Что такое смарт контракт в контексте блокчейн
Автономность и безопасность. Как работают смарт-контракты
Смарт-контракт — компьютерная программа, которая выполняет соглашения, заключенные между двумя и более сторонами, в результате которых, при выполнении тех или иных условий происходят определенные действия. То есть, когда задействуется ранее запрограммированное условие, смарт-контракт автоматический выполняет соответствующее соглашение. Если рассматривать обычный контракт и смарт-контракт, то можно точно сказать, что они оба являются соглашениями, в которых две или более стороны соглашаются соблюдать ряд условий. Их фундаментальные элементы одинаковы: добровольное согласие всех сторон, объект договора (товара или услуги) и единая цель. Тем не менее, оба отличаются по трем факторам: способ написания, его юридические последствия и концепт соблюдения.
История смарт-контрактов
Термин «умные контракты» был придуман ученым-программистом Ником Сабо, вероятно, в 1993 году, чтобы объяснить цель внедрения в разработку протоколов того, что он назвал «высокоразвитой» ступенью договорного права и связанных с ними бизнес-практик в электронной коммерции. Сабо, вдохновленный такими исследователями, как Дэвид Чаум, также полагал, что разработка умных-контрактов с помощью выполнения криптографических протоколов и других механизмов цифровой безопасности могут стать значительным улучшением по сравнению с традиционными юридическими контрактами.
Сабо использовал слово «умный» в кавычках и заявил о том, что искусственный интеллект задействован не будет. Он приводил классический пример смарт-контракта: это вендинговый автомат. Если условия «контракта» устраивают покупателя (т. е. он опускает деньги в автомат), то машина автоматически соблюдает условия неписаного соглашения и предоставляет покупку.
В настоящее время было разработано несколько формальных языков, которые были предложены для определения условий договора. На данный момент есть много рабочих групп, специализирующиеся на смарт-контрактах, которые содействуют продолжению этого исследования в будущем. До появления блокчейна не было платформы, которая могла бы сделать смарт-контракты реальностью, поэтому она была определена только концептуально.
Как работают смарт-контракты?
Умные контракты полностью цифровые и написаны на языке программирования. В дополнение к установлению обязательств и последствий таким же образом, как и в обычном физическом документе, код может выполняться автоматически. Следовательно, он может получать и обрабатывать информацию, касающуюся переговоров, уже принимая меры в соответствии с правилами договора. BTC ограничен в использовании токенов для финансовых переводов.
Платформа Ethereum заменяет более ограниченный язык BTC (язык сценариев, насчитывающий около ста) языком, который позволяет разработчикам задавать собственные сценарии. Ethereum позволяет разработчикам программировать свои собственные смарт-контракты. Язык является «полным по Тьюрингу», что означает, что он поддерживает более широкий инструментарий вычислительных инструкций.
Платформа Ethereum использовалась для распространения децентрализованных приложений (DApps). Вместо множества приложений, управляемых многими протоколами, Ethereum позволяет управлять всеми приложениями по одному протоколу.
Ethereum — это платформа, которая позволяет разработчикам создавать любую программу, и запускать ее на основных функциях блокчейна, используя смарт-контракты для автоматического выполнения своих действий, задействуя предопределенные условия, встроенные в алгоритм. В случае, если условия будут выполнены, заданная функция автоматически завершается без необходимости предпринятия каких-либо действий.
Преимущества смарт-контрактов
Используя смарт-контракты, больше нет необходимости прибегать к помощи третьей стороны, например, адвоката или нотариуса, который, помимо возможных ошибок, влечет за собой значительные расходы. Блокчейн способен защитить информацию в зашифрованной сети, к которой можно обращаться из любой точки мира, поэтому скорость и безопасность очевидны. Самыми главными преимуществами контрактов являются:
Автономность
Эти контракты всегда заключаются между одним или несколькими физическими или юридическими лицами, но без посредников. Для подтверждения договора не требуется юрист. Поэтому стороны сокращают и могут даже устранить любого лишнего человека, который не участвует в договоре.
