Mikä on lohkoketju?

LOHKOKETJU on teknologia, jonka avulla digitaalista informaatiota voidaan tallettaa hajautetusti. Lohkoketjun tunnetuin sovellus on Bitcoin. Lohkoketjuun tallennettaan tyypillisesti transaktiodataa eli kryptovaluuttojen siirtoja eri osoitteiden välillä.

Lohkoketjun ylläpidosta vastaavat Proof of Work -järjestelmässä louhijat. Proof of Stake -järjestelmässä lohkoketjua ylläpitävät louhijoiden sijasta validaattorit. Lohkoketjuteknologian edut saadaan esiin vain julkisessa ja hajautetussa verkossa.

Lohkoketju on hajautettu tietovarasto

Lohkoketju on teknologia, jonka avulla digitaalista informaatiota voidaan tallettaa hajautetusti. Lohkoketjun avulla hajautettu yhteisö voi varmistua tiedon oikeellisuudesta keskitetyn ylläpitäjän sijasta. Lohkoketju on englanniksi blockchain, ja lohkoketjuteknologia on peräisin englanninkielisistä sanoista distributed ledger technology (DLT).

Tiedon keskitetty varastointi on tuttua jo tuhansien vuosien takaa. Tyypillisiä esimerkkejä ovat kaupunkien, kirkkojen, oppilaitosten sekä kirjastojen arkistot. Tulipalot sekä muut katastrofit ovat tuhonneet arvokasta tietoa aikojen alusta lähtien. Tämä siksi, koska kopioita ei ole ollut olemassa.

Keskitetty tietovarasto on ollut tarpeen oikeellisuuden varmistamiseksi. Kun informaatio on tallennettuna yhteen paikkaan, vältetään ongelmat synkronoinnin kanssa. Ennen digitaalista aikaa kopioiden ylläpito oli myös todella hankala toteuttaa.

Tietotekniikan kehitys on mahdollistanut digitaalisen varastoinnin. Kehittyneessä valtioissa, kuten Suomessa, merkittävä informaatio on tallennettuna nykyään digitaalisesti. Väestötietojärjestelmä ja ajoneuvorekisteri ovat hyviä esimerkkejä valtavista tietovarastoista, joihin on tallennettuna mm. kansalaisten muuttohistoria, ajoneuvojen omistushistoria ym.

Alla kuvakaappaus osoitteesta Digi- ja väestötietoviraston sivuilta.

Perinteisessä tietojen tallennustavassa on kaksi isoa ongelmaa: luottamus ja turvallisuus.

Keskitetty tietovarasto on houkutteleva kohde hakkereille. Viime vuosina on uutisoitu lukemattomia tietomurtoja ympäri maailmaa, joissa miljoonien ihmisten henkilötietoja on hakkeroitu. Moni muistaa myös Suomesta psykoterapiakeskus Vastaamon tietomurron.

Perinteinen malli vaatii myös luottamusta datan ylläpitäjään. Tärkeät tietovarastot ovat valtiollisten instituutioiden, pankkien sekä globaalien yritysjättien hallussa. Keskitetyn datan haltija voi kontrolloida muiden pääsyä informaatioon ja estää sen halutessaan täysin.

Miten Bitcoinin lohkoketju toimii?

Lohkoketjun tunnetuin sovellus on Bitcoin. Käydään seuraavaksi läpi lohkoketjun toimintaa Bitcoinin näkökulmasta. Jos Bitcoin ei ole sinulle ennestään tuttu ja kaipaat lisätietoa, lue Bitcoinkeskusen aloittelijan opas.

Lohkoketjussa oleva informaatio on käytännössä tallennettuna sitä ylläpitäville palvelinkoneille. Näitä kutsutaan englanniksi nimellä node. Suomen kielessä käytetään solmua. Bitcoinin verkko koostuu kymmenistä tuhansista nodeista, jotka sijaitsevat ympäri maailmaa. Verkossa ei ole yhtä keskuspalvelinta tai muuta kriittistä pistettä, joka voitaisiin lamauttaa vihamielisen tahon toimesta.

