lohkoketjuteknologia

Opas: mikä on lohkoketjuteknologia?

Lohkoketju eli blockchain on yksi tämän hetken kuumimmista trendiasanoista. Kyseisen teknologian ymmärtäminen on avain kryptovaluuttojen maailmaan, sillä lohkoketju toimii jokaisen virtuaalivaluutan selkärankana. Tässä artikkelissa selvitetään lohkoketjuteknologian toimintaperiaate sekä oikaistaan muutamia virheellisiä käsityksiä.

Lohkoketjuteknologia jos mikä on tämän hetken megatrendi. Sitä tutkivat maailman suurimmat teknologiayritykset, pankit, valtiot ja muut instituutiot. Blockchain tarjoaa rajattomasti erilaisia sovelluksia, joista vain yksi on kryptovaluutta. Teknologian ymmärtämiseksi on ensin käytävä läpi perinteinen malli varastoida tietoa.

Perinteinen malli: keskitetty kirjanpito

Tiedon keskitetty varastointi on tuttu metodi jo vuosisatojen takaa. Tyypillisiä esimerkkejä ovat kaupunkien, kirkkojen ja muiden yhteisöjen arkistot asukkaistaan. Tulipalot ja muut katastrofit ovat tuhonneet arkistoja kautta historian, kun kopioita ei ole ollut.

Keskitetty tietovarasto on tarpeen informaation oikeellisuuden varmistamiseksi. Kun tieto on vain yhdessä paikassa, vältetään ongelmat eri tietovarastojen synkronoinnin kanssa. Ennen digitaalista aikaa tämä olisi ollut myös käytännössä mahdoton tehtävä.

Tietotekniikan kehitys on mahdollistanut informaation digitaalisen varastoinnin. Kehittyneessä valtioissa kuten Suomessa, kaikki merkittävä informaatio on varastoitu digitaalisesti. Väestötietojärjestelmä ja ajoneuvorekisteri ovat kaksi hyvää esimerkkiä valtavasta tietovarastosta, joissa on tallennettuna mm. kansalaisten muuttohistoria, ajoneuvojen omistushistoria jne.

Perinteisessä mallissa on pari tärkeää ongelmaa: luottamus sekä turvallisuus. Keskitetty tietovarasto on houkutteleva kohde hakkereille. Lukemattomia tärkeitä tietovarastoja onkin hakkeroitu parin viime vuosikymmenen ajan. Osansa iskuista ovat saaneet myös maailman tärkeimmät tietokannat ja yhtä lailla myös kryptovaluuttapörssit.

Keskitetty malli vaatii myös luottamusta datan haltijaan. Tärkeät tietovarastot ovat usein suurten instituutioiden kuten valtioiden ja pankkien hallussa. Keskitetyn datan haltija voi vapaasti kontrolloida muiden pääsyä ko. informaatioon tai estää sen halutessaan täysin.

Luottamuksen puute finanssialan toimijoihin oli syy Bitcoinin syntymiselle. Haluttiin luoda järjestelmä, joka ei ollut pankkien hallinnassa ja manipuloitavissa. Tässä kohtaa on syytä vielä tehdä alleviivaus: järjestelmä, joka ei ole kenenkään hallinnassa. Pankin korvaava taho voi yhtä lailla korruptoitua ajan mittaan.

Lohkoketjuteknologia on hajautettu kirjanpito

Lohkoketjuteknologiaa kutsutaan englanniksi termillä distributed ledger technology, eli DLT. Kyseisten sanojen suomennos on hajautettu kirjanpitoteknologia. Nämä kolme sanaa tiivistävät parhaiten lohkoketjun (engl. blockchain) toimintaperiaatteen.

Seuraavassa käydään läpi Bitcoinin käyttämä lohkoketjuteknologia, koska sen ymmärtäminen on ensin tärkeintä. Artikkelin lopussa käydään läpi myös muita vaihtoehtoja.

Lohkoketjuteknologian ideana on ratkaista perinteisen (eli keskitetyn) tietovaraston kaksi edellä kuvattua ongelmaa – luottamus ja turvallisuus. Mitä tämä tarkoittaa sitten käytännössä? Jos data ei ole keskitetyssä tietokannassa, niin missä se sitten on?

