17 Июля 2019 18:00 17 Июл 2019 18:00 |

Поделиться

Блокчейн принесет российской экономике 1,6 триллиона. Откуда они возьмутся?

Что такое системы распределенного реестра и в чем их отличия от распределенных баз данных

Телеграм-канал «Криптомужик» опубликовал проект дорожной карты развития технологий «Систем распределенного реестра». Документ подготовлен «Новосибирским институтом программных систем» в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

В дорожной карте под распределенной базой данных понимается вид баз данных, в которых информация повторена, тиражирована и распределена между узлами, принадлежащими участникам сети. Под распределенной вычислительной сетью понимается сеть, вычислительная мощность и данные которой распределены между множеством нод (узлов).

Система распределенного реестра – это база цифровых транзакций, записей о событиях, содержащих критически важную управленческую, юридическую, финансовую и иную информацию, которые хранятся, одновременно создаются и обновляются на всех носителях у всех участников реестра на основе заданных алгоритмов, обеспечивающих ее тождественность у всех пользователей реестра. Технологии систем распределенного реестра - это группа методов, направленных на создание распределенных баз данных и обеспечение непротиворечивости, синхронизации, неизменности и прозрачности хранящейся в них информации.

Технология систем распределенного реестра представляет собой новый подход к созданию баз данных, ключевой особенностью которого является отсутствие единого центра управления. Каждый узел составляет и записывает обновления реестра независимо от других узлов.

В отличие от распределенных баз данных, каждый участник системы распределенного реестра хранит всю историю изменений и валидирует добавление любых изменений в систему с помощью алгоритма консенсуса, который математически гарантирует невозможность подделки данных при определенной доле достоверных нод. Однако, ни один участник не может изменить данные в системе таким образом, что другие участники не узнают об этом. Благодаря этому данные, которые находятся внутри системы распределенного реестра, становятся доверенными, а все изменения – прозрачными.

Уровень готовности российских и зарубежных технологий распределенного реестра

Использование технологий систем распределенного реестра направлено на установление доверительных отношений в цифровой среде, обеспечение прозрачности истории транзакции, улучшение отслеживаемости действия внутри процессов, децентрализацию хранения и обработки данных, обеспечение безопасности обмена данными между участниками процессов и защиту данных от несанкционированных транзакций. Основные эффекты от применения данной технологии заключаются в сокращении числа посредников, автоматизации отдельных процессов, повышении отказоустойчивости систем и генерации дополнительной выручки, в том числе за счет сокращения издержек.

Российский и мировой рынок систем распределенного реестра

В мире системы распределенного реестра используются для отслеживания грузов и запасных частей, для сделок торгового обеспечения и межбанковских платежей, трансграничных платежей и проведения государственных аукционов, а также для подтверждения подлинности товаров и взаиморасчетов коммерческих организаций.

В России соответствующие технологии активно используется для сделок торгового финансирования, для обеспечения сделок поставки против платежа, для торговли билетами, для отслеживания запасных частей и материалов, для отслеживания сырья и товаров повседневного потребления.

В России рынок систем распределенного реестра равен 2,4 млрд руб., объем рынка к 2024 г. вырастит до 180 млрд руб. – 454 млрд руб. Мировой рынок систем распределенного реестра вырастет с $2 млрд в 2018 г. до $23 млрд - $54 млрд.

Блокчейн как одна из технологий организации и синхронизации данных

Авторы дорожной карты разделяют системы распределенного реестра на три субтехнологии. Технология организации и синхронизации данных отвечает за организацию распределенных нод в единую сеть с согласованной базой данных. Технология представляет из себя совокупность методов и инструментов, направленных на определение, организацию и усовершенствование взаимосвязей между частями и элементами распределенных баз данных, а также обеспечение их согласованности и приведение к соответствую.

Уровень готовности этой технологии (УГТ) составляет 7 из 9 возможных. Это означает, что прототипы отражают планируемую штатную систему или близки к ней.

Блокчейн в рамках дорожной карты рассматривается в качества одного из типов субтехнологии организации и синхронизации данных, где данные добавляются в последовательность из блоков, причем каждый блок связан с предыдущим таким образом, что изменение данных в одном блоке требует изменения данных по всех предыдущих блоках, а все полные ноды хранят всю историю изменений данных, что существенно повышает защищенность сети. Вследствие наибольшей защищенности и надежности большинство разработчиков систем распределенного реестра используют блокчейн в качестве технологии организации и синхронизации данных систем распределенного реестра.

