Harhakäsitykset kryptovaluuttojen louhinnasta

bitcoin core

Lohkoketjuteknologia on yksi tämän hetken suurimmista teknologiatrendeistä. Bitcoin nosti lohkoketjun koko maailman tietoisuuteen 10 vuotta sitten, ja yksi oleellinen osa palapeliä on myös ns. louhintatyö. Tämä artikkeli pyrkii oikaisemaan monia väärinkäsityksiä, joita kryptovaluuttojen louhinta tällä hetkellä aiheuttaa.

Bitcoin ja lohkoketjuteknologia

Lähdetään ensin liikkeelle Bitcoinin toimintaperiaatteista, jotka ovat valtaosalle väestöä vielä hämärän peitossa.

Bitcoin on avoimeen lähdekoodiin pohjautuva kryptovaluutta, joka hyödyntää lohkoketjuteknologiaa. Englanniksi käytetään termiä blockchain tai DLT – distributed ledger technology.

Kuten termi DLT hyvin kertoo, lohkoketju on hajautettu tietokanta. Perinteisessä ratkaisussa tiedot varastoidaan keskitettyyn tietokantaan, joka on yksittäisen tahon (yritys, valtio) hallinnassa. Hyvä esimerkki on esim. Suomen väestörekisteri tai Facebook. Käyttäjän on vain luotettava siihen, että tietokantaa ylläpitävä taho huolehtii riittävästä tietoturvasta.

Valitettavasti tietoturvaa rikotaan päivittäin maailman eri verkkopalveluissa. Myös suurimmat tietovarastot ovat jatkuvien hakkerointien kohteena, mistä hyvä esimerkki on äskettäin tapahtunut 50 miljoonan Facebook-käyttäjän tietovuoto.

mark zuckerberg
Kuva: Mark Zuckerbergin perustama Facebook on ollut viime aikoina kohujen keskellä

Koska lohkoketju on hajautettu tietokanta, informaatio on tallennettu tuhansille eri verkkoa ylläpitäville koneille. Verkkoa ei voida poistaa käytöstä hakkeroimalla yhtä palvelinta. Tämän lisäksi lohkoketjuun tallennettua informaatiota on käytännössä mahdotonta muokata jälkeen päin. Bitcoin-verkko on pyörinyt pian 10 vuotta, eikä sitä ole vielä kertaakaan hakkeroitu.

Monille tulee yllätyksenä, että Bitcoinin lohkoketjussa ei ole edes mitään varastettavaa. Lohkoketju on käytännössä vain julkinen lista transaktioista. Kuka tahansa voi selata minkä tahansa lohkon tietoja esimerkiksi tästä linkistä.

Lähettäjän sekä vastaanottajan osoite on suojattuna transaktiolistassa ns. julkisen avaimen avulla. Sitä on käytännössä mahdotonta murtaa, eli transaktioiden suorittajien henkilöllisyys ei selviä “lohkoketjua hakkeroimalla”.

Ainoa syy hyökkäykseen olisi datan muuttaminen lohkoissa tai virheellisen informaation syöttäminen uuden lohkon generoinnin yhteydessä. Näihin palataan tarkemmin seuraavissa kappaleissa.

Bitcoinin louhinta

Käydään seuraavaksi läpi louhinnan toimintaperiaate.

Kryptovaluutta Bitcoin on käytännössä kymmenien tuhansien tietokoneiden muodostama verkko, jossa ei ole keskuspalvelinta eikä mitään muutakaan valvovaa elintä. Verkko on täysin vapaa (engl. permissionless), eli kuka tahansa voi liittyä siihen lataamalla open source -ohjelman omalle koneelleen.

Bitcoinin verkkoa pyörittävät ns. node-palvelimet. Niiden tehtävänä on verifioida verkkoon lähetetyt transaktiot sekä lohkoketjun lohkot sen sääntöjen mukaisesti. Niin sanottu full node -palvelin pitää hallussaan koko Bitcoinin lohkoketjua, joka on datamäärältään lähes 200 gigatavua.