Node-palvelinten muodostama peer-to-peer verkko ratkaisee siis turvallisuusongelman. Bitcoinin lohkoketjua ei voida tuhota tai kytkeä pois päältä. Kymmenen, sadan, tai edes tuhannen palvelimen lamauttaminen ei hyödyttäisi mitään.

Bitcoinin lohkoketjussa olevaa dataa on myös mahdoton hakkeroida eli muokata. Tämä johtuu louhijoiden valtavasta laskentatehosta, johon palaamme hetken kuluttua tarkemmin.

Hajautettu verkko ratkaisee myös toisen ongelman eli luottamuksen. Tämä on lohkoketjuteknologian suuri saavutus ja innovaatio. Bitcoinin lohkoketjua ei hallitse mikään yksittäinen taho. Kukaan ei voi kytkeä lohkoketjua pois päältä tai estää muita käyttämästä sitä.

Bitcoinin verkko on lisäksi kaikille avoin (engl. permissionless). Kuka tahansa voi ladata Bitcoin-ohjelmiston, liittyä solmuksi verkkoon ja alkaa tallentamaan lohkoketjun informaatiota. Nodet pitävät myös huolen siitä, että lohkoketjuun lisätään vain sääntöjen sallimaa dataa.

Mitä informaatiota lohkoketjuun tallennetaan?

Lohkoketjuun tallennettaan tyypillisesti transaktiodataa eli kryptovaluuttojen siirtoja eri osoitteiden välillä. Lohkoketjuun voidaan teoriassa tallettaa mitä tahansa tietoa, mutta eteen tulee nopeasti teknisiä rajoitteita.

Selkein ero keskitettyyn vaihtoehtoon tulee tietoverkkojen sekä palvelinten kapasiteetista. Koska lohkoketju on synkronoitava kymmenille tuhansille palvelimille internetin välityksellä, tietoliikenteelle on selvät rajat. Lohkoketjuun ei siis kannata tallettaa turhaa tietoa. Tähän on kaksi hyvää syytä:

1. Jos lohkojen koko on suuri ja lohkojen välinen aika pieni, verkon palvelimet eivät ehdi käsitellä kaikkea tietoa.
2. Mitä enemmän lohkoketjussa on dataa, sitä enemmän sen varastointi vie tilaa palvelinten kiintolevyltä.

Bitcoinin tapauksessa puhutaan vain parista megatavusta per lohko. Lisäksi lohkoaika on keskimäärin kymmenen minuuttia. Tämä mahdollistaa sen, että verkon ylläpitäjäksi voi ryhtyä myös hyvin vaatimattomalla laitteistolla. Se on ollut alusta asti yksi Bitcoinin tärkeimmistä arvoista.

Mitä Bitcoinin lohkoketjuun sitten tallennetaan? Kyse on transaktiodatasta eli Bitcoin-verkossa tehdyistä siirroista. Koska Bitcoinin lohkoketju on tyypiltään avoin, transaktiodata on kaikkien nähtävillä. Yksi suosittu palvelu tiedon selaamiseen on on Blockchain.com Explorer.

Jokainen transaktio sisältää mm. seuraavat tiedot:

1. Tiiviste eli transaktion yksilöivä tunnus
2. Lähettäjän osoite
3. Vastaanottajan osoite
4. Lähetetty summa (bitcoineja)
5. Transaktiomaksu (bitcoineja)

Tämän lisäksi transaktiosta tallennetaan myös muita detaljeja, mutta yllä olevassa listassa ovat tärkeimmät palaset. Voit katsoa esimerkkitransaktion tietoja tästä linkistä.

Bitcoinin lohkoketjun koko on artikkelin kirjoitushetkellä (6/2022) noin 413 gigatavua. Se on kasvanut viime vuosina noin 65 gigatavua per vuosi.

Louhijat ylläpitävät lohkoketjua Proof of Work -järjestelmässä

Lohkoketjun ylläpidosta vastaavat Proof of Work -järjestelmässä louhijat. Bitcoin on esimerkki kryptovaluutasta, joka on PoW-järjestelmä ja käyttää louhijoita.

