Оракулы блокчейна: как данные из реального мира становятся топливом для смарт-контрактов

Технология блокчейна меняет подходы к децентрализации, безопасности и прозрачности. Однако сами по себе блокчейны не могут получать данные из внешнего мира, что ограничивает их возможности. Здесь на помощь приходят оракулы. В криптовалюте оракул выступает мостом между блокчейнами и реальным миром, позволяя создавать более функциональные и динамичные приложения.

Эта статья объясняет, что такое оракулы в блокчейне, их значимость, типы, принцип работы и практическое применение в таких отраслях, как DeFi, управление цепочками поставок и гейминг.

Что такое оракулы в блокчейне?

Оракулы в блокчейне — это специализированные сервисы, которые обеспечивают взаимодействие блокчейнов с внешними источниками данных. Несмотря на то, что блокчейны отличаются высокой степенью безопасности, децентрализованностью и защищённостью от вмешательств, они изолированы от внешнего мира. Эта изоляция, известная как «проблема оракула», ограничивает их доступ к информации из реального мира, которая необходима для многих приложений смарт-контрактов.

Чтобы преодолеть этот разрыв, оракулы выступают в роли посредников, которые получают, проверяют и доставляют внешние данные в смарт-контракты. Благодаря этому блокчейны могут использоваться не только для криптовалютных транзакций, но и для множества других задач.

Исследователи Вияя Киллу Манда и Ведавати Катнени из GITAM School of Science в своей работе «The Critical Role of Blockchain Oracles in Web 3» называют оракулы инфраструктурными инструментами и слоями, через которые блокчейн получает доступ к данным из внешнего мира. Именно поэтому их часто называют «невидимым фундаментом» DeFi и блокчейн-приложений.

Чтобы понять, что такое оракулы в блокчейне, важно осознать их роль как соединителей данных. Смарт-контракты, являющиеся самовыполняющимися программами в блокчейне, зависят от заранее заданных условий. Например, платформа DeFi может нуждаться в актуальных ценах на криптовалюту, а смарт-контракт страховой компании — в данных о погоде для обработки выплат.

Роль оракулов:

• Интеграция данных.

Оракулы получают данные из реального мира, например, курсы валют, погодные условия или результаты событий, и передают их в блокчейн.

• Проверка данных.

Некоторые оракулы, особенно децентрализованные, используют механизмы консенсуса для проверки точности информации.

• Автоматизация.

После передачи данных смарт-контракты автоматически выполняются на основе заданной логики.

Почему оракулы важны в криптовалюте?

Оракулы играют ключевую роль в экосистеме криптовалют и блокчейна, обеспечивая функциональность и надёжность смарт-контрактов благодаря точным и достоверным данным. Без оракулов блокчейны оставались бы изолированными системами, неспособными взаимодействовать с внешней информацией, что резко ограничивало бы их возможности.

Основные причины важности оракулов

Преодоление разрыва между ончейн- и офчейн-данными.

Блокчейны изначально разработаны для работы в закрытых экосистемах, что исключает доступ к внешним данным. Оракулы служат связующим звеном между блокчейном и реальным миром, позволяя интегрировать такие данные, как курсы валют, погодные условия или рыночные события. Например, крипто-оракулы могут предоставлять точные цены криптовалют для DeFi-платформ, что позволяет выполнять задачи по кредитованию, займам или торговле. Без таких данных смарт-контракты не смогли бы функционировать корректно.

Расширение возможностей блокчейна

Оракулы в блокчейне значительно увеличивают возможности использования технологии, добавляя внешние данные в смарт-контракты:

• DeFi. Оракулы для передачи данных о ценах, такие как Chainlink, поддерживают платформы вроде Aave и Uniswap, обеспечивая безопасные и автоматизированные финансовые операции.
• Управление цепочками поставок. Оракулы позволяют отслеживать товары в реальном времени, создавая прозрачность и ответственность на всех этапах цепочки поставок.
• Страхование. Погодные оракулы автоматизируют обработку страховых выплат, например, основываясь на данных о количестве осадков.

Обеспечение автоматизации и точности

Оракулы предоставляют проверенные и своевременные данные, что гарантирует корректное выполнение смарт-контрактов.

Например, децентрализованные оракулы, такие как Chainlink, собирают данные из нескольких источников, снижая риск подделки и ошибок. Это особенно важно для предотвращения мошенничества и обеспечения надёжности блокчейна.

Надёжность смарт-контрактов

Точность и защита от манипуляций имеют ключевое значение для корректной работы смарт-контрактов.

