Mitä lohkoketjuteknologia on yksinkertaistetusti

Hajauttaminen

Lohkoketjun määrittely tietokannaksi mahdollistaa jokaisen verkkoon liitetyn solmun itsenäisyyden. Jos analysoit Bitcoin-kryptovaluutan rakennetta, huomataan, että yksikään lompakoista ei ole etuoikeutettu. Samaan aikaan muiden hankkeiden lohkoketjuissa voi olla keskitetympi hierarkia. Joissakin kryptovaluutoissa transaktioiden vahvistaminen on uskottu valvontasolmuihin(solmut). Mutta tässäkin tapauksessa maksujen käsittely on hajautettua ja tapahtuu samanaikaisesti useilla laitteilla. Tämä ominaisuus on tärkeä turvallisuuden ja käyttäjien luottamuksen kannalta.

Tavallisen pankin, pörssin tai luotto-organisaation palvelin voidaan hakkeroida tai sen toiminta voidaan häiritä. Tiedot menetetään tässä tapauksessa. Jos asiakkailla ei ole paperisia asiakirjoja, jotka vahvistavat talletuksen omistusoikeuden, heidän säästönsä voivat kadota.

Hajautetuissa verkoissa yhden tai useamman solmun vikaantuminen ei johda taloudellisten tietojen katoamiseen: muut osallistujat säilyttävät tiedot. Lohkoketjun lohkot eivät tuhoudu, vaikka maailman internet tai sähköt katkeaisivat. Tärkeä tieto säilyy fyysisellä tietovälineellä, ja se voidaan palauttaa, kun katkos on ohi.

Lohkoketjualusta voi toimia niin kauan kuin siihen on liitetty vähintään yksi tietokone. Tietojen tuhoamiseksi tai peukaloimiseksi suurin osa solmuista pitäisi ottaa haltuun, mikä on lähes mahdotonta Bitcoinin kaltaisissa suurissa hankkeissa.

Pöytäkirja

Lohkoketjuhankkeissa käytetään erilaisia järjestelmiä verkon osallistujien väliseen vuorovaikutukseen. Tiedonvaihdon järjestys ja tavat vahvistaa transaktiot muodostavat sovelluksen lähdekoodiin kirjoitetun protokollan. Tätä voidaan verrata tavallisilla verkkosivustoilla toimivien yritysten sääntöihin. Jos luet minkä tahansa Internet-palvelun käyttäjäsopimuksen, siinä täsmennetään:

• Sivuston rekisteröintiä koskevat ehdot.
• Tilauksen tekeminen ja maksaminen.
• Tavaroiden toimituksen tai työn suorittamisen määräaika.
• Riitojenratkaisumenettely.

Lohkoketjuverkko on organisoitu samalla tavalla. Sen protokollan avulla siinä perustetaan:

• Transaktioiden vahvistusmekanismit (algoritmit).
• Tietojen salauksen tyyppi.
• Uusien lohkojen koko ja muodostumistiheys.
• Edellytykset kaivostoiminta ja menettely, jolla lasketaan maksutapahtumien vahvistamisesta maksettavat palkkiot.

Lohkoketjuprotokollan keskeinen parametri on konsensusalgoritmi (siirron todentaminen). Tämä mekanismi auttaa määrittämään, onko transaktio pätevä vai ei. Lohkoketjujärjestelmä voi hyödyntää tällaisia algoritmeja.

Kaivosmiehet

Ensimmäiset kryptovaluutat (mukaan lukien Bitcoin) käyttivät Proof-of-Work-konsensusalgoritmia. Saadakseen palkkion louhijan oli toistuvasti ratkaistava ongelmia (laskettava hash-funktiot). Tätä prosessia voidaan verrata kirjanpitäjään tai tilintarkastajaan, joka tarkastaa useiden yritysten kirjanpitoa:

1. Asiantuntija vertailee useiden yritysten tilejä ja laskee niiden kokonaistaseen.
2. Jos tiedot ovat yhteneväiset, se tarkoittaa, että sääntöjenvastaisuuksia ei ole, ja toimet katsotaan luotettaviksi.
3. Jos jossakin yrityksessä ilmenee puutteita, herää epäilyksiä siitä, onko raportin laatinut työntekijä huijannut. Jos tällainen olettamus on olemassa, näiden vastapuolten väliset liiketoimet peruutetaan.

