Näin toimii lohkoketju (blockchain)

Lohkoketju on hajautettu tietokanta. Lohkoketjun kehitti Satoshi Nakamoto -aliasta käyttänyt henkilö vuonna 2008. Lohkoketjuteknologia mahdollistaa kryptovaluuttojen toiminnan. Lohkoketjuun voidaan tallettaa kryptovaluuttojen transaktioiden lisäksi myös muuta dataa.

Lohkoketjuteknologia on mullistanut tavan tallettaa digitaalista informaatiota. Lohkoketjuteknologian suurin hyöty saadaan desentralisaatiosta. Yksi lohkoketjun suurimmista heikkouksista on sen skaalautuvuus. Lohkoketjuteknologia tulee mullistamaan useita eri toimialoja.

Mikä on lohkoketju?

Lohkoketju on hajautettu tietokanta. Lohkoketju mahdollistaa digitaalisen informaation tallentamisen verkossa toimiville palvelimille. Tällaisia palvelinkoneita kutsutaan solmuiksi (engl. node). Lohkoketjuteknologia on tullut suurelle yleisölle tutuksi Bitcoinin kautta.

Informaatio on tallennettu lohkoketjussa lohkoihin, jotka on linkitetty toisiinsa. Jokainen lohko sisältää yksilölliseen tiivisteen (hash) edellisestä lohkosta, aikaleiman sekä transaktiodataa. Transaktiodata on tyypillisesti tekstiä (kirjamia ja numeroita), mutta kuvien ja videoiden tallennus lohkoketjuun on myös mahdollista.

Lohkoketjua ylläpitävät solmut (nodet) verifioivat kaikki verkkoon lähetetyt transaktiot. Riippuu kryptovaluutasta, miten uudet lohkot tarkalleen luodaan. Bitcoinin tapauksessa prosessin hoitavat louhijat, monet muut käyttävät validaattoreita. Jos haluat ymmärtää kryptovaluuttojen louhintaa paremmin, lue lisää tästä artikkelista.

Uusien lohkojen lisäys lohkoketjuun on prosessi, jota on lähes mahdotonta manipuloida. Kun uusi lohko on luotu, sen sisältämää informaatiota ei voi enää muuttaa. Pienikin datan manipulointi muuttaisi lohkon tiivistettä (hash), jolloin se ei olisi enää validi.

Lohkoketjuteknologia mahdollistaa kryptovaluuttojen toiminnan. Lohkoketjun avulla voidaan luoda aidosti hajautettu järjestelmä, jonka toimintaa ei kontrolloi mikään yksittäinen taho. Samaan aikaan lohkoketju on erittäin turvallinen sekä läpinäkyvä järjestelmä, jonka data voidaan helposti verifoida milloin tahansa.

Kryptovaluutat ovat toistaiseksi lohkoketjun suosituin ja tunnetuin käyttökohde. Lohkoketjuteknologialla on potentiaalia mullistaa myös monia muita toimialoja. Lohkoketjua voidaan hyödyntää mm. toimitusketjun hallinnassa, äänestämisessä ja digitaalisen identiteetin hallinnassa.

Lohkoketjuteknologian historia

Lohkoketjun kehitti Satoshi Nakamoto -aliasta käyttänyt henkilö vuonna 2008. Lohkoketjuteknologia esiteltiin Bitcoinin whitepaperissa “Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System”. Satoshi Nakamoto kuvaili dokumentissa uuden, hajautetusti toimivan, elektronisen maksujärjestelmän.

Ensimmäinen lohkoketju otettiin käyttöön tammikuussa 2009. Kyseessä oli Bitcoinin lohkoketju, johon on tallennettu kaikki Bitcoin-verkossa suoritetut transaktiot. Kun Bitcoinin suosio alkoi kasvaa 2010-luvun alussa, markkinoille alkoi tulla muitakin lohkoketjua hyödyntäviä kryptovaluuttoja.

Konsepti hajautetusta tietokannasta on kehitetty jo paljon ennen Bitcoinia. Stuart Haber ja W. Scott Stornetta kuvailivat digitaalisia aikaleimoja käyttävän järjestelmän jo vuonna 1991, mikä loi pohjan lohkoketjulle.

On tärkeää erottaa termit hajautettu tietokanta ja lohkoketju toisistaan. Hajautettu tietokanta on teknologiana yläkäsite. Englanniksi puhutaan termistä DLT – Distributed Ledger Technology. Lohkoketju on yksi hajautetun tietokannan tyyppi.

Osa kryptovaluutoista käyttää DAG-teknologiaa, joka myös hajautettu tietokanta. Se mahdollistaa erilaisen skaalautuvuuden lohkoketjuun verrattuna.