• Защита данных. Оракулы используют механизмы консенсуса для проверки информации из нескольких источников, снижая риск манипуляций и зависимости от одного провайдера данных.
• Примеры применения. Высокая надёжность данных важна для финансовых деривативов или кроссчейновой совместимости, где необходимы точность и доверие.

Типы оракулов в блокчейне

Оракулы классифицируются в зависимости от их функций, методов передачи данных или рабочих структур. Рассмотрим основные типы.

Программные оракулы.

Эти оракулы получают данные из цифровых источников, таких как API, онлайн-базы данных или веб-серверы. Например, платформа DeFi может использовать программный оракул для доступа к актуальным ценам криптовалют.

Аппаратные оракулы.

Осуществляют взаимодействие с физическими устройствами или IoT-сенсорами для сбора данных из реального мира. Например, смарт-контракт в управлении цепочками поставок может использовать аппаратный оракул для проверки температурных условий при транспортировке скоропортящихся товаров.

Исходящие оракулы.

Передают данные из блокчейна во внешние системы. Например, использование таких оракулов может включать активацию банковского платежа на основе условий смарт-контракта.

Человеческие оракулы.

Предполагают, что данные вручную проверяются и вводятся человеком. Примером может быть проверка подлинности происхождения произведения искусства перед его токенизацией как NFT.

Вычислительные оракулы.

Выполняют сложные вычисления вне блокчейна и передают результаты обратно в сеть. Например, вычислительный оракул может анализировать большие данные для моделей ИИ и предоставлять инсайты для блокчейн-приложений.

Оракулы для конкретных контрактов.

Разрабатываются под индивидуальные потребности конкретных смарт-контрактов. Например, такие оракулы могут проверять идентификацию пользователей в децентрализованной системе KYC.

Централизованные и децентрализованные оракулы

Различие между централизованными и децентрализованными оракулами заключается в их структуре, принципах работы и подходе к предоставлению данных для блокчейн-сетей. Оба типа обладают своими преимуществами и недостатками, и их выбор зависит от конкретных требований блокчейн-приложения.

Централизованные оракулы

Централизованные оракулы полагаются на один источник данных или единую организацию, которая предоставляет информацию для смарт-контрактов. Простота их структуры облегчает настройку и эксплуатацию, но также несет определенные риски.

• Преимущества:

1. Быстрая доставка данных благодаря упрощенной структуре;
2. Более низкая стоимость внедрения и обслуживания по сравнению с децентрализованными аналогами.

• Недостатки:

1. Уязвимость к атакам, манипуляциям или сбоям из-за наличия единой точки отказа;
2. Пользователям необходимо доверять центральному поставщику данных, что противоречит децентрализованной философии блокчейна.

Децентрализованные оракулы

Децентрализованные оракулы решают проблемы централизации, собирая данные из множества источников и используя механизмы консенсуса для проверки их достоверности. Они соответствуют принципам децентрализации блокчейна и считаются более безопасным и надежным вариантом.

• Преимущества:

1. Исключают зависимость от единой точки отказа, получая данные из множества источников;
2. Используют криптографические методы и протоколы консенсуса для проверки данных, устраняя необходимость доверять центральной организации;
3. Защищены от манипуляций данными благодаря распределенной системе проверки.

• Недостатки:

1. Более сложная реализация, требующая участия множества узлов и механизмов консенсуса;
2. Более высокие затраты на внедрение и эксплуатацию по сравнению с централизованными решениями.

Сравнение централизованных и децентрализованных оракулов

Надежность

• Централизованные: Уязвимы из-за единой точки отказа.
• Децентрализованные: Высокая надежность благодаря множественным источникам данных.

Безопасность

• Централизованные: Подвержены манипуляциям и взлому.
• Децентрализованные: Устойчивы к взлому благодаря распределенной проверке данных.

Стоимость

• Централизованные: Экономичны.
• Децентрализованные: Дороже в реализации и обслуживании.

Скорость

• Централизованные: Быстрее благодаря упрощенным процессам.
• Децентрализованные: Немного медленнее из-за необходимости достижения консенсуса.

Модель доверия

• Централизованные: Требуют доверия к центральной сущности.
• Децентрализованные: Работают без доверия, полагаются на криптографические методы.

Сферы применения

• Централизованные: Подходят для небольших проектов или приложений с низкими рисками.
• Децентрализованные: Применяются в критически важных и высокорисковых приложениях, таких как DeFi.

Как работают блокчейн-оракулы?