Louhijat suorittavat samankaltaisia toimia, mutta koska tiedon määrä on hyvin suuri, heidän on käytettävä tietokonelaitteiden laskentatehoa (grafiikka- tai keskusyksiköt). Lohkojen louhinnasta saatavien voittojen lisäämiseksi luodaan erityisiä laitteita - ASIC-farmeja. Tämä laite näyttää mehiläispesältä, johon on asetettu hunajakennojen sijasta näytönohjaimia. Kaivostoimintaan tarkoitettujen maatilojen laskentateho ylittää huomattavasti henkilökohtaisten tietokoneiden ja kannettavien tietokoneiden vastaavat indikaattorit.

Solmut

Koska lohkoketjuprojektit ovat vertaisverkkohankkeita, niillä ei ole pääpalvelinta (ensisijaista palvelinta). Verkkoon liitetty tietokone voi välittää tietoja muille käyttäjille. Näin ollen jokainen laite on itsenäinen solmu (node). Osallistujien tietokoneet eivät aina ole samanarvoisia. Yleensä erotetaan tällaiset solmutyypit:

• Täysi. Sisältää tiedot kaikista käyttäjien välisistä tapahtumista.
• Valo. Sitä tarvitaan, jotta asiakas voi käyttää siirtoja verkossa. Ei sisällä täydellisiä tietoja. Esimerkki kevyestä solmusta on mobiililaite, johon on asennettu kryptovaluutan siirtosovellus. Sen kautta asiakas tekee uusia siirtoja, mutta ei näe tietoja aiemmista siirroista.
• Etuoikeutettu (master-solmu). Laajennetut oikeudet tapahtumien todentamiseen. Joissakin verkoissa masternode-status annetaan hyvämaineisimmille lompakon omistajille. Voit tulla etuoikeutetuksi osallistujaksi palkkiota vastaan (suuri sijoitus projektiin).

Uusien lohkojen luominen ja todentaminen

Kryptovaluuttojen tarkoituksena on käyttäjien väliset taloudelliset selvitykset. Siksi lohkoihin tallennetaan tietoja tehdyistä transaktioista. Jos kuvaamme tätä prosessia selkeällä kielellä, lohkoketjun luominen näyttää seuraavalta:

1. Louhijat valitsevat tietyn määrän uusia transaktioita, jotka kirjataan lohkoketjuun. Pyynnöt, joissa on korkeimmat maksut, asetetaan etusijalle.
2. Tietyn ajan kuluttua (noin 10 minuuttia Bitcoinissa) valitut transaktiot lisätään uuteen lohkoon.
3. Louhijat suorittavat hash-funktion laskutoimituksia. Jos selitetään sormilla, transaktioiden todentamisprosessi voidaan visualisoida eri käyttäjien lohkoketjuihin syötettyjen tietojen vertailuna. Oikeaksi ketjuksi tunnistetaan ketju, joka vastaa verkon muita osallistujia.
4. Kun transaktiot on tarkistettu, uudelle lohkolle annetaan oma digitaalinen allekirjoituksensa (hash). Tätä salakirjoitusta käytetään siihen sisältyvien tapahtumien aitouden määrittämiseen.

Lohkoketjutyypit

Hajautettua pääkirjaa voidaan käyttää eri toiminta-aloilla: rahoituksessa, äänestyksessä ja käyttäjien välisessä tiedonvaihdossa. Tältä osin on olemassa useita lohkoketjutyyppejä:

• Yleisö. Tyhmille, tämäntyyppinen lohkoketju voidaan kuvata julkiseksi projektiksi, johon kuka tahansa käyttäjä voi liittyä. Esimerkkejä ovat Bitcoin, Ethereum.
• Yksityinen. Lyhyesti sanottuna kyseessä on suljettu yhteisö, johon voi rekisteröityä vain kutsusta. Esimerkki yksityisestä lohkoketjusta voi olla hajautettu äänestyssovellus tai yksityisen yrityksen sisäinen verkko.

Lisäksi joskus erotetaan toisistaan yksinoikeudella toimivia (monitasoisia) lohkoketjuja. Tällaisissa verkoissa lompakon omistajilla on yhtäläiset oikeudet ja vapaa pääsy, mutta vain etuoikeutetut osallistujat voivat vahvistaa tapahtumat.