Lohkoketjut ovat kehittyneet merkittävästi viime vuosina. Bitcoinin lohkoketju on nykyisin markkinoiden vanhin ja kapasiteetiltaan rajallisin. Toisaalta, se on myös ylivoimaisesti turvallisin. Moni uudempi lohkoketju on uhrannut merkittävän osan desentralisaatiosta saavuttaakseen suuremman transaktiokapasiteetin.

Lohkoketjuteknologia ja kryptovaluutat

Lohkoketjuteknologia mahdollistaa kryptovaluuttojen toiminnan. Lohkoketjun avulla voidaan luoda hajautettu, turvallinen ja tehokas tietokanta, jonka datan voi kuka tahansa verifoida.

Kryptovaluutat ovat ylivoimaisesti suosituin ja tunnetuin lohkoketjuteknologian käyttökohde. Lohkoketjuteknologia mahdollistaa maksujärjestelmän, jossa käyttäjien ei tarvitse luottaa keskitettyihin toimijoihin. Lohkoketju poistaa välikädet transaktioiden lähetyksestä, mikä mahdollistaa globaalit rahalähetykset ilman valtioiden tai pankkien kontrollia.

Maailmassa on miljardeja ihmisiä, joilla ei ole pääsyä perinteisiin pankkipalveluihin. Kryptovaluutat mahdollistavat säästämisen, turvalliset rahalähetykset ja jopa lainapalvelut kenelle tahansa. Tarvitaan vain internet-yhteys. Lohkoketjuteknologia toimii kaiken tämän infrastruktuurin selkärankana.

Kryptovaluuttojen lohkoketjut ovat ominaisuuksiltaan erilaisia. Jokainen kryptovaluuttaprojekti on muokannut lohkoketjuteknologiaa juuri omiin tarpeisiinsa. Moni kryptovaluutta pystyy käsittelemään uusia lohkoja jopa parin sekunnin välein. Tämä tuo aivan uudenlaisia mahdollisuuksia esimerkiksi mikromaksuihin, peleihin tai finanssipalveluihin.

Nopea ja skaalautuva lohkoketju tuo myös haasteensa. Mitä nopeammin dataa käsitellään, sitä herkempi järjestelmä on ongelmille mm. verkkoyhteyksissä. Samalla uhrataan myös usein verkon desentralisaatiota. Nopeasti lohkoja generoiva lohkoketju kasvaa myös valtavan kokoiseksi.

Osa kryptovaluutoista käyttää lohkoketjun sijasta DAG-teknologiaa. DAG on myös hajautettu tietokanta, mutta toteutukseltaan erilainen lohkoketjuun verratuna. IOTA, Fantom ja Hedera Hashgraph ovat esimerkkejä DAG-pohjaisista toteutuksista.

Vaikka DAG mahdollistaa hyvän skaalautuvuuden, nämä ratkaisut eivät ole ainakaan vielä valloittaneet markkinoita. Aika näyttää, säilyttääkö lohkoketju johtavan asemansa kryptovaluuttojen tilikirjana vai nouseeko sille DAG:n lisäksi myös muita kilpailijoita.

Millaista data lohkoketjuun tallennetaan?

Lohkoketjuun voidaan tallettaa kryptovaluuttojen transaktioiden lisäksi myös muuta dataa. Seuraavassa on listattuna esimerkkejä informaatiosta, jonka tallentamisessa hyödynnetään lohkoketjuteknologiaa.

• Arvonsiirtoon liittyvät transaktiot
• Älysopimukset
• Digitaalinen identiteetti
• Lääketieteelliset dokumentit
• Toimitusketjun data

Arvonsiirtoon liittyvät transaktiot ovat selvästi yleisin käyttökohde lohkoketjulle. Useimmiten tämä tarkoittaa kryptovaluuttojen transaktiota, esimerkiksi bitcoinien siirtoa lompakosta toiseen. Tulevaisuudessa lohkoketjuteknologiaa tullaan hyödyntämään myös fiat-valuuttojen (USD, EUR, jne.) siirroissa, kun keskuspankkien luomat digivaluutat otetaan käyttöön. Lohkoketjua testaan myös finanssialan toimijoiden välisissä siirroissa.

Älysopimukset tallennetaan myös lohkoketjuihin. Älysopimukset ovat digitaalisia ohjelmanpätkiä, jotka mahdollistavat DeFi:n eli hajautetut finanssipalvelut. Tämä tarkoittaa applikaatioita, jotka toimivat täysin itsenäisesti. Lohkoketjun avulla älysopimus on tallennettu hajautetusti verkkoon, eikä sen koodia voida manipuloida.