Блокчейн-оракулы играют ключевую роль в соединении блокчейн-сетей с внешними источниками данных. Их задача — обеспечить надежный, точный и защищенный от манипуляций поток данных, который позволяет смарт-контрактам динамически выполнять свои функции. Вот пошаговый процесс работы оракулов:

Шаг 1: Сбор данных

Оракул извлекает внешние данные из различных источников, включая:

• API от проверенных поставщиков данных (например, финансовые рынки, сервисы погоды).
• IoT-устройства или аппаратные датчики, такие как GPS-трекеры, умные часы, голосовые контроллеры или датчики качества воздуха.
• Базы данных, веб-сайты или данные о реальных событиях.

Пример: ценовой оракул для DeFi-платформы может получать актуальные цены криптовалют с нескольких бирж через API.

Шаг 2: Верификация данных

После сбора данных оракул проверяет их точность и целостность. Этот этап зависит от типа оракула:

• Централизованные оракулы: проверяют данные как единый доверенный поставщик. Этот процесс проще, но он уязвим к ошибкам или вмешательству.
• Децентрализованные оракулы: агрегируют и проверяют данные с помощью механизмов консенсуса, используя несколько независимых узлов. Это повышает надежность и исключает предвзятость.

Этот процесс верификации помогает решить проблему оракулов в криптовалюте, снижая риск ввода некорректных или манипулированных данных в блокчейн.

Шаг 3: Форматирование данных

Проверенные данные форматируются в структуру, которую блокчейн может интерпретировать. Это обычно включает преобразование внешних данных в криптографическое доказательство или формат, читаемый блокчейном.

Пример: оракул, отслеживающий результаты спортивных матчей, преобразует данные о счете в формат, совместимый с блокчейном, чтобы смарт-контракты могли их обработать.

Шаг 4: Передача данных в блокчейн

После форматирования данные отправляются в блокчейн через сеть оракула. Смарт-контракты получают доступ к этим данным для выполнения заранее заданных действий. В зависимости от типа оракула этот шаг может включать:

• Входящие оракулы: доставляют внешние данные в блокчейн (например, цены криптовалют).
• Исходящие оракулы: отправляют данные из блокчейна во внешние системы (например, для выполнения платежей или отправки уведомлений).

Шаг 5: Исполнение смарт-контракта

Когда блокчейн получает данные, смарт-контракт проверяет их в соответствии с заранее заданными условиями в своем коде. Если условия выполнены, смарт-контракт автоматически исполняется.

Пример рабочего процесса:

1. Оракул погоды собирает данные о количестве осадков для страхового контракта фермеров.
2. Данные проверяются с использованием децентрализованной валидации.
3. Проверенные данные форматируются и передаются в блокчейн.
4. Смарт-контракт проверяет, были ли осадки ниже установленного порога.
5. Если условие выполнено, контракт автоматически перечисляет средства застрахованной стороне.

Обеспечение точности и безопасности

Блокчейн-оракулы, особенно децентрализованные, используют передовые механизмы для обеспечения целостности своих процессов:

• Механизмы консенсуса. Децентрализованные оракулы, такие как Chainlink, полагаются на несколько узлов для достижения согласия относительно точности данных.
• Защищенные от манипуляций каналы данных. Криптографические методы гарантируют, что данные не могут быть изменены во время передачи.
• Множественные источники данных. Агрегирование данных из различных источников снижает риск ошибок или манипуляций со стороны одного провайдера.

Применение блокчейн-оракулов в децентрализованных приложениях (dApps)

Блокчейн-оракулы играют ключевую роль в работе децентрализованных приложений, позволяя смарт-контрактам взаимодействовать с реальными данными. Эти приложения охватывают широкий спектр отраслей, от финансов до игр, демонстрируя универсальность и значимость оракулов в блокчейн-технологии. Вот наиболее заметные примеры их применения:

Децентрализованные финансы (DeFi)

В сфере DeFi оракулы необходимы для предоставления надежных и актуальных финансовых данных. Они обеспечивают платформы DeFi такими сведениями, как цены криптовалют, процентные ставки и курсы обмена, что критично для автоматизации кредитования, заимствования и торговли.

• Оракулы цен. Протоколы, такие как Aave и Uniswap, используют оракулы для оценки стоимости залогов и проведения ликвидаций.
• Доходное фермерство. Смарт-контракты применяют данные оракулов для расчета наград, исходя из стоимости токенов и данных пулов.
• Производные финансовые инструменты. Оракулы предоставляют точные рыночные данные для расчетов по контрактам, привязанным к ценам активов.