Yksityinen

Hajautettuja tietokantoja käytetään paitsi maksuvälineenä myös muilla toimialoilla. Lohkoketjuteknologioiden avulla ne suorittavat äänestyksiä, siirtävät tiedostoja, tekevät päätöksiä älykkäät sopimukset. Suljetut (yksityiset) lohkoketjut soveltuvat näihin tarkoituksiin. Pääsy rekisteritietueisiin myönnetään vain yksittäisille asiakkaille. Tällaisessa verkossa tapahtumat varmentavat sekä kaikki osallistujat että yksi pääpalvelin. Yksityisillä rekistereillä on useita etuja:

• Luottamuksellisuus. Jos verkkoa tarvitaan arvokkaiden tietojen (henkilökohtaiset asiakirjat, kirjeenvaihto) siirtämiseen, vain yhteisön jäsenillä tulisi olla pääsy ketjuun.
• Tapahtumien käsittelyn nopeus. Erillinen pääsolmu voi vahvistaa siirron välittömästi.
• Alhaiset kustannukset. Jos verkossa ei ole yksityisiä louhijoita, heille ei tarvitse asettaa houkuttelevia palkkioita.

Julkinen

Julkinen lohkoketju on täysin hajautettu verkko. Lompakon omistajilla on yhtäläiset oikeudet ja he voivat osallistua transaktioiden todentamiseen ja uusien lohkojen louhimiseen. Tämäntyyppisellä rekisterillä on useita etuja:

• Suojelu hallinnon hätiköityjä päätöksiä vastaan. Kukin lompakon omistaja voi hyväksyä tai hylätä kehittäjien ehdottamat muutokset lähdekoodiin. Näin varmistetaan verkon vakaus.
• Laaja pääsy. Maksuportit, kryptopörssit ja investointihankkeet voivat houkutella käyttäjiä eri maista ja laajentaa asiakaskuntaa jatkuvasti.
• Luottamus. Julkisen lohkoketjun ydin on kyky todentaa jokaisen transaktion digitaalinen allekirjoitus (hash). Asiakkaat korvaavat ketjussa tapahtuvat petokset.

Lohkoketjuteknologian turvallisuus

Hajautettujen rekisterien etuna on se, että ulkopuoliset eivät voi muuttaa tärkeitä tietoja. Tämä tarkoittaa, että hyökkääjät eivät pääse käsiksi jo louhittuihin lohkoihin. Vaikka yksi solmu lisäisi ketjuun epäluotettavia tietoja (väärennetty transaktio), verkko hyväksyy vain ne lohkot, jotka täsmäävät 51% tietokoneissa. Hashauksen ydin on se, että jos vähintään yksi merkki vaihdetaan, funktio lasketaan uudelleen eri tuloksella. Tämän seurauksena väärennetty lohko yksinkertaisesti poistuu ketjusta, ja lohkoketju palaa entiseen tilaansa.

Toteutus Bitcoin-järjestelmässä

Yleiskatsaus hajautettuihin verkkoihin tehdään yleensä käyttäen esimerkkinä Bitcoinia, joka on tunnetuin lohkoketju. Bitcoin-ympäristössä on seuraavat parametrit:

• Tapahtumatiedot julkaistaan julkisesti. Jotkin sivustot tallentavat täydelliset tapahtumatiedot.
• Tapahtumat validoidaan PoW-menetelmällä. Maksut tarkistavat muut käyttäjät (louhijat), jotka tarjoavat laskentatehoa (ASIC-farmeja tai näytönohjaimia) tätä tarkoitusta varten.
• Digitaaliset sormenjäljet (hashes) luodaan SHA-256-funktiolla.
• Uusi lohko louhitaan noin 10 minuutin välein. Generointiaika on riippumaton tapahtumien määrästä. Seuraavien 2016 lohkon jälkeen laskennallinen monimutkaisuus kasvaa. Tämä suojaa verkkoa suurten louhijaryhmien valtaukselta.

Bitcoin-protokollalle on ominaista tällaiset hyvät ja huonot puolet.

