Etusivu » Lohkoketju eli blockchain

Lohkoketju eli blockchain

Lohkoketjuteknologiaa kutsutaan englanniksi termillä distributed ledger technology, eli DLT. Termi tarkoittaa suomeksi hajautettua kirjanpitoteknologiaa.

Tässä artikkelissa käymme läpi bitcoinin käyttämää lohkoketjuteknologiaa, koska sen ymmärtäminen on avain kryptovaluuttojen toiminnan sisäistämiseen. Artikkelin lopussa syvennymme lohkoketjuihin myös muista näkökulmista.

Lohkoketjuteknologian ideana on ratkaista perinteisen (eli keskitetyn) tietovaraston kaksi ongelmaa: luottamus ja turvallisuus. Mitä tämä siis tarkoittaa käytännössä?

Lohkoketjuteknologiassa data on käytännössä tallennettuna jokaiselle verkkoa pyörittävälle palvelimelle, ja näitä palvelimia kutsutaan nimellä node, eli solmu. Käytännössä lohkoketju on verkko, jossa lukuisat sitä tukevat palvelinkoneet ovat toisiinsa yhteydessä internetin kautta. Lohkoketjussa ei siis ole keskuspalvelimia tai muita kriittisiä pisteitä, jotka lamauttamalla sen toiminta voitaisiin estää.

Lohkoketjuja voidaan hyödyntää monella alalla

Erityisesti finanssialalla nähdään lähitulevaisuudessa todennäköisesti paljonkin lohkoketjuteknologiaan perustuvia ratkaisuja, mutta lohkoketjuteknologian tuomat mahdollisuudet on myös huomioitu erittäin monella muulla alalla.

Lohkoketjutekniikan potentiaaliset edut eivät rajoitu pelkästään taloudellisiin etuihin. Lohkoketju voi tuoda lisäarvoa esimerkiksi poliittisiin, humanitäärisiin, sosiaalisiin sekä tieteellisiin asioihin.

Avoimet lohkoketjut 

Avoimet lohkoketjut ovat Bitcoinin kaltaisia järjestelmiä. Kuka tahansa voi osallistua avoimen lohkoketjun varmistamiseen, ja lohkoketjussa tapahtuvat transaktiot ovat kaikkien nähtävillä. Tuntemattomien tahojen välinen yhteisymmärrys luodaan monimutkaisilla laskutoimituksilla.

Suljetut lohkoketjut 

Suljetut lohkoketjut on tarkoitettu rajatulle käyttäjäkunnalle, joka yleensä tuntee toisensa. Suljetussa lohkoketjussa tapahtuvien transaktioiden tarkasteleminen vaatii luvan. Suljettua lohkoketjua käytetään tietyn yhteisen liiketoiminnan suorittamiseen. Luottamusta ei siis tarvitse luoda monimutkaisilla laskutoimituksilla.

Lohkoketjun tärkeimmät ominaisuudet

  • Hajautus.
  • Ei vaadi keskinäistä luottamusta.
  • Sisällöllinen validointi.
  • Anonymiteetti (tarvittaessa).
  • Salattu (tarvittaessa).
  • Muuttumattomuus.
  • Vahva tunnistautuminen.
  • Ei yksittäistä haavoittuvuuspistettä (single point of failure).

Lohkoketjun toimintaperiaate

Lohkoketjun toimintaperiaate on pelkistettynä seuraava:

  • Henkilö A haluaa siirtää valuuttaa henkilölle B.
  • Transaktiota verkossa voi kuvata lohkona.
  • Lohkoketjun transaktio jaetaan verkon jokaiseen laitteeseen.
  • Lohkoketju vahvistaa siirron.
  • Lohko lisätään lohkoketjuun. Siirrosta tulee läpinäkyvä osa ketjua.
  • Valuutta siirtyy henkilölta A henkilölle B.

Lohkoketju ja konsensus

Konsensusprotokollan avulla jokainen lohkoketjun käyttäjä hyväksyy transaktion oikeellisuuden ja määrittää, mitkä lohkot lisätään lohkoketjuun ja mikä lohkoketjun senhetkinen tila on. Tällä tavoin konsensusjärjestelmä on kriittinen osa luottamuksetonta verkkoratkaisua.