Управление цепочками поставок

Оракулы улучшают прозрачность и эффективность цепочек поставок, интегрируя данные в реальном времени из устройств IoT и логистических систем. Это позволяет отслеживать товары на каждом этапе их пути.

• Отслеживание продукции. Оракулы используют данные GPS и RFID для контроля движения товаров, подтверждая их подлинность и своевременную доставку.
• Контроль качества. Датчики IoT совместно с оракулами следят за температурой, влажностью и давлением во время транспортировки.
• Управление запасами. Оракулы обеспечивают обновления данных о запасах в реальном времени, упрощая учет.

Страхование

Страховые dApps полагаются на оракулы для автоматизации обработки заявлений, основываясь на реальных событиях. Интеграция таких данных, как погодные условия или отчеты о происшествиях, ускоряет и упрощает выплаты.

• Погодные данные. Смарт-контракты страхования урожая используют оракулы для определения выплат на основе уровня осадков или экстремальных температур.
• Задержки рейсов. Платформы страхования путешествий применяют оракулы для подтверждения задержек рейсов и автоматической выдачи компенсаций.
• Медицинские данные. Оракулы могут получать данные пациентов с IoT-устройств для обработки медицинских страховых случаев.

Корпоративное использование

Компании используют блокчейн-оракулы для автоматизации процессов, обеспечения соответствия нормативным требованиям и повышения эффективности. Оракулы связывают бизнес-системы с блокчейн-сетями, упрощая обмен данными.

• Соответствие и аудит. Оракулы проверяют соответствие регуляторным требованиям, извлекая данные из надежных источников.
• Международные платежи. Оракулы подключают традиционные банковские API к блокчейнам, упрощая автоматизацию платежей.
• Автоматизация цепочек поставок. Компании используют оракулы для интеграции логистических данных в смарт-контракты.

Игры и NFT

В игровых и NFT-секторах оракулы добавляют динамичность, интегрируя внешние события в приложения, основанные на блокчейне. Это позволяет создавать уникальные, основанные на данных, пользовательские сценарии.

• Динамические NFT. Оракулы позволяют NFT изменяться в зависимости от реальных данных, таких как спортивные результаты или достижения игроков.
• Фэнтези-спорт. Оракулы обеспечивают передачу данных о спортивных событиях в блокчейн-фэнтези-лиги, обновляя показатели игроков. Например, в игре Sorare оракулы используются для получения данных о футбольных матчах.
• Игровая механика. В блокчейн-играх оракулы интегрируют данные о погоде или времени суток, чтобы влиять на игровой процесс.

Главная проблема оракулов

Проблема оракулов заключается в обеспечении надежности, точности и безопасности данных, которые поставляются в блокчейн. Эта сложность возникает из-за зависимости смарт-контрактов от внешних систем для получения данных, что создает уязвимости и ставит под угрозу децентрализованный и защищенный характер блокчейн-технологий.

Суть проблемы оракулов кроется в доверии к данным, используемым в блокчейн-системах. Несмотря на то, что сами блокчейны являются безопасными и устойчивыми к вмешательству, данные, поступающие от оракулов, будь то централизованных или децентрализованных, могут стать слабым звеном.

Как отмечает Брайан Карран, проблема оракулов — это «конфликт безопасности, аутентичности и доверия между сторонними оракулами и бездоверительным исполнением смарт-контрактов».

Этот конфликт возникает потому, что корректное выполнение смарт-контрактов зависит от внешних данных. Если данные будут искажены, контракт может сработать некорректно.

Александр Эгбертс подчеркивает эту проблему как «шаг назад от децентрализации», отмечая, что оракулы зачастую снова вводят централизованные точки отказа, подрывая децентрализованный дух блокчейнов.

Основные проблемы, связанные с оракулом

Надежность данных.

В блокчейне точность данных критически важна, особенно для контрактов с высокой стоимостью. Если оракул предоставляет недостоверные или искаженные данные, это может поставить под угрозу выполнение контракта. Как объясняет Андреас М. Антонопулос, даже надежный оракул может передать неверные данные, если его источник будет скомпрометирован.

Риски централизации.

Централизованные оракулы зависят от единственного поставщика данных, создавая точку отказа. Если этот поставщик станет жертвой взлома или манипуляций, это нарушит целостность данных. Такая централизация делает оракул мишенью для атак, особенно если контракт связан с большими суммами.

Недетерминированные данные.

Блокчейн-системы работают детерминированно, то есть их результаты должны быть предсказуемыми и повторяемыми. Оракулы же часто работают с недетерминированными данными, такими как реальные события или изменяющиеся цены, что может привести к несоответствиям или ошибкам.