Informaatio päätyy Bitcoinin lohkoketjuun kahdessa vaiheessa. Edellä mainitut nodet välittävät verkkoon lähetetyt transaktiot mempooliin. Tämän voi ajatella olevan kuin postin lajittelukeskus. Mempoolissa voi olla kymmeniä tai satoja tuhansia transaktioita odottamssa käsittelyä. Seuraavaksi mukaan astuvat louhijat.

Louhijoilla on kaksi oleellista tehtävää.

1. Poimia mempoolista uudet transaktiot.
2. Yrittää voittaa muut louhijat matemaattisessa laskutoimituksessa ja saada oikeus luoda seuraava lohko.

Louhijat ovat erikoisvalmisteisia tietokoneita eli ns. ASIC-laitteita. Ne keskitetään nykyisin valtaviin louhintafarmeihin, jotka voivat sisältää (kymmeniä) tuhansia ASIC-mainereita. Yksi kone maksaa tyypistä riippuen useita tuhansia dollareita. Bitcoin-louhinta on nykyisin miljardiluokan bisnestä. Alla on kuva kiinalaisen Bitmainin valmistamista ASIC-louhijoista.

Kaikki maailman louhijat kilpailevat keskenään jokaisen lohkon luomisesta. Prosessin voi ajatella olevan kuin oikean lottorivin arvaaminen. Joku onnekas osuu oikeaan keskimäärin kerran 10 minuutissa, jonka jälkeen työ alkaa alusta.

Koska louhijat ovat kalliita ja käyttävät valtavasti energiaa, niiden on saatava työstään myös palkinto. Tässä mukaan tulevat lohkopalkkiot. Jokaisen lohkon yhteydessä luodaan uusia bitcoineja – tällä hetkellä (6/2022) 6,25 BTC per lohko.

Edellä kuvattu palkkio toimii insentiivinä louhintafarmien rakentamiselle. Bitcoin-verkon louhintateho onkin noussut vuosien saatossa valtavasti. Voit tsekata ajankohtaisen datan tästä linkistä. Bitcoin-verkko on maailman ylivoimaisesti tehokkain supertietokone mitä tulee laskentatehoon. Tämän vuoksi sen lohkoketju on myös niin turvallinen.

Validaattorit ylläpitävät lohkoketjua Proof of Stake -järjestelmässä

Proof of Stake -järjestelmässä lohkoketjua ylläpitävät louhijoiden sijasta validaattorit. Ethereum on esimerkki Proof of Stake -pohjaisesta kryptovaluutasta.

Karkeasti sanottuna 90 prosenttia top 100 -kryptovaluutoista toimii nykyisin Proof of Stake -konsensuksella. Markkinoille ei ole tullut viiteen vuoteen yhtään merkittävää Proof of Work -kryptovaluuttaa. Tämä johtuu siitä, että uudet projektit ovat alkaneet panostaa yhä enemmän lohkoketjun skaalautuvuuteen.

Itse lohkoketju toimii Proof of Stake -järjestelmässä täysin samalla idealla kuin Proof of Workissa eli louhijoiden ylläpitämänä. Riippuu hieman kryptovaluutasta, mitä informaatiota tarkalleen tallennetaan. Perusperiaatteet ovat kuitenkin samat: turhaa tietoa ei ole järkevää tallentaa tuhansille koneille. Pääasiassa kyse on transaktiodatasta.

Jokaiselle lohkoketjulle löytyy myös omat explorerinsa. Alla olevassa kuvassa on Etherscanin etusivu. Etherscanin avulla voi tutkia Ethereumin lohkoketjun dataa.

Proof of Stake -järjestelmässä on louhijoiden sijasta validaattoreita. Nämä ovat palvelinkoneita, jotka steikkaavat tietyn määrän kyseistä kryptovaluuttaa. Ne ansaitsevat statuksen verkon ylläpitäjinä kantamalla riskiä tätä kautta. Riippuu kryptovaluutasta, onko validaattoreita kymmeniä vai satoja.