Lohkoketjuteknologiassa data on käytännössä tallennettuna jokaiselle verkkoa pyörittävälle palvelimelle. Näitä kutsutaan nimellä node, ja niiden tehtäviin voit tutustua tarkemmin artikkelissa: mikä on Bitcoin. Käytännössä lohkoketju on verkko, jossa (kymmenet) tuhannet sitä tukevat palvelinkoneet ovat internet-yhteydessä toisiinsa. Tärkeä ero internetiin on siinä, että lohkoketjussa ei ole keskuspalvelimia tai muita kriittisiä pisteitä, jotka lamauttamalla sen toiminta voitaisiin pysäyttää.

blockchain lohkoketju

Turvallisuus-näkökulma tulee juuri tässä. Mikään yksittäinen taho ei voi kytkeä Bitcoinin lohkoketjua pois päältä eikä tuhota sitä hakkeroimalla palvelimia. Koska kyseessä on open source -järjestelmä, kuka tahansa voi milloin tahansa pystyttää oman noden ja laajentaa verkkoa entisestään. Yhden palvelimen hakkerointi ei muuta mitään. Lohkoketju on siis censorship resistant eli sensuurinkestävä.

Ja mikä parasta: koska Bitcoinin lohkoketju on avoin järjestelmä, niin verkossa ei ole edes mitään hakkeroitavaa. Kaikki lohkoketjun transaktiot ovat kenen tahansa nähtävissä historian alusta saakka. Voit tutkia transaktioita blockchain.info -sivuston kautta.

---

Hajautettu kirjanpitomalli poistaa myös tarpeen luottamuksesta – tämä on teknologian suurin saavutus ja innovaatio. Lohkoketjua ei omista eikä hallitse kukaan yksittäinen taho. Kyseessä on siis peer-to-peer -teknologia. Bitcoin ja lohkoketjuteknologia mullistivat tavan hallita omaa varallisuutta ja lähettää sitä toisille ihmisille.

Rahan siirtäminen tilisiirrolla tai internet-palveluiden (Skrill, Neteller, Paypal) avulla vaatii aina luottamuksen järjestelmän ylläpitäjään. Lohkoketjuteknologian avulla jokainen voi hallita varojaan sataprosenttisesti mistä päin maailmaa hyvänsä. Transaktiot prosessoidaan automaattisesti ilman minkään yksittäisen tahon valvontaa, ja mahdollisuutta niiden väärentämiseen ei ole.

Lohkoketju on dataa ketjuissa

Lohkoketjuteknologia on siis käytännön tasolla hajautettu kirjanpitojärjestelmä, joka on tallennettuna lukemattomiin tietokoneisiin ympäri maailmaa. Miksi lohkoketju on tietovarastona niin mullistava?

Kyseessä on nimensä mukaisesti ketjussa olevia lohkoja (chain of blocks). Yksi lohko on käytännön tasolla lista transaktioista. Bitcoinin tapauksessa sen koko on reilut 1 megatavu, eli yhteen lohkoon mahtuu vain tietyn verran dataa. Kun lohkoon saatu kerättyä riittävä määrä informaatioita, se liitetään uudeksi lohkoksi ketjun jatkoksi. Tämä tapahtuu Bitcoinin tapauksessa kerran kymmenessä minuutissa.

Lohkoketjuteknologia on äärimmäisen turvallinen, koska dataa on käytännössä mahdoton muokata. Tämä on toteutettu siten, että jokainen lohko sisältää ns. tiivistefunktion. Kyseessä on matemaattisesti laskettu tiiviste (ikään kuin yhteenveto) edellisen lohkon tiedoista. Jos aikaisempia lohkoja yritetään muuttaa, niin tiivistefunktio ei enää täsmäisi.