Kun transaktio on todettu sääntöjen mukaiseksi, se siirretään mempool-nimiseen laariin. Tämän voi ymmärtää esimerkiksi Postin lajittelukeskuksena.

Seuraavaksi kuvaan astuvat louhijat, jotka poimivat transaktioita tästä kasasta ja kokoavat ne yhdeksi lohkoksi. Tämän jälkeen louhijan rakentama lohko liitetään lohkoketjuun. Transaktioita mahtuu yhteen lohkoon vain rajallinen määrä, mikä voi aiheuttaa ruuhka-aikoina siirtojen viivästymistä.

Bitcoin-verkon louhija on käytännössä erikoisvalmisteinen tietokone, joka on suunniteltu vain louhintatyötä varten. Alkuaikoina louhintaa suoritettiin aivan tavallisilla tietokoneilla ja myöhemmin näytönohjaimilla. Teknologian kehittyessä kuvaan ovat tulleet ASIC-laitteet, joiden tunnetuin valmistaja on kiinalainen Bitmain.

ASIC - Bitmain Antminer S9
Kuva: Bitmain AntMiner S9 -louhintalaite

Maailmassa on tällä hetkellä satoja tuhansia louhijoita, mutta Bitcoinin lohkoketjuun lisätään vain yksi lohko keskimäärin 10 minuutin välein. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että kaikista louhijoista vain yksi saa kerrallaan lisätä oman työnsä ketjun jatkoksi.

Kaikki louhintakoneet ratkovat koko ajan erittäin vaikeaa matemaattista yhtälöä. Käytännössä ne yrittävät ikään kuin arvata oikeaa lottoriviä. Lopulta joku osuu oikeaan ja saa kunnian lisätä ketjuun uuden lohkon. Tämän jälkeen kaikki louhijat aloittavat työn taas alusta, ja sama toistuu kellon ympäri viikosta, kuukaudesta ja vuodesta toiseen.

Bitcoin-verkon louhintakapasiteettia kuvataan termillä hashrate. Se on ollut vahvassa kasvussa myös vuoden 2018 ajan, vaikka Bitcoinin kurssi onkin laskenut. Joidenkin analyytikoiden mielestä Bitcoinin hinta seuraa pitkässä juoksussa hashraten kasvua.

Bitcoinin ja Proof of Work

Bitcoin-verkkoon ja louhintaan liittyy olennaisena osana Proof of Work (lyhenne: PoW)-konsensusalgoritmi. Kyseessä ei ole mikään uusi keksintö, sillä se on ollut käytössä jo 1990-luvulta lähtien. Yksi PoW:n ensimmäisistä implementoinneista oli Hashcash-niminen virtuaalivaluutta vuonna 1997, jonka perustaja Adam Back on myös yksi Bitcoinin kehittäjistä.

PoW:n toimintalogiikkana on datan generointi, joka vaatii riittävän paljon laskentatehoa (eli työtä). Samaan aikaan tämän informaation oikeellisuus on helppo ja nopea varmistaa verifioijan toimesta. Datan generointi ei saa kestää liian kauan, mutta toisaalta se ei voi olla myöskään liian helppoa.

Ideana on tehdä hyökkäys verkkoa kohtaan niin työlääksi, että hakkerin on kannattamatonta käyttää vaadittu työmäärä tavoitteensa saavuttamiseksi.

Hashcashin tapauksessa PoW:n tarkoituksena oli estää turha sähköpostitispämmi. Ajattele tilannetta, että tietokoneesi suorittaisi 5 minuutin ajan laskutoimituksia jokaisen sähköpostin lähetyksen yhteydessä. Mailin lähettäminen vaatisi ylimääräistä työtä, mutta laaja spämmäys olisi käytännössä mahdotonta, koska satojen tuhansien sähköpostien lähettäminen tulisi niin kalliiksi.