Sovellukset yhteiskunnassa

Lohkoketjuteknologiaa käytetään digitaalisten valuuttojen lisäksi myös niiden perustana. Hajautetuilla rekistereillä on näitä sovelluksia:

• Automaattinen sopimuksen täytäntöönpano. Hajautettuun verkkoon voidaan tuoda algoritmi, joka määrää kahden osapuolen välisen transaktion ehdot. Tällainen sopimus, jota kutsutaan älykkääksi sopimukseksi, käsitellään ilman ylläpitäjän (välittäjän) osallistumista, mikä takaa velvoitteiden täyttämisen. Osapuolet voivat esimerkiksi määrätä algoritmin, jonka mukaan rahat hyvitetään myyjän tilille vasta sen jälkeen, kun hän on siirtänyt ohjelman tai muun omaisuuden ostajalle.
• Sähköinen äänestys. Hajautetut äänestyssovellukset ovat luotettavasti suojattuja petoksilta ja asianomaisten osapuolten puuttumiselta. Kansalaisen lompakkoon ladataan virtuaalikolikko, jota käytetään äänestyslipukkeena. Tietojen salaus tekee osallistujan tunnistamisen mahdottomaksi, mutta samalla kuka tahansa voi nähdä vaalitulokset.
• Tekijänoikeuksien rekisteröinti. Maalauksen, sovelluksen tai muun aineettoman hyödykkeen digitoitu koodi voidaan tallentaa lohkoketjuun. Tätä teknologiaa kutsutaan NFT (sienettömät poletit).
• Osakekauppa. Digitoituja osakkeita, joukkovelkakirjoja ja muita arvopapereita voidaan kaupata hajautetussa verkossa.

Lohkoketjuteknologian edut

Hajautetuilla tietokannoilla on seuraavat edut:

• Turvallisuus. Rekisterimerkintää ei voi peukaloida. Hakkerointi edellyttää 51% liitettyjen tietokoneiden hallintaa. Arvokkaat tiedot eivät katoa edes suurissa häiriötilanteissa (kuten luonnonkatastrofin yhteydessä).
• Automaatio. Hajautetut verkot toimivat ilman ylläpitäjien osallistumista. Siirrot käsitellään automaattisesti.
• Alhaiset maksut. Maksun määrä ei riipu siirron määrästä. Koska tapahtuman määrä ei vaikuta siihen, miten nopeasti tapahtuma sisällytetään seuraavaan lohkoon, käyttäjien on edullista käyttää kryptovaluuttoja suuriin tapahtumiin.
• Anonymiteetti. Kryptovaluuttalompakon luomiseksi ei ole tarpeen vahvistaa henkilötietoja. Lohkoketjut eivät kuitenkaan ole täysin anonyymejä: tiedot transaktioista ovat vapaasti saatavilla. Lähettäjä tai vastaanottaja voidaan tunnistaa eri parametrien, kuten IP-osoitteen, perusteella.
• Tietojen ainutlaatuisuus.

Turvallisuus

Keskitetyillä projekteilla on haavoittuva paikka - pääpalvelin. Joskus järjestelmänvalvojan salasanan varastaminen ja säästöjen siirtäminen henkilökohtaisille tileille riittää rahan varastamiseen pankista tai pörssistä. Kryptovaluutoissa jokainen lompakko tallentaa erillisen kopion lohkoketjusta. Transaktioita ei käsittele palvelin vaan muut käyttäjät, ja oikeuksia digitaaliseen valuuttaan ei vahvisteta salasanalla vaan yksityisellä avaimella. Tällaisissa olosuhteissa rikolliset voivat murtautua vain yksittäiseen tietokoneeseen, mutta eivät koko ympäristöön.

Automaatio

Digitaalitekniikan kehittyessä lohkoketjuihin voidaan siirtyä monilla aloilla. Yhden asiakastietokannan sijaan on kätevämpää liittää asiakkaat hajautettuun verkkoon. Heidän pyyntönsä käsitellään automaattisesti ilman, että henkilötietoja tarvitsee välttämättä kerätä.

Alennetut maksut

Joissakin lohkoketjuprojekteissa louhijat eivät osallistu transaktioiden vahvistamiseen. Vastapuolet maksavat vähimmäismaksun hallintapalvelimien (solmujen) tukemiseksi. Toisin kuin pankeilla ja yksityisillä rahoitusyhtiöillä, kryptovaluutoilla ei ole omistajaa. Siksi jotkin hajautetut verkot voivat toimia ei-kaupalliselta pohjalta ja antaa vastapuolten siirtää valuuttaa lähes ilmaiseksi.