Снижение затрат
Поскольку контракты не зависят от третьей стороны, затраты снижаются. Меньшее вмешательство человека приводит к снижению затрат.
Скорость
Умные контракты используют программный код для автоматизации задач, которые в противном случае выполнялись бы вручную. Поэтому они увеличивают скорость бизнес-процессов и менее подвержены ошибкам вручную.
Безопасность
Основывая контракты на блокчейне Ethereum, они не могут быть потеряны. Все является неизменным. Ничто и никто не может заставить его исчезнуть, и у вас всегда есть к ним доступ.
Процесс децентрализованного управления исключает риск манипуляций, поскольку выполнение управляется автоматически всей сетью, а не отдельной частью.
Недостатки смарт-контрактов
С другой стороны, программы такого типа также имеют определенные недостатки. Главный состоит преимущественно в использовании технологий, которые он задействует: интернет-вещей и блокчейн.
IoT может обеспечить связь с активами, но ему еще предстоит пройти долгий путь в области безопасности. IoT-устройства легко взломать. Блокчейн более чем безопасен, но он неизменен. После того, как условия согласованы, их нельзя будет впоследствии изменить, что невыгодно для одной из сторон.
Как создать смарт-контракт?
Контракт разработан на определенном языке (Solidity, Serpent или Mutan), скомпилирован в EVM и, за некоторыми исключениями, соответствует стандартному интерфейсу ERC-20. Solidity является языком, который основан на JS, Python и C++.
Чтобы подойти к созданию смарт-контракта, нужно знать Solidity. Как бумажные контракты создаются людьми, которые знают всю правовую среду вокруг них, в умных контрактах необходимо знать компьютерный код, называемый Solidity.
В документе «Введение юриста в смарт-контракты» для смарт-контрактов описываются два «уровня»: платформа смарт-контрактов (SCP), которая представляет собой инфраструктуру, позволяющую создавать их и управлять ими на блокчейне, и система управления смарт-контрактами (SCMS). Этот протокол добавляется к этой инфраструктуре, чтобы пользователю было проще взаимодействовать с контрактами. То есть, он является графическим интерфейсом.
Контракт выполняется в сети, внутри виртуальной машины Ethereum (EVM). Это исполнение не является бесплатным, но оплачивается в форме «газа», небольшого количества эфирной валюты, внесенного одним или несколькими участниками контракта. Важной деталью является то, что исполнение децентрализовано и производится во всех узлах сети. Это одна из причин, по которой EVM работает так медленно и может обрабатывать только около 15 транзакций в секунду.
Как происходит процесс оформления смарт-контрактов
Инфраструктура интеллектуальных контрактов может быть реализована с помощью реплицированных записей, а выполнение контрактов может осуществляться с использованием древа Меркле, который работает через криптографические хеш-функции и репликацию задачи византийских генералов (BFT), которая является обобщенной задачей двух генералов. Каждый узел в одноранговой сети действует как реестр доверия или гарантии, выполняя изменения держателей контракта и автоматически проверяя правила, наложенные транзакцией, а также проверяя ту же работу других узлов. Криптовалюты типа BTC реализовали особые случаи для тех записей или узлов, где собственностью и ядром транзакции являются деньги. BTC и многие его производные содержат более обобщенные механизмы для прав собственности и исполнения контрактов. Ведение кода — очень важная и часть протокола BTC, основанная на репликации конечного автомата.
Как можно использовать смарт-контракты?
В двадцать первом веке существует возможность перевода всевозможных бумажных договоров в цифровые смарт-контракты, а следственно, появляется и широкий спектр потенциального применения.
Автоматизация платежей: контракт может быть запрограммирован, чтобы гарантировать, что требуемая сумма поступит в указанное время указанным лицам или организациям.
Регистрация и смена владельца: необходимые документы могут быть зарегистрированы в блокчейне, чтобы установить собственность с самого начала и сменить владельца посредством интеллектуальных договоров.