Зависимость от юрисдикции.

Когда смарт-контракты касаются реальных активов, таких как недвижимость или интеллектуальная собственность, их выполнение зависит от правовой системы определенной юрисдикции. Это вводит необходимость доверия к внешним сторонам, например, к государственным органам, что снижает децентрализованный характер блокчейна.

Мотивация к манипуляциям.

Чем выше стоимость контрактов, тем больше мотивация для взлома системы оракулов. Это создает ситуацию, в которой злоумышленники стремятся подделать данные ради финансовой выгоды.

Способы решения проблемы оракулов

Децентрализованные оракулы.

Они агрегируют и проверяют данные из нескольких источников. Используя механизм консенсуса между оракулами, можно снизить риски, связанные с едиными точками отказа или манипуляциями. Хотя этот метод повышает надежность, он не защищен от сговора между участниками.

Модели доверия.

Такие модели описывают, почему смарт-контракт заслуживает доверия. Например, третья сторона может проводить аудит сети оракулов для обеспечения их прозрачности.

Гибридные системы.

Эти системы сочетают элементы централизации и децентрализации, обеспечивая баланс между эффективностью и безопасностью. Например, централизованные API могут быть проверены с помощью децентрализованных механизмов консенсуса.

Продвинутые криптографические методы.

Использование нулевых доказательств (Zero-Knowledge Proofs) или пороговых подписей активно изучается для улучшения безопасности оракулов и верификации данных.

Будущее оракулов в блокчейн-технологии

С расширением применения блокчейна в различных отраслях оракулы продолжают эволюционировать, чтобы соответствовать новым требованиям к масштабируемости, надежности и функциональности.

Децентрализованные сети оракулов (DONs).

Централизованные оракулы часто сталкиваются с проблемами доверия и надежности. DONs объединяют данные из множества источников, используя механизмы консенсуса для обеспечения их точности и доверия. Такие проекты, как Chainlink, прокладывают путь к безопасным децентрализованным решениям для DeFi и прозрачности цепочек поставок.

Оракулы с поддержкой ИИ

Искусственный интеллект (ИИ) интегрируется с оракулами, чтобы обеспечить более интеллектуальную обработку данных и прогнозные возможности. Такие оракулы способны динамически адаптироваться к сложным шаблонам данных, улучшая процессы принятия решений в dApps. Например, они могут предсказывать цены активов или оценивать риски в реальном времени для смарт-контрактов страхования.

Гибридные смарт-контракты

Все чаще используются гибридные смарт-контракты, объединяющие процессы внутри и вне блокчейна. Оракулы делают это возможным, извлекая внешние данные для реальных сценариев, таких как автоматические выплаты страховых возмещений на основе погодных условий или цен на сырье.

Межцепочная совместимость

С ростом мультичейн-экосистем возникает необходимость в оракулах, способных обеспечивать передачу данных между различными сетями. Протоколы, такие как межблокчейн-коммуникация (IBC), позволяют оракулам извлекать и передавать данные между сетями, создавая более связную экосистему блокчейна.

Интеграция с IoT

С распространением IoT-устройств оракулы играют ключевую роль в подключении реальных датчиков к блокчейнам. Такие интеграции могут трансформировать отрасли, включая логистику, сельское хозяйство и городское планирование, предоставляя проверяемые данные в реальном времени с IoT-устройств.

Усиленные механизмы безопасности

По мере расширения блокчейн-приложений в чувствительные сферы, такие как финансы и здравоохранение, обеспечение целостности оракулов становится критически важным. Для снижения рисков, таких как подделка данных и атаки типа "Сивилла", внедряются многоуровневые протоколы безопасности, а также криптографические техники, такие как доказательства с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Proofs).

Токенизация данных

Оракулы все чаще способствуют токенизации данных, создавая децентрализованные торговые площадки, где поставщики могут монетизировать свои наборы данных безопасно. Эти новшества способствуют развитию новых платформ для экономики данных, основанных на блокчейне.

Оракулы являются связующим звеном, соединяющим блокчейн-экосистемы с реальным миром, что позволяет создавать динамичные и универсальные приложения. Будь то поддержка DeFi, автоматизация страховых выплат или улучшение цепочек поставок, оракулы переосмысляют способы взаимодействия с блокчейн-технологией. Решая такие вызовы, как проблема оракулов, и внедряя инновации в децентрализованных системах, они будут и дальше определять будущее блокчейна.