Bitcoinin tapauksessa edellä mainitut louhintatietokoneet suorittavat vaaditun työn. PoW:n avulla verkkohyökkäys pyritään tekemään kannattamattomaksi. Hakkerin täytyisi tehdä niin paljon työtä virheellisen informaation syöttämiseksi, ettei mahdollinen hyöty kata hyökkäyksen hintaa. PoW-järjestelmissä hyökkääjän täytyisi saada haltuunsa yli 50% verkon louhintakapasiteetista.

ethereum louhinta
Kuvassa on esim. Ethereumin louhintaan käytetty louhinta ‘rig’, jossa yhteen emolevyyn on kytketty 5-10 näytönohjaimia.

Miksi sitten tuhannet yritykset perustavat louhintafarmeja ympäri maailmaa? Koska louhintatyön palkkiona on uusia Bitcoineja. Tällä hetkellä lukema on 12,5 Bitcoinia per lohko. Määrä puolittuu aina tietyn ajanjakson välein, ja seuraava puolittuminen tapahtuu vuonna 2020.

Koska louhijoita on niin paljon, yksittäisen tietokoneen todennäköisyys saada louhintapalkkio on hyvin lähellä nollaa. Tästä johtuen louhijat liittyvät erillisen syndikaatin (mining pool) jäseneksi. Isolla ryhmällä on huomattavasti parempi todennäköisyys saada louhintapalkkioita itselleen, jotka sitten jaetaan kaikkien ryhmän jäsenten kesken.

Bitcoinin louhintatyön ongelmat

Mystinen nimimerkki Satoshi Nakamoto loi vuonna 2008 jotain maailmaa mullistavaa. Hän yhdisteli jo aiemmin ideoituja konsepteja (esim. lohkoketjuteknologia ja Proof of Work) uudella tavalla. Bitcoinin teknologinen ratkaisu sai nopeasti laajaa kannatusta, ja verkko on ollut pystyssä pian kymmenen vuotta.

Proof of Work -järjestelmä ei takaa turvallisuutta täysin ilmaiseksi. Louhintaa pyörittävien tietokoneiden prosessorit huutavat sadan prosentin teholla yötä päivää, ja tämä kuluttaa luonnollisesti paljon sähköä. Jokainen ymmärtää sähkönkulutuksen maksavan ajan mittaan tuntuvan määrän rahaa.

Toinen PoW-järjestelmän filosofinen ongelma on laskentatyön hukkaaminen. Matemaattisia laskutoimituksia ratkotaan yötä päivää lukemattomien tietokoneiden toimesta, mutta lopputuloksesta ei ole teoriassa mitään hyötyä. Kun uusi lohko on saatu aikaan, työ alkaa uudestaan täysin nollasta.

Kolmas ongelma liittyy louhintalaitteisiin. Aiemmin mainitut ASIC-laitteet ovat vuosia kestäneen kehitystyön tulos. Kiinalainen Bitmain-yhtiö on ollut tähän asti lähes monopolin asemassa niiden valmistuksessa ja myynnissä.

Kaaviossa ovat suurimmat Bitcoinin louhinnasta vastaavat syndikaatit.

Bitmain ei suinkaan myy kaikkia laitteitaan maailmalle, vaan yhtiö suorittaa myös itse louhintaa. Tällä hetkellä kaksi suurta louhintasyndikaattia (BTC.com, AntPool) ovat käytännössä Bitmainin omistamia. Tällä hetkellä niiden osuus koko verkon louhinnasta on noin 30 prosenttia.

Louhintalaitteiden kilpailu on tällä hetkellä laajentumassa, mutta perusongelma pysyy samana. Maailmassa on vain rajallinen määrä riittävän tehokkaiden laitteiden valmistajia, jotka keskittyvät maantieteellisesti Aasiaan.

Kryptovaluuttojen louhinta ja Proof of Stake

Edellä mainitut ongelmat nousivat esiin yhä laajemmin 2010-luvun alkupuolella. Monet alkoivat kyseenalaistaa PoW:n hyödyt suhteessa vaadittuun tehonkulutukseen. Esiin nousi toinen malli, joka tunnetaan nimellä Proof of Stake eli PoS.