Digitaalinen identiteetti on tulevaisuudessa yksi lohkoketjun käyttökohteista. Henkilön informaatio voidaan tallettaa lohkoketjuun salattuna, jolloin se ei ole avoimesti kenenkään luettavissa. Henkilötietojen haltija voi varmentaa tämän jälkeen omat tietonsa, mikä helpottaisi valtavasti KYC/AML-prosesseja. Digitaalisen identiteetin hallinta on tärkeää myös äänestämisessä, mikä voi olla tulevaisuudessa yksi lohkoketjun käyttökohteista.

Lohkoketjuun voidaan tallettaa salattuna myös lääketieteellisiä dokumentteja. Tämä voi tarkoittaa testituloksia ja muuta potilasdataa. Tämän jälkeen informaatio olisi helposti kaikkien eri lääkäripalveluiden saatavissa, joille potilas on antanut luvan. Samalla tieto olisi turvallisesti tallennettuna ja sataprosenttisesti oikeaa.

Tuotantoketjun hallinta on yksi lupaavimmista lohkoketjun käyttökohteista kryptovaluuttojen lisäksi. Lohkoketju mahdollistaa koko tuotantoketjun läpinäkyvyyden sekä tuotteiden jäljittämisen. Tuotteisiin voidaan lisätä esim. QR-koodi, minkä avulla potentiaalinen ostaja voi varmistua sen alkuperästä. VeChain on tunnettu kryptovaluuttaprojekti, joka on keskittynyt tuotantoketjujen hallintaan.

Yhteenvetona voidaan todeta, että lohkoketjuun voidaan tallentaa monenlaista dataa. Kryptovaluutat ovat toistaiseksi ainoa käyttökohde, joka on lyönyt globaalisti läpi suurelle massalle. Kryptovaluuttojen käyttäjämäärän odotetaan rikkovan miljardin ihmisen rajan vuoteen 2025 mennessä.

Lohkoketjuteknologian hyödyt ja haitat

Lohkoketjuteknologia on mullistanut tavan tallettaa digitaalista informaatiota. Se on mahdollistanut ensimmäistä kertaa hajautetun ja läpinäkyvän tilikirjan luomisen, joka ei ole yhdenkään tahon kontrollissa.

Vaikka lohkoketjun hyödyt ovat kiistattomat, teknologialla on myös rajoitteita. Lohkoketju ei ole optimaalinen tietovarasto jokaiseen käyttötarkoitukseen. Käydään seuraavaksi läpi muutamia hyviä ja huonoja puolia liittyen lohkoketjuteknologiaan.

Lotkoketjuteknologian hyötyjä

• Desentralisaatio
• Läpinäkyvyys
• Turvallisuus

Lohkoketjuteknologian suurin hyöty saadaan desentralisaatiosta. Toisin kuin keskitetyt järjestelmät, lohkoketju mahdollistaa aidosti hajautetun tietovaraston luomisen. Lohkoketju voidaan hajauttaa globaalisti tuhansille, tai jopa miljoonille palvelimille. Alla olevassa kuvassa näkyy tunnettujen Bitcoin-verkon solmujen (node) distribuutio globaalisti.

Mikään ei estä luomasta lohkoketjua, joka on keskitetyn tahon hallinnassa. Tällaisia voivat olla esimerkiksi tietyn yrityksen tuotantoketjun data tai keskuspankkien luoma digivaluutta. Jos lohkoketju on keskitetyn tahon kontrollissa, menetetään sen suurin hyöty.

Lohkoketjun läpinäkyvyys on myös yksi sen kiistattomista hyödyistä. Lohkoketjun data on niin sanotusti kiveen hakattu, eikä sitä voida manipuloida. Tämän lisäksi se on verifioitavissa joka hetki kenen tahansa toimesta.

Lohkoketju on myös tietovarastona turvallisempi ratkaisu kuin mikään keskitetty tietokanta. Maailmalla on nähty tuhansia hakkerointitapauksia viime vuosina tietokantoihin, joista on varastettu miljoonien ihmisten henkilökohtaista tietoa.

Lohkoketjussa ei ole yhtään heikkoa lenkkiä, joihin hyökkääjä voisi iskeä. Tämän lisäksi data on jo kaikkien nähtävissä, joten kryptovaluuttojen lohkoketjussa ei ole sinänsä edes mitään varastettavaa. Lohkoketjun riskit liittyvätkin olemassa olevan datan manipulointiin. Se on kuitenkin erittäin vaikeaa ja, lähes poikkeuksetta, myös taloudellisesti kannattamatonta.

Lotkoketjuteknologian haittoja

• Skaalautuvuuden puute
• Energiankulutus
• Tiedon muuttumattomuus

Yksi lohkoketjun suurimmista heikkouksista on sen skaalautuvuus. Tämä ei ole aivan yksiselitteinen asia, sillä ongelman laajuus riippuu käytetystä lohkoketjusta. Esimerkiksi Bitcoinin lohkoketju ei skaalaudu, mutta sen päälle rakennettu salamaverkko puolestaan tekee niin tietyissä rajoissa.

