Для защиты баз данных от несанкционированного редактирования было предложено использовать криптографические алгоритмы. Одна из известных статей о применении криптографии для защиты электронных платежей «How to make a mint: the cryptography of anonymous electronic cash» была опубликована в 1996 году исследователями из Агентства национальной безопасности США. Позднее это стало основным аргументом конспирологов в пользу того, что биткойн является разработкой американских спецслужб.
Именно совмещение этих подходов децентрализации и использования криптографии, привело к появлению в 2009 году первой криптовалюты биткойна, в основу которого легла технология блокчейна. Годами позже появились другие криптовалюты, построенные по той же технологии. С 20142015 годов крупнейшие мировые IT-корпорации разрабатывают собственные блокчейн-решения, не связанные с криптовалютами.
Как следует из самого называния, блокчейн представляет собой цепочку криптографически защищенных (зашифрованных) блоков, каждый из которых содержит хэш-сумму (свернутое сообщение) о предыдущем блоке и о данных, хранящихся в самом блоке. Также каждый блок может содержать любую другую информацию в цифровом виде: список переводов (транзакций), произвольный текст или бинарный код.
Блокчейн постоянно растет за счет того, что с определенной частотой генерируются новые блоки. Например, в блокчейне биткойна это происходит каждые 910 минут, в блокчейне криптовалюты Dogecoin каждые 60 секунд, а в сети EOS два раза в секунду. В середине 2019 года в блокчейне биткойна был сгенерирован блок 600000, в других блокчейнах счет уже идет на многие миллионы блоков. Чем выше скорость генерации блоков, тем быстрее обрабатываются транзакций и тем больше пропускная спрособность сети, которая характеризуется количеством проведенных транзакций в секунду.
Еще один параметр, влияющий на пропускную способность сети размер блоков, который определяет, сколько информации (транзакций) может вместить один блок. Например, в одном блоке биткойна размером 1 Мб может быть записано около 2700 транзакций, а максимальная пропускная способность сети составляет 56 транзакций в секунду. Блокчейн EOS при том же размере блока, но крайне малом времени генерации новых блоков имеет пропускную способность до 3 тысяч транзакций в секунду.
Одним из следствий частой генерации блоков является быстрое разрастание блокчейна. Так, блокчейн биткойна, который функционирует и непрерывно растет с января 2009 года, на середину 2019 года занимал дисковый объем более 270 гигабайт и продолжал расти со скоростью 153 Мб в сутки. Блокчейн EOS, который был запущен в июне 2018 году, уже спустя год достиг объема более 200 Гб и продолжает расти со скоростью около 500 Мб в сутки.
Блокчейн может быть запущен на одном-единственном компьютере, который будет генерировать блоки и записывать в них любую информацию например, записи из вашего ежедневника или прогнозы погоды. Но весь потенциал блокчейна раскрывается, только когда создается децентрализованная сеть из независимых вычислительных узлов (нод), которые выполняют функции хранения и актуализации собственных копий блокчейна, генерации и проверки новых блоков, а также записи в них транзакций. В зависимости от архитектуры блокчейна, эти функции могут совмещаться в одной ноде или распределяться на разные типы узлов.
Процесс генерации очередного блока в цепочке представляет собой решение математической задачи по одному из криптографических алгоритмов (SHA-256, Script, Ethash, X11, CryptoNight и др.). В децентрализованной сети, состоящей из множества вычислительных узлов, право генерировать очередной блок предоставляется по определенному принципу, который называется алгоримом консенсуса. На данный момент используется до двух десятков различных алгоритмов консенсуса, но мы разберем лишь базовые, с которых всё начиналось.
В сети биткойна, Litecoin, Ethereum и десятков других криптовалют генерация новых блоков происходит в рамках свободной конкуренции по принципу «кто быстрее». Этот алгоритм (метод) консенсуса получил название PoW (Proof-of-Work «доказательство работы»). Фактически в данном случае вычислительные узлы доказывают свое право сгенерировать новый блок и получить за это награду в обмен на затраченное машинное время и электричество.