Сравнение конкурентных преимуществ российских и зарубежных решений в области систем распределенного реестра

В тоже время существуют альтернативные методы, такие как направленный ациклический граф, где синхронизация информации организована не в формате блоков, а в формате взаимных сообщений между множеством пользователей сети друг другу. Также существуют различные запатентованные субтехнологии организации и синхронизации данных, являющиеся подвидами направленного ациклического графа. Например, компания Radix разрабатывает технологию Tempo, а компания Swirlds Corporation – HashGraph.

Однако не существует подтверждения гипотез о более высокой эффективности данных проприетарных технологий. Защищенность от захвата сети и проблемы двойной траты подобных сетей на данынй момент не подтверждены. Большинство разработчиков фокусируются на увеличении пропускной способности технологии блокчейн, чем ациклического направленного графа, в связи с более низким уровнем разработанности последнего.

По результатам реализации мероприятий данной дорожной карты среднее время, необходимое для подтверждения блока, уменьшиться с восьми минут в 2019 г. до менее чем 0,02 минуты в 2024 г. Средний срок развертывания полной ноды за это время сократится с 96 часов до 1 часа. Доля полностью интероперабельных платформ, соответствующих ГОСТ в части криптографии, вырастет с 5% до 80%.

Количество запатентованных технологий организации и синхронизации данных достигнет 50 (сейчас ноль). Доля компаний, обладающих полными нодами в системах распределенного реестра, составит 55% (сейчас менее 1%). Количество системных архитекторов с опытом в области построения распределенных систем увеличится со 100 до 3 тыс.

Технологии обеспечения целостности и непротиворечивости данных и консенсус-алгоритмы

Вторая субтехнология - обеспечения целостности и непротиворечивости данных – обеспечивает неизменность и единство данных сети, защищая ее от неавторизованных изменений истории данных и формируя доверительные отношения между участниками сети. Технология представляет из себя совокупность методов и инструментов, направленных на приведение в соответствие имеющихся данных в децентрализованной сети к единой внутренней логике и структуре по заранее определенным правилам, включая порядок добавления и валидации новых данных в распределенном реестре, а также обеспечение синхронизации и согласования данных между узлами децентрализованной сети.

Уровень готовности данной субтехнологии составляет 8. Это означает, что технология проверена на работоспособность и может быть использована в ожидаемых условиях эксплуатации при незначительных доработках.

В части технологии обеспечения целостности и непротиворечивости данных существуют различные консенсус алгоритмы, которые отличаются между собой как в части используемых математических алгоритмов, обеспечивающих целостность сети распределенного реестра, так и в части типа ресурсов, необходимых для валидации блоков, энергозатрат, требуемых для подтверждения транзакций, и уровня защиты от захвата данных ресурсов. Разработчики систем распределенного реестра экспериментируют с алгоритмами консенсуса, создавая новые.

На сегодняшний момент не существует одного идеального алгоритма. Для различных целей используются различные консенсус алгоритмы – в зависимости от потребности в уровне децентрализации, защиты от захвата сети, энергоэффективности и пропускной способности для каждой сети подбирается определенный алгоритм консенсуса. Также существуют системы распределенного реестра с настраиваемым алгоритмом консенсуса.

Proof of Work (PoW) – алгоритм достижения консенсуса, в котором вероятность получения права валидации блока зависит от доли вычислительных мощностей сети, принадлежащих ноде. Proof of Stake (PoS) – алгоритм достижения консенсуса, в котором вероятность получения права валидации блока зависит от доли ресурсов (токенов) сети, принадлежащих ноде. Proof of Authority (PoA) – алгоритм достижения консенсуса, в котором право валидации блоков представлено определенным одобренным аккаунтам - валидаторам.

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) – консенсус алгоритм без лидера сети, валидирующего транзакции, каждая нода может обращаться к любой другой ноде сети. В рамках алгоритма предварительно выбранные доверенные ноды поддерживают целостность сети. Paxos/RAXT -консенсус алгоритм, где ноды сети выбирают одного лидера, отвечающего за валидацию транзакций.