Ilman toimivaa konsensusmekanismia järjestelmässä tulisi olla keskitettyä järjestelmää muistuttava luottamussuhde joidenkin toimijoiden välillä (hajauttamisen kevyempi muoto). Useat älysopimusalustat ratkaisevat tämän ongelman erottamalla ns. maailman tilan (engl. world state) ja transaktiolohkoketjun toisistaan erillisiksi kokonaisuuksiksi.

Proof-of-Work (PoW)

Proof-of-Work-protokolla suosii ongelmatapauksissa niitä lohkoja, joiden louhinnassa on käytetty eniten laskentatehoja, PoW:n lohkonmuodostus tapahtuu tietyn raja-arvon alittavia tiivistefunktioita laskemalla. PoW:ssa vaikeustaso skaalautuu laskentatehon mukaan. Proof-of-Work on suhteellisen epäedullinen energiatehokkuudeltaan.

Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Stake Suosii ongelmatapauksissa niitä lohkoja, joiden louhinnan takana on eniten panostettua kryptoomaisuuseriä. PoS on haasteellinen toteuttaa laaja-alaisesti skaalautuvasti. PoS vaatii hyvin pienen määrän laskentatehoa PoW:n verrattuna. Kryptovaluutoista Ethreum on siirtymässä PoS-protokollaan.

Älysopimukset

Älysopimuksella tarkoitetaan arvon- tai datansiirron automatisoivaa ohjelmaa, protokollaa tai skriptia. Älysopimukset ovat lohkoketjuteknologian viimeisimpiä merkittäviä kehitysaskelia. Älysopimusten toiminta on varmennettavissa ja ne ovat autonomisesti aktivoitavissa (esimerkiksi transaktioiden yhteydessä). Älysopimukset voidaan myös allekirjoittaa kryptografisesti.

Esimerkkejä älysopimusten käytännön sovelluksille ovat muun muassa toimijoiden välisen kirjanpidon automatisointi, valuutan- ja tiedonsiirrot ja yritystoiminnot toteuttava hajautettu autonominen organisaatio (DAO).

Hajautetut applikaatiot (dapp)

Hajautetut applikaatiot (engl. decentralized apps, dapps) ovat älysopimuksilla rakennettuja hajautettuja sovelluksia. Hajautetuissa applikaatioissa on perinteinen frontend ja backend, ja suurimmat dapp-alustat ovat Ethereum ja IPFS.

Factom Foundationin johtaja David Johnston asetti aikanaan seuraavat kriteerit hajautetulle applikaatiolle:

  • Sovelluksen tulee olla vapaa ja avointa lähdekoodia, autonominen, eikä yksikään yksittäinen entiteetti saa kontrolloida enemmistöä siihen liitetyistä tokeneista eli rahakkeista (esim. Bitcoin). Kaikki sovelluksen protokollan muutokset tulee tapahtua käyttäjien yksimielisestä päätöksestä.
  • Sovelluksen data sekä logit tulee olla säilötty julkiseen ja hajautettuun lohkoketjuun kryptografisesti eli täysin salattuna.
  • Sovelluksen tulee käyttää tokenia. Se mahdollistaa sovellukseen käsiksi pääsyn, ja sillä voidaan palkita merkittävää toiminnallisuutta tuottavia käyttäjiä.
  • Sovelluksen tulee generoida käyttämänsä tokenit standardoitua kryptografista algoritmia käyttäen, jonka avulla voidaan todistaa tokeneiden arvo (engl. proof of value).

Token

Token eli rahake on lohkoketjussa käytettävä arvon mitta. Se luo taloudellisen kannustimen lohkoketjun jäsenille, jotka eivät tunne toisiaan tai luota toisiinsa. Kun lohkoketjun jäsen osallistuu yhteisen tietokannan varmistamiseen, hänet palkitaan tokeneilla, joita hän voi käyttää järjestelmässä valuutan lailla.