Lohkoketjun peukalointi on mahdollista teoriassa, mutta tarvittava laskentateho olisi niin suuri, ettei siinä ole operaationa mitään järkeä. Tulevaisuudessa tämä voi olla mahdollista valtavan laskentakapasiteetin omaavilla kvanttitietokoneilla. Uudemman sukupolven lohkoketjut on kuitenkin suunniteltu kestämään myös tällaisten hyökkäykset.

Tämän lisäksi lohkoketju voidaan yrittää kaapata sisältä päin, mikä tarkoittaisi Bitcoinin tapauksessa kontrollia yli 50% verkossa olevista louhijoista.

Louhijat ovat lohkoketjun ylläpitäjiä

Nyt kun lukijalla on (toivottavasti) ymmärrys lohkoketjuteknologian perusperiaatteista, voidaan hypätä vielä astetta syvemmälle. Kysymys kuuluu: kuka lohkoketjua oikein päivittää? Tässä kohtaa mukaan tulevat louhijat.

Kuten edellä on kuvattu, lohkoketju on tietokoneiden muodostama verkko internetissä. Kun henkilö haluaa suorittaa Bitcoin-transaktion, hän käytännössä ”kuuluttaa” sen verkkoon. Ajattele tilannetta esimerkiksi näin: huudat talosi ikkunasta, että minä siirrän viisi euroa kaverini Matin tilille! Naapurisi kuulevat tämän huudon, ja katsovat sitten tallentamastaan kirjanpidosta, onko se mahdollista. Jos kaikkien naapureiden mielestä tililläsi on riittävästi varoja, he toimittavat tämän transaktiopyynnön eteenpäin.

Bitcoinin tapauksessa naapurit ovat verkon nodet (solmut). Ne toimittavat sallitut transaktiot eteenpäin paikkaan, jota kutsutaan englanniksi nimeltä memory pool eli mempool. Ajattele tätä virtuaalisena postin lajittelukeskuksena, johon kirjeet kerätään ympäri kaupunkia jatkokäsittelyä varten. Mitä enemmän mempoolissa on transaktioita, sen enemmän verkossa on ruuhkaa.

Tämän jälkeen mukaan astuvat louhijat, jotka ovat käytännössä hyvin tehokkaita tietokoneita. Bitcoinin alkuaikoina louhintaa voitiin suorittaa tavallisten tietokoneiden prosessoreilla sekä niiden näytönohjaimilla. Nykyisin käytössä ovat varta vasten suunnitellut ns. ASIC-koneet, jotka maksavat useita tuhansia dollareita per kappale.

ASIC - Bitmain Antminer S9

Kuvassa on kiinalaisen Bitmain-yhtiön valmistama ASIC-laite, joka on suunniteltu ja optiomoitu täysin Bitcoinin louhintaan.

Louhijat poimivat käytännössä ”lajittelukeskuksesta” kasan transaktioita ja muodostavat niistä uuden lohkon. Miljoonat tietokoneet ympäri maailman tekevät tämän työn, mutta lohkoketjussa voi olla vain yksi lohko. Kenen muodostama lohko oikein valitaan?

Tämä on ratkaistu monimutkaisen matemaattisen kaavan avulla, joka louhijoiden on selvitettävä. Hieman yksinkertaistettuna jokainen louhija arpoo yhden numeron, joka liitetään sen muodostaman lohkon jatkoksi. Jos numero osuu oikeaan, kyseinen lohko päätyy lohkoketjuun. Tämän jälkeen louhija saa palkinnoksi tietyn määrän Bitcoineja sekä transaktioiden mukana olleet lähetyspalkkiot.

Tässä vastattiin samalla myös yhteen oleelliseen kysymykseen: kuinka uudet Bitcoinit syntyvät? Uusia Bitcoineja syntyy siis palkkioina louhinnan yhteydessä. Artikkelin kirjoitushetkellä 21 miljoonasta Bitcoinista reilut 16 miljoonaa on louhittu esiin. Ajan kuluesssa uusia Bitcoineja syntyy maailmaan aina vain vähemmän kerrallaan.

