aby sa zabezpečilo, že oba blockchainy majú rovnaké záruky v oblasti bezpečnosti a decentralizácie. Vďaka tomu nie je potrebné vykonávať zmeny na blockchainoch prvej vrstvy, pretože vrstva 1 sa postará o bezpečnosť, dostupnosť údajov a decentralizáciu, zatiaľ čo blockchainy druhej vrstvy vyriešia problém škálovania a odošlú naň hotové dôkazy o transakciách. To zároveň prispieva k tomu, že aj blockchainy prvej vrstvy sa stávajú menej preťaženými.

Vrstva 3

Označovaná ako aplikačná vrstva blockchainov. Tvoria ju rôzne aplikácie založené na technológii blockchain, s ktorými môžeme dnes interagovať, ako napríklad Uniswap, Balancer či Decentraland.

Záverečné myšlienky

Aj napriek tomu, že je technológia blockchain veľmi komplexná a pre niekoho možno komplikovaná na pochopenie, s trochou úsilia si každý dokáže uvedomiť jej veľký prínos a užitočnosť v bežnom živote. Aj preto v súčasnosti už mnoho spoločností vrátane Visa, IBM či Walmartu používajú technológiu blockchain vo svojom podnikaní. Postupom času sa k nim takmer s určitosťou budú pridávať ďalšie a ďalšie svetoznáme firmy.

Vďaka Fumbi môže do kryptomien investovať prakticky ktokoľvek. Naše diverzifikované Fumbi Index Portfólio v sebe kombinuje to najlepšie zo všetkých oblastí zo sveta kryptomien – od blockchainov nultej vrstvy až po blockchainy tretej vrstvy. Investovanie do kryptomien je vďaka Index portfóliu veľmi jednoduché, bezpečné a intuitívne.