Lähes jokaisessa lohkoketjusovelluksessa on käytössä oma token. Koska jokainen sovellus tarjoaa erilaisia palveluita, myös kannustimien pitää olla erilaisia. Tokenit mahdollistavat, että järjestelmässä voidaan kannattavasti tehdä myös todella pieniä, esimerkiksi muutaman sentin maksuja. Kun palvelun arvostus kasvaa, myös sen tokenien arvo nousee. Tällä hetkellä tunnetuin token on bitcoin. Muita ovat mm. Ether ja Ripple.

Hajautettu autonominen organisaatio (DAO) ja sen kuuluisa hakkerointi

Yksi mielenkiintoisimmista sovelluksista lohkoketjulle ovat hajautetut autonomiset organisaatiot (engl. decentralized autonomous organization), joita kutsutaan nimellä DAO. Kenties tunnetuin DAO tähän asti on vuoden 2016 projekti, joka nimettiin yksinkertaisesti DAO:ksi. Se oli ensimmäinen valtavirtasuosioon noussut hajautetusti hallinnoitu itsenäinen organisaatio ja projektina erittäin kunnianhimoinen. DAO sisälsi ennennäkemättömiä ratkaisuja liittyen omaisuuserien hallinnointiin, äänestykseen ja regulaatioon.

Valitettavasti DAO:n lähdekoodi sisälsi kriittisiä haavoittuvuuksia, joita hyödyntämällä anonyymi hakkeri (DAO hacker) onnistui saamaan hallintaansa 3,6 miljoonaa ETH:ta eli Ethereumia. Summa vastasi noin kolmasosaa DAO:n koko varallisuudesta (11,5M ETH).

Hakkeroidun omaisuuden arvo oli vuonna 2016 noin 50 miljoonaa dollaria (nykykurssilla huomattavasti enemmän). Ethereum-yhteisö järkyttyi hakkeroinnista, mutta sen jäsenillä oli hyvin erilaisia näkemyksiä ongelman ratkaisemisesta.

Laajan keskustelun jälkeen ratkaisu löytyi niin sanotusta hard forkista (kova ohjelmistopäivitys), jossa DAO:n varallisuus siirrettiin varalompakkoon, josta varat voitiin lopulta palauttaa alkuperäisille sijoittajille.

Kovalla forkilla oli kuitenkin myös muita seurauksia: Ryhmä Ethereum-aktiiveja, jotka eivät hyväksyneet lohkoketjun (ETH) ohjelmistopäivitystä, päättivät jatkaa edelleen vanhan ketjun tukemista, jolloin syntyi Ethereum Classic (ETH). Ethereum jakautui siis kahteen lohkoketjuun, jotka toimivat tänäkin päivänä: Ethereum (ETH) ja Ethereum Classic (ETC).

Dao:n mahdollisuudet

2016 vuoden DAO:n epäonnistumisesta huolimatta hajautetuissa autonomisissa organisaatioissa on paljon potentiaalia. DAO:ssa älysopimukset aktivoidaan autonomisesti ennalta ohjelmoitujen sääntöjen täytyttyä. DAO:t mahdollistavat muun muassa:

  • Kryptovaluuttojen ja tokeneiden omistajuuden DAO:n sisällä.
  • Aloitteiden vapaan äänestämisen.
  • Joukkorahoituskampanjat (esim. ICO-rahoitukset).
  • Seritifioitujen arvopääoman liikkeelleIaskun. Valuuttayksikkö vastaa sertifioitua arvopääomaa, ja valuuttayksiköllä voidaan todistaa arvopääoman omistajuussuhde. Valuuttayksikkö on generoitavissa ja “poltettavissa” (engl. burn) siten, että niiden määrä vastaa arvopääoman määrää.

DAO-rakennetta on konseptoitu myös stabiilin universaalin kryptovaluutan luomiseen. Kontrolloimalla liikenteessä olevien valuuttayksiköiden määrää, voivat osakkaat estää äkkinäiset hintavaihtelut. Lisäksi DAO mahdollistaa digitaalisesti varmennetut arvopaperit ja pystyy laskemaan liikkeelle kryptovaluuttoja, joiden arvo on sidottu muihin liikkeellä oleviin valuuttoihin.