Validaattorin palvelinkone kuluttaa vain murto-osan louhintafarmin tehonkulutuksesta (99,99+ prosenttia vähemmän). Tämän vuoksi ei haittaa, vaikka lohkopalkkiot olisivat todella pieniä. Joissain tapauksissa ne voivat puuttua kokonaan. Validaattoreilla voi silti olla insentiivejä tukea verkon ylläpitoa.

Lohkoketju on siis perusperiaatteiltaan sama, oli sen ylläpidosta vastuussa validaattori tai louhija. On myös olemassa kryptovaluuttoja, jotka eivät käytä lainkaan lohkoketjua vaan DAG-teknologiaa. Tällaisia ovat mm. IOTA sekä Fantom. Näihin voit tutustua tarkemmin muista artikkeleista.

Lohkoketjuteknologia ja hajautettu verkko

Lohkoketjuteknologian edut saadaan esiin vain julkisessa ja hajautetussa verkossa. Jos rakennetaan suljettu lohkoketju, sen ylläpito on keskitetyn tahon hallussa. Tällaisessa struktuurissa menetetään koko lohkoketjun tärkein ominaisuus eli tiedon hajautettu tallennus ilman yhtä keskitettyä kontrolleria.

Kuten aiemmin tuli jo mainittua, lohkoketjussa on omat haasteensa. Se ei ole missään nimessä tehokkain tai optimaalisin tapa tiedon varastoimiseen. Vaikka Bitcoinin lohkoketju ei ole optimaalinen kirjanpitomalli, se on ainoa tapa luoda aidosti hajautettu, turvallinen ja korruptiosta vapaa digitaalisen rahan tietokanta.

Internetin nopeus, palvelinten prosessoriteho sekä kiintolevyjen kapasiteetti asettavat lohkoketjuille rajoitteita. Lohkoketjuun on nykyisellään järkevä tallettaa vain tietyn tyyppistä dataa. Digitaalinen, hajautettu, raha on paras sovellus. Siinä päästään kiinni lohkoketjun tuomiin hyötyihin eikä ylitetä käytännön rajoitteita.

Lohkoketjuteknologiaa hyödynnetään ja pilotoidaan myös muissa yhteyksissä. Esimerkkejä ovat tuotantoketjun seuraaminen ja äänestäminen. Aika näyttää, tuoko lohkoketjun käyttö todella merkittäviä etuja muihin vaihtoehtoihin nähden.

Jos lohkoketjun dataa ei tallenneta hajautetusti ja/tai sen ylläpito on yhden toimijan hallinnassa, menetetään teknologian tuomat edut. Perinteinen tietokantamalli olisi silloin kenties fiksumpi ratkaisu. Desentralisaatio liityy siis hyvin olennaisesti koko lohkoketjun konseptiin.

FAQ

Alla on muutamia yleisesti kysyttyjä kysymyksiä lohkoketjuun liittyen.

Mikä on lohkoketju?

Lohkoketju on hajautettu tietokanta. Se on tullut tunnetuksi Bitcoinin ja muiden kryptovaluuttojen tietovarastona. Lohkoketju koostuu toisiinsa linkitetyistä lohkoista, ja yksi lohko sisältää rajatun määrän informaatiota. Lohkoihin kirjataan pääasiassa kryptovaluuttojen transaktiodataa.

Miten lohkoketju toimii?

Lohkoketju on tuhansille eri tietokoneille hajautettu tietovarasto. Sen ylläpidosta vastaavat louhijat tai validaattorit, riippuen kryptovaluutasta. Ne keräävät verkkoon lähetetyt transaktiot ja tallettavat ne lohkoketjun uudeksi lohkoksi. Tämän jälkeen päivitys kuulutetaan kaikille verkon toimijoille, jotka päivittävät oman versionsa lohkoketjusta.

Mikä on blockchain suomeksi?

Blockchain on suomeksi lohkoketju. Käytössä on myös termi distributed ledger, joka on suomennettuna hajautettu kirjanpito. Distributed Ledger Technology, DLT, tarkoittaa taas ohkoketjuteknologiaa.