PoS-järjestelmän idea on yksinkertainen: luotetaan lohkoketjun ylläpito sellaisen tahon käsiin, jolla on paljon hävittävää, jos jotain menee vikaan. Toisin sanoen: jos henkilöllä X on iso panos (engl. stake) kyseistä kryptovaluuttaa, on hänen etunsa mukaista, että kaikki toimii oikein. Kukaan ei halua hyökätä sellaisen verkon kimppuun, jonka romahtaminen tarkoittaisi henkilön oman varallisuuden tuhoutumista.

PoS-järjestelmistä on monia eri versioita, mutta karkeasti sanottuna uuden lohkon verifioija valitaan sellaisten tahojen joukosta, jotka ovat lukinneet X määrän ko. kryptovaluuttaa tähän verkon ylläpitotyöhön. Mitä enemmän valuuttaa panostat (staking), sen todennäköisemmin saat myös louhintaduunin ja palkkiot itsellesi.

Yksi tunnettu versio on dPoS eli delegated Proof of Stake, joka on tuttu mm. EOS ja Steem -lohkoketjuista. Kaikki kyseisen kryptovaluutan omistajat äänestävät rajatusta joukosta delegaatteja (usein määrä on luokkaa 10-20 kpl), jotka hoitavat lohkoketjun ylläpitotyön.

dan larimer
BitShares, Steem ja EOS-projektit perustanut Dan Larimer on dPoS-konsensusalgoritmin kehittäjä.

Ensimmäinen PoS-implementaatio kryptovaluuttojen maailmassa oli vuonna 2012 markkinoille tullut Peercoin. Proof of Stake ratkaisee edellä kuvatut Bitcoin-verkon ongelmat seuraavasti:

  1. Louhintatyöhön ei tarvita kalliita erikoistietokoneita, sillä verkon ylläpitoon voidaan osallistua vaikka mobiililaitteilla.
  2. Louhinta ei vaadi erikoistietokoneilta turhaa työtä, mikä kuluttaa vuositasolla valtavan määrän energiaa ja rahaa.
  3. Ei ongelmia louhintalaitteiston teknologian keskittymisestä.

PoS-pohjainen järjestelmä on myös paperilla erittäin turvallinen. Hakkerin täytyisi saada haltuunsa yli 50% kierrossa olevasta kryptovaluutasta, minkä hankinta olisi järjettömän kallista mahdolliseen hyötyyn nähden. Kun hyökkääjä alkaisi ostaa kolikoita markkinoilta, hinta lähtisi nousuun ja prosessi muuttuisi koko ajan kalliimmaksi.

Kaiken huipuksi: jos vihamielinen toimija hankkisi yli 50% kryptovaluutan X kolikoista itselleen, miksi hän aiheuttaisi sen jälkeen isot taloudelliset tappiot itselleen hyökkäämällä verkkoon?

Harhakäsitykset Bitcoinin sähkönkulutuksesta

Sana Bitcoin alkaa olla pikkuhiljaa tuttu myös laajemmalle yleisölle – kiitos vuoden 2017 kryptobuumin ja kohuotsikoiden iltapäivälehdissä. Ymmärrys sen taustalla olevasta teknologiasta on silti lähes nollatasolla valtaosalle ihmisistä. Bitcoinkeskus on aikoinaan perustettu tämän informaation levittämiseksi suomen kielellä.

Suuri ongelma on tällä hetkellä siinä, että ihmisille on syötetty edellä kuvatut PoW-järjestelmän viat yksipuolisena totuutena. Vallalla on kaksi todella merkittävää harhakäsitystä:

  1. Bitcoin on ihmisten mielessä miljoonien kotikoneiden verkko
  2. Kaikkien lohkoketjujen kuvitellaan olevan kuin Bitcoin

Tämän artikkelin tarkoituksena on selventää näitä molempia harhakäsityksiä.

Kuten edellä on kuvattu, Bitcoinin louhinta ei ole nykyisin mikään miljoonien kotikoneiden yhteenliittymä. Teknologia on kehittynyt valtavasti kymmenen vuoden aikana – aivan samalla tavalla kuin esim. mobiililaitteissa.