Энергетические транзакции: считается, что это создает цифровую экосистему для обмена энергией. Таким образом, источники электричества или топлива будут связаны с смарт-контрактами, заключенными только между физическими лицами или с вовлеченными организациями, которые, в свою очередь, могут персонализировать потребление каждого клиента.
Интеллектуальная собственность: можно встроить смарт-контракт в любой объект, который контролируется цифровыми средствами. Именно здесь рождается «умная собственность», которая может быть ассимилирована с объектами IoT, подключенными к сети. Они могут варьироваться от дома до автомобилей. Таким образом, например, аренда этих свойств может быть автоматизирована.
Также, криптовалюты, такие как Биткоин, можно рассматривать как набор смарт-контрактов, которые обеспечивают соблюдение закона о собственности. Криптографические методы используются, чтобы гарантировать, что их может потратить только владелец цифрового токена. Уже существует несколько децентрализованных рынков активов, так что многие различные цифровые активы могут быть проданы в одной цепочке блоков. Тот же принцип можно распространить и на физические продукты с электронным управлением или встроенными микрочипами.
Финансовые услуги: Криптовалюты, очевидно, открывают широкий спектр различных вариантов использования для умных контрактов, которые иначе были бы невозможны. Например, системы, подобные используемой BurstCoin, могут проводить аукционы, которые автоматически проверяют самую высокую цену в заданный срок и автоматически переводят неактивные средства.
Больше новостей о криптовалютах вы найдете в нашем телеграм-канале РБК-Крипто.
Иное применение блокчейнов: Смарт-контракты
В одном из наших первых постов мы рассказывали, что блокчейн представляет собой децентрализованную систему, работа которой поддерживается множеством компьютеров, объединенных в сеть. Блокчейн, хотя и обладает определенного рода недостатками (ограниченной скоростью работы, по сравнению с централизованными базами данных, а также высоким энергопотреблением — в случае блокчейнов на основе доказательства работы), все равно остается безопасным и надежным решением. Поэтому к этой технологии присматриваются разного рода финансовые институты, банки и даже гиганты IT-индустрии (IBM, Cisco и Intel).
В 1994 году криптограф Ник Сабо (Nick Szabo) предложил использовать компьютеры и криптографию для автоматического выполнения и аудита контрактов. Позднее это привело к появлению так называемых умных контрактов, или просто смарт-контрактов. Такие контракты оформляются в виде кода, а затем сохраняются в системе, где за их выполнением следит сеть компьютеров, управляющая блокчейном. О них мы и поговорим в нашем сегодняшнем материале.
Что такое смарт-контракт
Смарт-контракт — это электронный алгоритм, облегчающий или даже автоматизирующий процесс заключения договоров. Основная идея — модернизация трудоемкой процедуры таким образом, чтобы все стороны понимали соглашение одинаково и без расхождений в трактовках. Для описания условий и исходов смарт-контрактов используются языки программирования и математические инструменты (например, криптография с открытым ключом), а выполняются такие контракты на компьютерах.
Умные контракты позволяют обмениваться активами, не прибегая к услугам посредников. Кроме того, смарт-контракты не просто содержат информацию об обязательствах сторон: программный код подтверждает выполнение условий контракта и автоматически определяет, что делать с указанным активом (передать участнику сделки, вернуться отправителю или нечто посложнее). Все это время в децентрализованном реестре хранится копия этого документа, что обеспечивает его защищенность и достоверность и не позволяет ни одной из сторон изменить предопределенные условия контракта.
Одно из главных преимуществ использования блокчейна как транспорта для смарт-контрактов — отсутствие необходимости привлекать третью сторону в качестве гаранта соблюдения условий. Блокчейн распределен между многими узлами сети и руководствуется формализованным набором правил, что сводит к минимуму риск неправильного выполнения контракта (и того, что контракт не будет выполнен вообще из-за разногласий между сторонами). Таким образом, блокчейн позволяет не полагаться на авторитет посредника.