Nykyisin louhintaa dominoivat isot louhintasyndikaatit. Kyse on käytännössä louhijoiden kimpasta, jotka pistävät louhintapalkkiot jakoon kimpan jäsenten kesken. Kun mukana on suuri määrä koneita, niin todennäköisyys paranee sille, että yksi kimpan jäsenistä ”voittaa louhintalotossa”.

Toisen sukupolven lohkoketjut

Tässä artikkelissa on kuvattu Bitcoinin lohkoketjun toiminta. Sen ytimessä on ns. konsensusalgoritmi nimeltään Proof of Work, joka vaatii toimiakseen edellä kuvatun louhijoiden armeijan. Tämä tarkoittaa valtavaa sähkönkulutusta, joka on monien mielestä täysin kestämätön ratkaisu.

Bitcoinin käyttämä teknologia on ensimmäisen sukupolven tuote, joka on  pian 10 vuotta vanha. Vastaavaa teknologiaa käyttävät myös muutamat muut vanhemmat kryptovaluutat, kuten Litecoin ja Ethereum. Toisen ja kolmannen sukupolven kryptovaluutoissa ei ole käytössä louhintaa, sillä konsensusalgoritmi on korvattu esimerkiksi suositulla Proof of Stake -vaihtoehdolla, tai sitä muistuttavilla metodeilla.

Bitcoinin ratkaisu on tällä hetkellä hidas ja tehoa kuluttava, mutta asiaan on tulossa myös ratkaisu ns. salamaverkkoteknologian avulla. Se mahdollistaa mikrotransaktioiden siirtämisen varsinaisen lohkoketjun yläpuolelle, jolloin ne voidaan käsitellä lähes reaaliajassa.

Toisen ja kolmannen sukupolven kryptovaluutat pystyvät käsittelemään tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia transaktioita sekunnissa. Lisäksi markkinoille on tullut ratkaisuja kuten Nano, jossa jokainen tili on oma lohkoketjunsa.

On siis erittäin tärkeää ymmärtää seuraava pointti: lohkoketjuteknologia kehittyy jatkuvasti, ja Bitcoinin käytössä oleva ratkaisu on pian 10 vuotta vanha. Mieti, kuinka paljon esimerkiksi sähköautot tai mobiililaitteet ovat kehittyneet 10 vuodessa.

Bitcoin ei ole yhtä kuin kaikki kryptovaluutat. Bitcoinin lohkoketjuteknologia on oma juttunsa, ja muilla kryptovaluutoilla on erilaisia ratkaisuja. Louhintaa vaativia kryptovaluuttoja on edelleen olemassa, mutta uuden sukupolven ratkaisuissa kyseinen ongelma on jo poistunut.

---

Bitcoinin teknologialla on kuitenkin myös omat puolustajansa. Louhinnan poistavia ratkaisuja ei pidetä hardcore-fanien mielestä yhtä turvallisina. Heidän mielestään valtava tehontarve luo osaltaan pohjaa Bitcoinin arvolle, sillä yhden bittirahan luomiseen tarvitaan valtavasti energiaa.

Tärkeintä on ymmärtää, että lohkoketjuteknologiaa voidaan käyttää monin eri tavoin. Kryptovaluutat ovat vain yksi sen sovellus. Ethereum, NEO, NEM ja monet muut tarjoavat kokonaisen arkkitehtuurin ja ekosysteemin omien sovellusten luomiselle. Niiden rajoitteena on vain ohjelmoijien mielikuvitus.

Tulevaisuudessa eri lohkoketjuteknologiaan perustuvat ekosysteemit tulevat linkittymään toisiinsa. Valtiot, finanssialan instituutiot, koulut, sairaalat, yritykset, yhteisöt jne. tulevat luomaan omia lohkoketjuteknologiaan perustuvia tietovarastojaan. Lopulta yksityiset ja julkiset lohkoketjut tullaan liittämään toisiinsa. Internetin toimintaperiaatetta kuvataan usein sanoilla network of networks. Tämä idea tulee olemaan myös lohkoketjumaailman takana lähitulevaisuudessa.

Kuva: Pixabay, Pexels

Tule keskustelemaan aiheesta lisää Bitcoinkeskuksen foorumille!

Leave a reply