Leased/Delegated Proof-of-Stake (LPoS/DPoS) – алгоритм консенсуса, предусматривающий возможность добавления блоков только для держателей определенного количества токенов сети, которые можно передавать другим нодам сети в лизинг или голосовать за определенных валидаторов в соответствии с долей токенов сети, принадлежащих определенной ноде. Limited Confidance Proof-of-Activity (LCPoA) – модификация алгоритма PoW в части уменьшения расхода вычислительных ресурсов, требуемых для подбора хеша блока, но в качестве дополнительного значения nonce используется текущая метка времени.

По результатам выполнения заложенных в дорожную карту мероприятий количество транзакций в секунду увеличится с 1 тыс. в 2019 г. до 100 тыс. до 2024 г. За это время защита от захвата вычислительных мощностей вырастет с 51% до 76%, а количество запатентованных консенсус алгоритмов достигнет 50 (сейчас ноль). Доля платформ распределенного реестра, сертифицированных по ГОСТ, составит 55% (сейчас ноль), а количество выпускаемых специалистов в области криптографических алгоритмов, используемых в системах распределенного реестра, вырастет с 250 до 2 тыс. человек.

Децентрализованные приложения и смарт-контракты

Третья субтехнология - создания и исполнения децентрализованных приложений и смарт-контрактов – расширяет функциональность систем распределенного реестра и позволяют цифровизировать процессы за счет использования смарт-контрактов в доверительной среде.

Технология представляет собой совокупность методов и инструментов, направленных на создание приложений, обеспечивающих взаимодействие неограниченного количества участников распределенной системы, и на разработку, поддерживание и выполнение компьютерных алгоритмов, предназначенных для автоматизации процессов исполнения контрактов или сохраненных в распределенном реестре процедур.

Децентрализованные приложения обладают прозрачной и открытой логиков, обеспечивающей гарантированное исполнение заданных функций в рамках систем распределенного реестра. Уровень готовности данной технологии составляет шесть. Это означает доказанность реализуемости и эффективности технологий в реальных или близких к реальным условиям и возможность интеграции технологии в административные и бизнес-процессы, для которых данная технология должна продемонстрировать работоспособность. Однако переход технологии на следующий уровень требует реализацию большего количества пилотов, тестирования как в лабораторных, так и в реальных условиях.

По результатам реализации заложенных в дорожную карту мероприятий, средний срок интеграции систем распределенных реестров в бизнес-процессы сократится со 120 часов в 2019 г. до менее чем 10 часов в 2024 г. Средний срок аудита смарт-контрактов на предмет отсутствия критических уязвимостей сократится со 120 минут до менее чем одной минуты. Количество разработанных децентрализованных приложений и отраслевых решений на базе платформ распределенного реестра увеличится с 15 до 500.

Количество разработчиков смарт-контарктов и децентрализованных приложений вырастет со 100 до 3 тыс. Количество коммитов в открытых репозиториях исходных кодов систем распределенного реестра увеличится с 18,9 тыс. до 100 тыс. Доля цифровизированных за счет внедрения смарт-контрактов бизнес-процессов вырастет с 5% до 75%, а количество сервис-провайдеров систем распределенного реестра в приоритетных отраслях увеличится с 15 до 550.

Количество инструментов создания смарт-контрактов на естественном языке вырастет с трех в 2019 г. до 50 в 2024 г. За это же время появится 1 тыс. стандартизированных ораклов для обращения к любым типам внешних данных с целью инициации условий смарт-контрактов (сейчас таких ораклов нет). Ораклами в контексте дорожной карты называются инфраструктурные алгоритмы, переводящие внешние данные в формат блокчейна.

Количество универсальных инструментов создания децентрализованных приложений и смарт-контрактов увеличится от одного до 75, количество технологических стандартов в части алгоритмизации процессов, защищенности систем и обращения к внешним данным - от 10 до 250, количество зарегистрированных патентов в области технологии распределенного реестра - от двух до 450. Уже к 2021 г. развертывание полных нод станет возможным на простом смартфоне.

Публичные и приватные системы распределенного реестра

Системы распределенного реестра бывают нескольких видов. Публичная система распределенного реестра – это открытые сети, допуск к участию в которых не ограничен для широкого круга пользователей, статус оператора не закреплен за определенными участниками, а также отсутствуют централизованные инстанции, управляющие правилами сети, ее конфигурацией и выпуском криптографических ключей.