Поскольку вся информация в блокчейне хранится в виде децентрализованной бухгалтерской книги, стороны смарт-контрактов и третьи стороны (например, бухгалтеры, аудиторы или регуляторы) получают возможность легко проводить аудит выполнения контрактов. Более того, этот аудит можно проводить в реальном времени и легко автоматизировать.
Особенности консенсуса в блокчейнах обеспечивают атомарность выполнения контракта — он может быть или успешно выполнен, или отменен с активацией автоматической очистки аналогично транзакциям в СУБД. Невозможно «застрять» посреди выполнения контракта или получить различные результаты выполнения на разных узлах сети.
Ethereum — пожалуй, наиболее популярный блокчейн для написания сложных смарт-контрактов. Вот пример кода, написанного для контракта на специально разработанном языке смарт-контрактов Solidity (язык достаточно легок для восприятия и похож на JavaScript, только со статической типизацией). Этот код реализует простейший токен, то есть полностью цифровой актив, который можно выпускать и переводить между кошельками Ethereum. В рамках смарт-контракта при каждом запросе на перевод токенов автоматически проверяется наличие необходимого их количества. Если все в порядке, то смарт-контракт изменяет баланс токена для отправителя и получателя.
Как видно из кода, смарт-контракты в Ethereum представляют собой объекты (точнее, агенты), хранящие состояние и методы, при помощи которых это состояние обновляется. Транзакции в Ethereum, соответственно, представляют собой вызовы методов контрактов. Контракты могут взаимодействовать между собой, вызывая методы других контрактов, но любое действие в конечном счете инициируется транзакцией из-за пределов блокчейна (то есть невозможно, например, настроить смарт-контракт Ethereum так, чтобы он выполнялся по расписанию).
На это есть несколько причин. Смарт-контракты должны выполняться одинаково на всех узлах сети (иначе блокчейн Ethereum расщепится на несколько частей) и должны быть проверяемыми. Поэтому взаимодействия с внешним миром для смарт-контрактов ограничиваются. По этой же причине смарт-контракты Ethereum не могут читать или писать локальные файлы или взаимодействовать с сетью — они выполняются на специально созданной для Ethereum виртуальной машине.
Программирование смарт-контрактов в той или иной степени возможно в подавляющем большинстве блокчейнов. При этом объектно-ориентированный подход Ethereum — далеко не единственный. Есть и другие — зачастую вдохновленные академическими исследованиями — языки программирования, которые куда лучше реализуют ключевые требования к смарт-контрактам. Например, некоторые блокчейны вроде Synereo используют исчисление процессов (подход, используемый в Erlang и Go), представляя смарт-контракты как процессы, взаимодействующие между собой через каналы сообщений.
На биткойн-блокчейне смарт-контракты представлены условиями, при которых можно тратить биткойны. Как уже было отмечено, биткойн-блокчейн строится на транзакциях. Эти транзакции содержат один или несколько вводов и выводов. При этом каждый ввод транзакции является неизрасходованным выводом (UTXO — Unspent Transaction Output) одной из предыдущих транзакций, записанных в блокчейне.
Любая транзакция расходует выходы предыдущих транзакций и производит новые выходы, которые будут употреблены будущими транзакциями, причем только один раз. Эта структура обладает множеством полезных математических свойств, включающих также конструктивное доказательство того, что одни и те же токены никогда не будут потрачены дважды, если каждая транзакция доказывает, что сумма ее входов больше, чем сумма ее выходов. При этом каждый вывод транзакции ассоциируется с ценностью, то есть некоторым целым числом, обозначающим количество расходуемых биткойнов.
Также каждый неизрасходованный вывод должен подразумевать пользователя (или несколько пользователей), способного потратить стоимость, связанную с UTXO. Чтобы выполнить это условие, биткойн-протокол включает в себя скрипты. С каждым UTXO в биткойн-сети ассоциируется запирающий сценарий, который определяет условия, когда этот биткойн можно потратить.