Louhinta on keskittynyt lähes täysin siihen erikoistuneisiin yrityksiin, joista käytetään nimitystä louhintafarmi. Nämä sisältävät satoja tai tuhansia ASIC-laitteita, ja niiden sijoitus on myös maantieteellisesti optimoitu.

Tässä kohtaa päästään myös sähkönkulutukseen. Yhä suurempi osa louhintafarmeista toimii uusiutuvalla energialla. Islannissa, Ruotsissa ja Norjassa on paljon aktiviteettia, jossa hyödynnetään mm. vesivoimaa. Tämän lisäksi kuumilla alueilla pyöritetään louhintafarmeja aurinkopaneeleilla. Voit tutustua louhintafarmin toimintaan alla olevan videon avulla.

Toinen oleellinen asia liittyy sähköntuotantoon. Louhintafarmit sijoitetaan sellaisille alueille, jossa sähköstä on ylikapasiteettia. Näin ollen tarjolla on halpaa sähköä, jonka kulutus ei ole pois muilta tarvitsijoilta.

Sijoittaja voi nykyisin ostaa osuuksia tällaisista louhintafarmeista, jolloin hän saa siivun kapasiteetista ja louhintapalkkioista. Tämä vaihtoehto yleistyy jatkuvasti, ja se on kannattavaa kaikille osapuolille. Tavallisen kuluttajan on esim. Suomessa vaikea saada riittävän halpaa sähköä ASIC-laitteen pyörittämiseksi. Takaisinmaksuaika venyy helposti todella pitkäksi, jos kryptovaluutan kurssi laskee vielä samaan aikaan.

Louhinta toimii hieman eri tavalla muissa PoW-pohjaisissa kryptovaluutoissa, mutta perusperiaate on kuitenkin sama. Jotkut kryptovaluutat ovat muuttaneet teknologiaansa siten, että ASIC-laitteilla louhiminen ei ole kannattavaa.

Vuosi 2018 on ollut erittäin haasteellinen monelle yksityishenkilölle. Nettihuutokaupat ovat täyttyneet kevään ja kesän aikana louhintarigien myyjistä, jotka eivät näe hommaa kannattavana kurssien laskiessa. Jos louhittavan kryptovaluutan kurssi putoaa liian matalalle, työ muuttuu kannattamattomaksi muille kuin suuren volyymin toimijoille.

Kryptovaluuttojen louhinta – PoS kasvattaa suosiotaan

Edellä käytiin läpi Bitcoinin sähkönkulutukseen liittyviä harhakäsityksiä. Tämän lisäksi monilla tuntuu olevan virheellistä infoa lohkoketjujen toiminnasta.

Lähes kaikki kryptovaluutoista kiinnostuneet aloittavat harrastuksen Bitcoinin kautta. Se on edelleen aivan omassa luokassaan maailmanlaajuisen tunnettuuden kanssa. Ethereum on hyvänä kakkosena, ja Litecoin on todennäköisesti kolmanneksi tunnetuin brändi.

Vitalik Buterin
Kuvassa: Ethereumin perustaja Vitalik Buterin on yksi kryptomaailman tunnetuimmista kasvoista.

Syy näiden kolmen suosioon on selvä: ne ovat olleet markkinoilla pitkään, ja kyseisten kryptovaluuttojen markkina-arvo on korkea.

Kaikki edellä mainitut kryptovaluutat käyttävät Proof of Work -konsensusalgoritmia, eli niiden lohkoketju vaatii toimiakseen fyysisten louhintalaitteiden työtä. Tämä on todennäköisesti merkittävä syy siihen, että ihmiset kuvittelevat kaikkien kryptovaluuttojen toimivan samalla tavalla. Yleistys on vaarallinen ja johtaa myös edellisessä kappaleessa kuvattuun kauhisteluun sähkönkulutuksesta.

Maailman 30 suurimmasta kryptovaluutasta on louhittavia 11 kappaletta. Jos mukaan otetaan 100 suurinta virtuaalivaluuttaa, lukema on 25 kappaletta. Suhde muuttuu yhä enemmän pois PoW-järjestelmistä, mitä uudemmista kryptovaluutoista on puhe.