Уровень готовности технологий систем публичного реестра в России находится на отметке 7, в мире – 8. Отечественными решениями в данной области являются Waves, IZZZIO и Acryl. Иностранные решения – Ethereum, NEO Foundation и VeChain.

Уровень готовности интеграции (УГИ) находится на отметке 2 из девяти возможных. Публичные платформы не готовы к промышленному использованию из-за ограничений масштабируемости, безопасности, децентрализованности и конфиденциальности транзакций. Наиболее популярные децентрализованные приложения используются не более чем 50 тыс. уникальными пользователями в месяц. К 2022 г. УГИ поднимется до отметки 7.

Другой вид систем распределенного реестра – приватный. Это закрытые сети, в которых устанавливаются критерии членства, в соответствии с которыми участники допускаются к управлению узлами и получают доступ к сервисам сети. В России и в мире уровень готовности соответствующих технологий находится на максимальной отметке – 9, уровень готовности интеграции – на отметке 3.

Отечественными решениями в данной области являются Vostok, Exonum (продукт от Bitfury) и IZZZIO. Иностранными решения являются Hyperledger от Linux, Corda от R3, а также Xcurrent, Xrapid и Xvia от Ripple. В отличие от публичных систем, в области приватных систем отечественные решения не отстают от иностранных.

Для финансовой и страховой деятельности и транспортировки и хранения уровень готовности интеграции достигнет отметки 7 к 2022 г. Для госуправления и для обрабатывающих производств УГИ достигнет аналогичной отметки к 2023 г., для остальных отраслей - после 2024 г.

Иные виды систем распределенного реестра

Существуют также гибридные системы распределенного реестра – они сочетают в себе свойства как открытых, так и закрытых сетей. Консорциумные системы распределенного реестра рассматриваются как подвид приватных, так как применяются только в рамках приватных систем распределенного реестра, однако управление данными системам осуществляется консорциумом, состоящим из множества организаций.

Авторы дорожной карты выделяют еще несколько типов систем распределенного реестра. В системе с реестром с ограничениями на добавление информации только некоторые пользователи могут быть пользователями-регистраторами. Такие системы возможно реализовать в приватных системах распределенного реестра, а также в публичных, работающих на базе консенсус алгоритма PoA.

Система с реестром конфиденциальная обеспечивает конфиденциальность внесенной в реестр информации. Такие системы возможно реализовать как в публичных, так и в приватных системах. Система с реестром с ограничениями на просмотр использует реестр, в котором не все пользователи являются пользователями-наблюдателями. Данное решение возможно реализовать только в приватных системах.

Система с реестром совместная использует реестр, в котором все пользователи могут быть пользователями-регистраторами. Такие решения возможно реализовать только в рамках публичных систем распределенного реестра. Система с реестром анонимная (псевдоанонимная) использует реестр, в котором обеспечена анонимность (псевдоанонимность) пользователей, ее возможно реализовать только в публичных системах. Система с реестром иерархическая использует реестр, в котором обеспечена иерархия информационной системы. Реализация возможна только в рамках приватных систем распределенного реестра.

Уровень развития технологий распределенного реестра в России

На нынешний момент инфраструктура поддержки развития субтехнологий систем распределенных реестров в России недостаточна для обеспечения непрерывного совершенствования соответствующих решений при введении торговых ограничений в отношении отдельных технологических компонентов или готовых решений, недоступности зарубежных рынков капитала и отсутствии возможностей обмена опытом с зарубежными специалистами, а также недостаточным уровнем спроса на решения на внутреннем рынке при условии недоступности зарубежных рынков.

Потенциал достижения технологической независимости в части развития субтехнологии «Технологии организации и синхронизации данных» оценивается как низкий, субтехнологии «Технологии обеспечения целостности и непротиворечивости» как высокий, субтехнологии «Создание и исполнение децентрализованных приложений и смарт-контрактов» как умеренный.

Возможность использования отечественного решения в критической инфраструктуре есть для технологий обеспечения целостности и непротиворечивости и технологии создании я и исполнения децентрализованных приложений и смарт-контрактов. А вот для технологии организации и синхронизации данных такой возможности нет.