Yleisesti ottaen on kuitenkin selvää, että keskitetty palvelinkone on monin verroin tehokkaampi ratkaisu tiedon varastointiin kuin datan lähettäminen kymmenille tuhansille palvelimelle ympäri maailmaa. On olemassa käyttökohteita, jossa keskitetty tietovarasto on yhä välttämätön.

Energiankulutus on nykyisin lähinnä Bitcoinin ongelma. Bitcoinin verkko vaatii toimiakseen valtavan määrän energiaa johtuen louhijoiden käytöstä. Tässä palataan jälleen tehokkuuteen. Globaalisti hajautettu verkko solmuja ei ole tehokkain mahdollinen tapa tallentaa tietoa.

Alla on kuva Bitcoin-louhijoista. Ne ovat erikoisvalmisteisia ASIC-laitteita, joiden energiankulutus on todella korkea.

Käytännössä kaikki suositut kryptovaluutat käyttävät vain murto-osan Bitcoinin vaatimasta energia. Bitcoinin louhintaa tehdään myös yhä enemmän uusiutuvilla energianlähteillä. Ongelmaa ratkaistaan siis koko ajan. Aiheeseen pureudutaan tarkemmin Bitcoin-louhintaa käsittelevässä artikkelissa.

Tiedon muuttumattomuuden voi nähdä myös haasteena. Se, mikä on kerran tallennettu lohkoketjuun, pysyy siellä ikuisesti. Tämä tulee esiin mm. kryptovaluuttojen transaktioissa, joita ei voida peruuttaa. Lisäksi tuhannet sijoittajat ovat hukanneet vuosien mittaan kryptolompakkonsa avaimet. Koska lohkoketjua on mahdoton manipuloida, näiden lompakoiden varat ovat pois käytöstä ikuisiksi ajoiksi.

Lohkoketjuteknologian tulevaisuus

Lohkoketjuteknologia tulee mullistamaan useita eri toimialoja. Pelkästään kryptovaluuttojen vallankumous on mullistanut täysin yksilön vapauden hallita omia varojaan. Todennäköisesti lohkoketjuteknologialle löydetään vielä lukuisia muitakin käyttökohteita.

Seuraavassa on listattuna muutamia tärkeitä kehitysaskeleita lohkoketjuihin liittyen.

• Yhteensopivuus
• Hajautetut finanssipalvelut (DeFi)
• Identiteetin hallinta
• Tekoäly (AI)

Yksi lohkoketjujen suurimmista haasteista liittyy niiden yhteensopivuuteen. Englanniksi käytetään termiä interoperability. Esimerkiksi Bitcoinin lohkoketju on oma suljettu siilonsa, josta ei voi lähettää transaktiota Ethereum-lohkoketjuun.

Lohkoketjujen linkitys on yksi tärkeimmistä kehityskohteista. Niiden välillä on jo olemassa siltoja, minkä lisäksi ongelmaa ratkotaan myös uudenlaisen infrastruktuurin avulla. Polkadot on hyvä esimerkki kryptovaluuttaprojektista, joka pyrkii luomaan yhteensopivien lohkoketjujen verkon. Alla oleva kuva on Polkadotin verkkosivuilta.

Hajautettujen finanssipalveluiden (DeFi) sektori on kasvanut räjähdysmäisesti viime vuosina. Sektorin arvo nousi likviditeetillä mitattuna lähes 180 miljardiin dollariin vuoden 2021 lopulla.

DeFi tuo perinteiset pankkipalvelut, kuten lainat, kenen tahansa ulottuville. Voit ottaa lainaa, saada korkoa talletuksillesi, suorittaa steikkausta ja paljon muuta. DeFi-sektori voi mullistaa miljardien ihmisten elämän, jotka eivät voi edes avata pankkitiliä. Lohkoketjuteknologia toimii kaiken tämän selkärankana.

Lohkoketjun ja tekoälyn (AI) yhdistäminen tarjoaa myös valtavasti mahdollisuuksista. Monien mielestä seuraava buumi nähdään lohkoketjupelien sektorissa. Tämän lisäksi markkinoilla on myös ns. AI-kryptoja, jotka hyödyntävät tekoälyä monin eri tavoin.

Lohkoketjut ja tekoäly liittyvät myös NFT-maailmaan. Tekoäly mahdollistaa ns. generatiivisen taiteen, eli sen avulla voidaan luoda uniikkeja NFT-taideteoksia. Jokainen NFT on luonnollisesti lohkoketjuun tallennettua dataa.

Lohkoketjuteknologian tulevaisuus näyttää siis hyvältä. Tarjolla on lähes rajattomasti erilaisia käyttökohteita, joista kuulemme varmasti lisää tulevina vuosina!