Karkeana yleistyksenä voidaan todeta, että lähes kaikki kahden viime vuoden aikana markkinoille tulleet kryptovaluutat ovat Proof of Stake -pohjaisia.

Trendi on siis todella selkeä: ”kivikautinen” Proof of Work -järjestelmä on syrjäytetty teknologialla, joka ei vaadi louhijoita ja valtavaa sähkönkulutusta. Valitettavasti tämä informaatio ei ole levinnyt vielä massojen keskuuteen.

Yhteenveto

Kryptovaluuttojen toiminta alkaa pikkuhiljaa tulla tutuksi myös suuremmille massoille. Tällä hetkellä kyse on vielä hyvin usvaisesta aiheesta, josta on liikkeellä enemmän väärää kuin oikeaa tietoa. Tämän artikkelin tarkoituksena oli selvittää ensin perusasioita Bitcoinin toiminnasta ja korjata pari merkittävintä harhakäsitystä louhintatyöhön liittyen.

Yksi tyypillinen kommentti on verrata Bitcoinia sähkönkulutuksessa esimerkiksi Visan palvelinhuoneeseen ja kauhistella niiden eroja. Samalla jätetään huomioimatta täysin koko järjestelmän vaatima infrastruktuuri. Visa Inc. -yhtiöllä on tällä hetkellä 15.000 työntekijää maailmanlaajuisesti. Kuinka paljon esim. Visan toimistorakennukset kuluttavat sähköä? Kuinka paljon nämä 15.000 työntekijää saastuttavat planeettaa ajaessaan joka päivä töihin?

Samaa pohdintaa voi esimerkiksi tehdä euron tai dollarin osalta. Kuinka paljon energiaa niiden maailmanlaajuinen infrastruktuurin ylläpito oikein vaatii?

Proof of Work ja Proof of Stake -pohjaisilla järjestelmillä on omat kannattajansa. Ethereum on esimerkki projektista, joka siirtymässä PoW-louhinnasta PoS-pohjaiseen teknologiaan lähitulevaisuudessa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että Bitcoin, Litecoin ja monet muut kolikot olisivat vaihtamassa aivan lähiaikoina ”kivikautisen” ja tehosyöpön järjestelmän Proof of Stakeen.

Etenkin Bitcoin-maksimalistien mielestä sen PoW-pohjainen konsensus on ainoa riittävän turvallinen tapa suojata verkko. PoS ei ole täysin aukoton järjestelmä, ja sen nothing at stake -nimellä kulkeva turvallisuusriski on selitetty esimerkiksi tässä artikkelissa.

Yleisellä tasolla on kuitenkin hyvä ymmärtää kehityksen suunta. Kaikki kryptovaluutat eivät vaadi Bitcoinin tapaista infrastruktuuria ympärilleen. Suuntaus on täysin päin vastainen, eli PoS-pohjaiset ekosysteemit ovat ottaneet vallan. Samalla niiden verkon kapasiteetti on jopa 1000-kertainen Bitcoiniin verrattuna.

Myös Bitcoinin verkko kehittyy jatkuvasti, ja tulevaisuudessa nykyisestä louhintatyöstä saadaan valtavasti enemmän kapasiteettia irti salamaverkon avulla.

Yhä suurempi osa Bitcoinin sähkönkulutuksesta tuotetaan myös uusiutuvilla energianlähteillä. Lisäksi louhintafarmit hakeutuvat ympäri maailmaa sellaisille alueille, joissa on tarjolla halpaa ylikapasiteettia.

Suosittelen katsomaan myös alla olevan Jackon Palmerin videon, jossa hän opastaa katsojan selkeällä tavalla PoW ja PoS -järjestelmien yksityiskohtiin.

Kuva: Flickr / Anthony Quintano, Pixabay, Flickr / Techcrunch, iStock / pinglabel

Tule keskustelemaan aiheesta lisää Bitcoinkeskuksen foorumille!

Ei kommentteja, oletko sinä ensimmäinen?

Kommentoi

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.


*