Криптовалютные ноды: что это такое и как они работают?

От Мохаммад Мушарраф

Криптовалютные ноды или узлы — главный персонаж блокчейн-сцены и ключевая причина существования децентрализованных сетей. При этом их задача проста, ведь по сути они являются способом предложения, одобрения и обработки транзакций без участия централизованных органов.

Без нод было бы невозможно использовать блокчейны для каких-либо децентрализованных целей по типу управления DAO или банального пирингового обмена цифровыми активами. Сами ноды контролируют правильность каждой транзакции и эффективность их обработки. А поскольку блокчейны по своей природе неизменяемы — как минимум транзакции в них практически невозможно отредактировать или подделать — важно сделать всё правильно с первого раза. Всё же именно от этого будет зависеть безопасность всей децентрализованной сети.

Заставить тысячи компьютеров согласиться по какому-то поводу — непростая задача. С учётом этого для подтверждения правильности происходящего в сети при участии незнакомых между собой людей каждый блокчейн использует свой подход. Если вкратце, то сети предлагают разные системы поощрения и наказания за действия её участников и даже способы подтверждения транзакций. Таким образом определяется принцип работы нод сети, их общее количество и разновидность.

Данный материал сосредоточится на особенностях криптовалютных нод и поставленных перед ними задачах, а также разнице между майнерами и обычными нодами.

Однако для разбора этой темы нужно пройтись по основам. Итак, что же вообще представляет собой криптонода?

Что такое криптовалютная нода?

Криптовалютная нода — это компьютер, который может взаимодействовать с блокчейн-сетью и является её составляющей. В большинстве блокчейнов нодой считают отдельный компьютер, хранящий всю информацию о сети, что также называют распределённым реестром. И поскольку у каждой ноды есть копия одного и того же объёма информации, они могут проверять друг друга.

Благодаря этому ноды подтверждают и фиксируют новые транзакции, а также транслируют их в сеть без помощи какого-либо центрального органа.

Чем больше нод в рамках определённого блокчейна, тем сложнее обмануть целую систему, поскольку для подделки информации во многих блокчейнах злоумышленнику нужно захватить 51% всех нод. В популярных сетях это практически невозможно, ведь для подобного требуются невероятные ресурсы.

Зачем нужны криптовалютные ноды?

Прежде всего, криптовалютные ноды хранят данные, которые требуются для работы блокчейна. К ним в первую очередь относятся весь распределённый реестр и все когда-либо проведённые транзакции в сети. Ещё ноды общаются друг с другом, что нужно для поддержания консенсуса между ними, то есть наличия одного и того же набора данных об определённом блокчейне. По сути речь идёт о методе синхронизации нод, при помощи которого все пользователи блокчейна получают одну и ту же картину о нём.

Некоторые криптовалютные ноды выполняют другие задачи по типу подтверждения блокчейн-транзакций и отклонения некорректных операций. К тому же они делятся полной копией блокчейна с любой новой нодой, которая хочет присоединиться к сети.

Перечисленные обязанности дают возможность нодам подтверждать и добавлять новые транзакции в существующую цепочку без централизованных посредников. Подобный принцип полностью противоположен ситуации в традиционных финансах. Всё же публичные блокчейны полагаются на обычных людей, которые самостоятельно поддерживают работоспособность нод по всему миру.

Криптовалютные ноды, майнеры и валидаторы: в чём отличие?

Довольно часто в мире крипты слова «нода» и «майнер» используют как синонимы, однако это не одно и то же. Проясним данный момент.

Майнер представляет собой специальную компьютерную систему с вычислительными мощностями, способную добавлять новые блоки с транзакциями в блокчейн. Для подтверждения транзакций и добычи новых монет майнеры решают сложные и энергозатратные математические задачи. Подобный механизм и обеспечивает безопасность блокчейнов на основе алгоритма консенсуса Доказательства выполнения работы (PoW). Проще говоря, майнинг биткойнов слишком затратен, чтобы пытаться обмануть систему.

Именно здесь порой возникает неопределённость, поскольку каждый майнер является нодой. Впрочем, не каждая нода выполняет роль майнера, ведь любой желающий может запустить ноды в сети Биткойна для поддержания консенсуса, не добывая монеты. Но это ещё не всё, ведь блокчейн-сети также отличаются друг от друга.

К примеру, в сетях на основе алгоритма консенсуса Доказательства доли владения (PoS) ноды представлены валидаторами, а не майнерами. Однако и в PoS-сетях можно запустить собственную ноду без подтверждения транзакций. Так что ноды и валидаторы — тоже не синонимы.

Разновидности нод в блокчейне

Обычно ноды делятся на две разновидности — полные и облегчённые. Каждая из них отличается возможностями и выполняемыми задачами.

Полная нода

Полная нода хранит полную копию цифрового распределённого реестра определённой сети. Такие узлы создают основу для большинства блокчейнов, ведь они хранят соответствующую историю всех транзакций и взаимодействуют с другими полными нодами. Ещё они делятся копиями блокчейна с новыми нодами, что играет огромную роль в развитии блокчейн-систем. Поэтому во многих блокчейнах и присутствуют полные ноды.