Сценарий выглядит как последовательность инструкций для стековой машины, а-ля Forth. Инструкции сценария выполняются по очереди, а каждая инструкция может влиять на стек, например, добавлять в него новый элемент, выталкивать элемент с верхушки стека, менять два верхних элемента стека местами и так далее. В языке сценариев биткойна есть инструкции для ветвления, а вот циклов нет — язык намеренно является неполным по Тьюрингу для того, чтобы минимизировать риски DoS-атак.
Чтобы запирающий сценарий успешно выполнился, надо предоставить отпирающий сценарий, который тоже является последовательностью инструкций для стековой машины. Он будет выполнен до запирающего сценария и сформирует для него начальный стек. В простейшем случае запирающий сценарий приводит некоторый открытый ключ и требует цифровой подписи соответствующим закрытым ключом:
// 1. Инициализация
сценарий:
стек: пусто
// 2. Выполняется единственная инструкция отпирающего сценария
сценарий: пусто
стек:
// 3. Начинается запирающий сценарий
сценарий: CHECKSIG
стек:
// 4. Первая инструкция — добавить ключ в стек
сценарий: CHECKSIG
стек:
// 5. Вторая инструкция — проверить подпись
сценарий:
стек:
В биткойне реализуемы и более сложные смарт-контракты, например, контракт депонирования средств с возможностью возврата по таймауту:
IF
// Требует любые 2 из 3 подписей от Алисы, Боба или арбитра.
2 3 CHECKMULTISIG
ELSE
// Проверяет, что со времени поступления средств на адрес депонирования
// прошло 7 дней.
// DROP — инструкция вытолкнуть из стека элемент; здесь она нужна
// для обратной совместимости — CHECKSEQUENCEVERIFY распознается
// не всеми версиями узлов биткойна
CHECKSEQUENCEVERIFY DROP
// Если предыдущая проверка успешна, то средства может забрать Алиса
CHECKSIG
ENDIF
Этот сценарий полезен в том случае, если Алиса платит Бобу биткойны за некоторый товар, но стороны не доверяют друг другу — Алиса не хочет платить до получения товара, а Боб не хочет отдавать товар до получения биткойнов. В этом случае Алиса и Боб могут выбрать арбитра, который будет разрешать возможные спорные ситуации. После этого Алиса отправит средства на адрес, ассоциированный со сценарием выше.
В случае успешного выполнения контракта Боб получит возможность забрать средства, подписав транзакцию вместе с Алисой. Если же возникнет спорная ситуация, может вмешаться арбитр и принять сторону Алисы или Боба, подписав транзакцию вместе с одним из них. Наконец, если с момента перевода средств на адрес прошло много времени (скажем, 7 дней, как в примере выше), Алиса может вернуть депонированные средства обратно, даже без одобрения арбитра или Боба.
В терминах стековой машины биткойна, варианты отпирающего сценария могут быть такие:
// Перевод средств по согласию Алисы и Боба.
// Первый 0 необходим из-за бага в инструкции MULTISIG —
// она берет из стека на один элемент больше чем нужно.
// Последняя единица активирует ветку IF в запирающем сценарии.
0 1
// Арбитр согласился с Алисой
0 1
// Арбитр согласился с Бобом
0 1
// Возврат средств по тайм-ауту.
// 0 активирует ветку ELSE в запирающем сценарии.
// Этот сценарий не будет валидным, если тайм-аут еще не прошел.
0
Rootstock — «саженец» в блокчейн-среде
Биткойн-блокчейн, хотя и обладает самой высокой стабильностью и безопасностью среди всех блокчейнов, из-за своих размеров все же лишен определенной гибкости, когда дело касается внедрения новых технологий. По этой причине для работы со смарт-контрактами в основном используется платформа Ethereum, так как это была первая технология, которая реализовала умные контракты в удобном для использования виде. Однако технология сталкивалась с определенными неудачами, например, в прошлом году из-за ошибки в коде, написанном на технологии Ethereum, хакеры украли порядка 64 млн долларов.