Нынешнее состояние инфраструктуры разработки, низкая вовлеченность центров компетенций, институтов и исследовательских центров в развитие технологических решений и проведение прорывных исследований при отсутствии вовлеченности отечественных компаний-потребителей решений являются ключевыми ограничениями в части обеспечения полноценной поддержки разработчиков и проектов, улучшающих технические и экономические показатели систем распределенного реестра.

Экономический эффект от внедрения систем распределенного реестра в России

В 2018 г. потенциальный прямой экономический эффект от внедрения систем распределенного реестра составил 28,6 млрд руб., в том числе 23 млрд руб. в финансовой и страховой деятельности. К 2021 г. экономическая ценность накопленным итогом составит 171,9 млрд руб., в том числе 126 млрд руб. – в финансовой сфере.

К 2024 г. экономическая ценность накопленным итогом составит 728,1 млрд руб., в том числе 492,7 млрд руб. в сфере финансов (за счет автоматизации предоставления банковских услуг и сокращения цепочки посредников) и 135,6 млрд руб. в сфере транспортировки и хранения (цифровизация процессов документооборота, сокращение простоев и рост количества рейсов каждого транспортного средства).

Кроме того, косвенный экономический эффект, получаемый за счет обеспечения прозрачности, неизменности и использования актуализируемых данных от реализации мероприятий данной дорожной карты, в 2024 г. составит 853 млрд руб. Соответственно, совокупный экономический эффект от технологий распределенного реестра достигнет к 2024 г. 1,635 трлн руб.

В том числе 14 млрд руб. будет получено за счет сокращения коррупционных проявлений за счет уменьшения количества посредников и реализации принципа единого окна. Сокращение механического труда на предоставление государственных услуг и цифровизации процессов принятия решения принесет экономики 16 млрд руб., а выявление контрафактных и несоответствующих заявленным качествам комплектующих и сырья вместе с сокращением механического труда при сверке и обмене документов – еще 25,1 млрд руб. Также рост выручки провайдеров медицинских услуг за счет возможности обмена и монетизации обезличенных медицинских данных составит 38,3 млрд руб.

78 млрд руб. на развитие систем распределенного реестра

Важным событием, которое повлияет на индустрию систем распределенного реестра, является создание устойчивого квантового компьютера. Ожидается, что это произойдет к 2024 г.

Такой компьютер будет способен взломать любую систему распределенного реестра за счет существенно более высокой производительности по сравнению с традиционными компьютерами.

Это потребует разработки криптографических алгоритмов, устойчивых к квантовых вычислениям. Бюджет на соответствующие исследования составит 700 млн руб., из которых 300 млн руб. предполагается взять из федерального бюджета, 400 млн руб. – из внебюджетных источников.

Другим важным событием, которое также ожидается к 2024 г., является создание системы распределенного реестра с полезным майнингом. Это означает, что процесс валидации транзакций будет приносить реальную ценность и сможет быть монетизирован. Для стимулирования участия в процессе валидации транзакций не будет необходимости установления комиссий за добавление транзакций, что позволит существенно расширить сферу применения систем распределенного реестра и снизить стоимость добавления транзакций для конечных пользователей до нуля.

В результате любая транзакция в системах распределенного реестра станет бесплатной, а количество пользователей систем вырастит в сотни раз. Соответствующие разработки обойдутся в 400 млн руб., их планируется взять из внебюджетных источников.

К 2022 г. ожидается появление инструментов автоматизированного создания и аудита смарт-контрактов на естественном языке. После наступления соответствующего события необходимо будет только определить условия - создание юридически значимого смарт-контракта и переговоры с другой стороной об условиях будут полностью автоматизированы.

Искусственный интеллект выполнит юридическую функцию написания контракта и техническую функцию по переводу контракта в программный код, который может быть исполнен системой распределенного реестра. Данные мероприятия обойдутся в 700 млн руб., из которых федеральный бюджет должен будет выделить 500 млн руб., внебюджетные источники – 200 млн руб.

Общий объем мероприятий, описанных в дорожной карте, предполагает финансирование в размере 78,3 млрд руб. Предполагается, что из этой суммы федеральный бюджет потратит 20,9 млрд руб., внебюджетные источники – 57,4 млрд руб.

Игорь Королев

Поделиться

Подписаться на новости Короткая ссылка