Anonymiteetti

Pankit ja rahoitusyritykset tarkistavat asiakkaiden henkilöllisyyden. Nämä tiedot voivat päätyä hyökkääjille. Lisäksi rahoituslainsäädäntö tiukentuu vähitellen. Useat maat ovat hyväksyneet lakeja, joiden mukaan kaikki tilisiirrot on estettävä, jos niiden olemus vaikuttaa epäilyttävältä. Kryptovaluutat vapauttavat käyttäjät rajoituksista ja antavat heille mahdollisuuden siirtää rahaa huomiota herättämättä.

Tietojen ainutlaatuisuus

Hashausmekanismi estää muutokset jo louhittuihin lohkoihin. Tämä suojaa yhteisöä hakkeroinnilta ja huijauksilta. Lohkoketju kryptovaluutan perustana tekee jokaisesta kolikosta ainutlaatuisen. Kolikon omistajan näkökulmasta voi näyttää siltä, että lompakossa on tavallista sähköistä rahaa. Mutta koska jokainen transaktio allekirjoitetaan hash-funktiolla, kaikki kryptokolikot kirjataan hajautettuun pääkirjaan.

Teknologian haitat

Hajautettujen pääkirjojen käytön aikana on kehitetty kolme sukupolvea hajautettuja protokollia. Jatkuvista päivityksistä huolimatta lohkoketjuteknologia ei ole vailla haittoja:

• Tekninen monimutkaisuus. Yksinkertaisin ohjelmisto soveltuu keskitetyn tietokannan täyttämiseen. Hajautettujen solmujen yhteinen työskentely on mahdollista vain, jos on olemassa protokolla, joka säätelee tietojen salauksen ja lohkojen tarkistamisen järjestystä.
• Mahdottomuus peruuttaa tapahtumia. Vaikka hyökkääjät tekisivät transaktion, yhteisön jäsenet eivät voi estää siirtoa. Ketjuun syötetyt tiedot pysyvät siellä ikuisesti.
• Verkon toiminnasta aiheutuvat korkeat sähkökustannukset. Tämä haitta on ominaista hankkeille, jotka käyttävät transaktioiden vahvistamista Proof-of-Work-algoritmin avulla.
• Oikeudellinen epävarmuus. Monien maiden lainsäädännöstä puuttuu kuvaus lohkoketjuteknologioista ja digitaalisista valuutoista. Tämä aiheuttaa riskin, että hajautetut maksupalvelut kielletään tulevaisuudessa. Käyttäjät joutuvat ilman suojaa valtiolta, jos lompakko hakkeroidaan tai kolikoita varastetaan.
• Skaalautuvuusongelma. Useiden asiantuntijoiden mukaan lohkoketjuteknologiat ovat nyt saavuttaneet skaalautuvuuden rajan. Niiden käyttö kotitalouksien liiketoimissa on mahdotonta johtuen liiketoimien hitaasta käsittelystä, lohkoketjun suuresta määrästä. Esimerkkinä voidaan mainita Bitcoinin päivittäisten siirtojen keskimääräinen määrä: tämä indikaattori ei juuri muuttunut vuodesta 2018 vuoteen 2021.

Yhteenveto

Hajautettuja rekistereitä on käytetty tietojen tallentamiseen noin vuodesta 1991 lähtien. Hash-funktioiden keksiminen mahdollisti digitaalisten sormenjälkien luomisen, joita tarvitaan tietojen suojaamiseksi väärentämiseltä. Vuonna 2008 käynnistettiin ensimmäinen lohkoketjuprojekti, Bitcoin-kryptovaluutta.

Hajautetun tietojen tallennuksen ja käsittelyn edut:

• Turvallisuus.
• Anonymiteetti.
• Tapahtumien automaattinen vahvistus.

Solmujen samanaikainen toiminta vertaisverkossa lisää energiankulutusta louhinnan aikana. Käyttäjät ovat myös huolissaan transaktioiden jäljittelemättömyydestä, vaikka ne tehtäisiinkin hakkeroinnin tai digitaalisen rahan varastamisen jälkeen.

Usein kysytyt kysymykset