Ноды майнеров

Ноды майнеров — это участники сети, которые отвечают за подтверждение транзакций и их добавление в цепочки PoW-блокчейнов. И хотя майнинг требует наличия огромных вычислительных мощностей для решения соответствующих задач, их владельцы получают вознаграждение в криптовалютах за выполнение своей работы.

Ноды валидаторов

Ноды валидаторов напоминают ноды майнеров, но используются в PoS-блокчейнах. Они также подтверждают транзакции и создают новые блоки, но при этом не решают сложные вычислительные задачи, а поочерёдно выбираются в зависимости от суммы заблокированных средств в сети их владельцами. Валидаторы тоже получают вознаграждения за создание блоков по аналогии с майнерами.

Облегчённые ноды

Облегчённые ноды или так называемые SPV-клиенты слегка другие. Прежде всего, данная разновидность узлов не хранит полную информацию о транзакциях в блокчейне, как это делают полные ноды. Вместо этого они загружают заголовки блоков или хедеры. Если опустить технические подробности, то данный способ существенно экономит место для хранения данных. В то же время облегчённые ноды занимаются подтверждением транзакций в блокчейне с помощью упрощённой проверки платежей (SPV). Важно отметить, что не во всех блокчейнах задействуются облегчённые ноды. При этом они популярны в сетях с ограниченным размером блока по типу Биткойна.

Как работают ноды в криптовалютах?

Криптовалютные ноды в разных блокчейнах могут слегка отличаться между собой. Однако общие обязанности узлов сети в целом остаются одними и теми же.

Ноды распределяют подписанные транзакции

После подписи пользователем транзакции соответствующие данные отправляются определённому набору нод. Они передают их другим узлам, которые в свою очередь перемещают информацию следующему уровню нод. Подобное продолжается до тех пор, пока транзакция не добавляется в блок или же не отклоняется.

Далее ноды подтверждают транзакции в мемпуле

По мере распределения транзакции она попадает в мемпул внутри каждой ноды и по сути оказывается в очереди. На данном этапе ноды должны подтвердить транзакцию. И когда большинство узлов признает её валидность, операция получит статус ожидания, а значит она будет готовой к добавлению в сеть. Обратная ситуация также актуальна: если большинство нод признает транзакцию невалидной, её отклонят.

Ноды добавляют транзакции в блоки и транслируют их в сеть

После перехода транзакции в статус ожидания ноды майнеров или валидаторов смогут добавить новый блок с данной операцией в сеть. И когда майнер или валидатор получит право на создание блока в сети и сделает это, транзакция окажется неизменяемой. То есть для внесения каких-либо изменений в данный перевод потребуется одобрение большинства нод, число которых в популярных блокчейнах измеряется тысячами. Именно этот простой механизм обеспечивает безопасность сети.

У нод есть стимулы и сдерживающие факторы для гарантии прилежного поведения

Некоторые ноды отвечают за добавление новых блоков в сеть, что обычно приносит им вознаграждения в форме криптовалюты.

В PoW-блокчейнах по типу Биткойна подобное требует серьёзных вычислительных мощностей, которые нужны для решения сложных криптографических задач. Соответственно, майнер получает не только стимул добавлять валидные блоки в существующую цепочку, но и сдерживающий фактор от нарушения правил. Всё же оплата счетов за электричество будет убыточным занятием без вознаграждения за блок.

В PoS-цепочках по примеру Эфириума ноды также получают награду за блоки, однако для предотвращения плохого поведения здесь задействуются другие методы. Прежде всего, для выполнения работы валидаторы блокируют немалый объём криптоактивов в качестве залога. Если они прилежно подтверждают транзакции и добавляют новые блоки, их ждёт вознаграждение. Однако если валидаторы нарушают правила, их залог или стейк подвергается так называемому слэшингу, то есть принудительному сокращению. Данный механизм обеспечивает адекватное поведение нод без постоянных затрат энергии и дорогостоящего оборудования.

Криптовалютные ноды: почему они настолько важны?

Криптовалютные ноды — это основа безопасности блокчейн-систем. Единственным подходящим вариантом для выполнения поставленных задач на децентрализованной основе являются пиринговые системы, ну а управлять последними эффективно можно лишь посредством блокчейн-сетей. В целом ноды дают возможность блокчейнам справедливо подтверждать транзакции без участия централизованного органа.

И чем больше людей запускает ноды, тем сложнее для злоумышленников сговориться или получить контроль над сетью. Узлы гарантируют, что пользователи и майнеры играют по одним и тем же правилам, в свою очередь делая сеть более децентрализованной и безопасной.

Что бы вы ни делали в блокчейне, такая операция обязательно будет задействовать ноды, к тому же запустить одну из них можно самостоятельно. Среди доступных вариантов — использование полной ноды, превращение в майнера, а также запуск ноды валидатора. Более того, можно даже финансировать другую ноду валидатора непосредственно в Ledger Live.

Ноды — основа блокчейн-систем, без которых у них не было бы места для хранения данных. Они обеспечивают полноценную инфраструктуру для блокчейн-сети, и именно поэтому узлы так ценятся поклонниками децентрализации.

Знания — сила.

Доверяйте только себе и продолжайте пополнять багаж знаний. Ознакомьтесь с информативным и крайне увлекательным выпуском School of Block.