Поэтому сообщество задумалось о создании сети, которая брала бы лучшее от двух миров: надежность и защищенность от биткойна и удобство работы от Ethereum. Это привело к появлению блокчейн-решения Rootstock от RSK Labs, которая 22 мая получила инвестиции в размере 3,5 млн долларов. В развитие проекта вложились Энтони ди Иорио (Anthony Di Iorio), CEO криптовалютного кошелька Jaxx, а также несколько майнинговых фирм, в том числе Bitfury и Bitmain.
В одном из интервью генеральный директор RKS Labs Диего Зальдивар (Diego Gutierrez Zaldivar) отметил, что целью проекта является создание блокчейна, который бы получил поддержку как биткойн-майнеров, так и разработчиков приложений для смарт-контрактов, сейчас работающих с Ethereum.
По своей сути, Rootstock представляет собой децентрализованную Тьюринг-полную платформу для смарт-контрактов. Вот только вместо того, чтобы формировать всю систему с нуля, Rootstock использует экосистему биткойна, но с некоторыми улучшениями. На сегодняшний день платформа способна обрабатывать 400 транзакций за секунду, в то время как биткойн может обрабатывать лишь семь. В перспективе RSK планирует достигнуть значения в 2 000 TPS, используя протокол LTCP (Lumino Transaction Compression Protocol).
Самое большое преимущество Rootstock над другими платформами, использующими собственные блокчейны, – это объединенный майнинг (merged mining) с биткойном, что поднимает ее безопасность до уровня старшей блокчейн-сети. Технология пока испытывается в тестовой сети, но в скором времени будет запущена в реальную жизнь. Учитывая, что RSK использует биткойн-блокчейн, который на сегодняшний день является самым безопасным блокчейном, смарт-контракты на RSK смогут превзойти Ethereum в некоторых вопросах защиты. Например, они предоставят большую защищенность против отката транзакций в блокчейне и «атаки 51%».
Будущее и применение умных контрактов
Благодаря своим свойствам — безопасность системы гарантируется математическими законами (а не авторитетом посредника), лежащими в основе технологии блокчейна и биткойна в частности — смарт-контракты находят применение в разных сферах деятельности. Одним из потенциальных направлений развития смарт-контрактов является выборная система. Умные контракты позволят полностью исключить вероятность вмешательства в выборы третьими лицами. В этом случае голоса избирателей будут помещаться в распределенный реестр (естественно, в зашифрованном и анонимизированном виде).
Другое применение цифровых контрактов — в логистике. В сфере снабжения задействовано большое число различных документов, которые необходимо подписать и утвердить на разных уровнях. Это создает лазейки для мошенников, которые получают возможность заработать. Блокчейн позволяет построить систему таким образом, что каждый из участников цепочки поставок будет иметь доступ к электронной системе, контролирующей все процессы выполнения работ. Это оказывается эффективно при работе с документами в целом. Например, банк Barclays применяет смарт-контракты для регистрации перехода прав собственности и автоматической регистрации платежей в кредитные организации.
Еще одна сфера, в которой смарт-контракты найдут применение, — это автоиндустрия. С помощью умных контрактов страховые компании смогут устанавливать размер взносов в зависимости от того, как и в каких условиях водители управляют автомобилями. Такие системы даже смогут определять, кто был виноват в аварии: датчики или водитель, а также разрешать более сложные дорожные инциденты.
Стоит отметить и другие индустрии, такие как кредитование и бухгалтерский учет. Здесь смарт-контракты будут использоваться для оценки рисков и проведения аудита в реальном времени. На сайте Blockchain Technologies говорится, что умные контракты будут представлять собой бумажно-электронный гибрид, когда они подтверждаются блокчейном, а затем распечатываются в виде бумажной копии.
При этом многие участники рынка убеждены, что в будущем компании смогут полностью перейти от составления традиционных контрактов к их цифровому воплощению и даже реализации контрактов при поддержке искусственного интеллекта.