Kaj je blockchain tehnologija in kako deluje?

Kaj je blockchain? Ameriški komik Stephen Colbert je rekel, da “je to zlato za geeke”. No, geeki so zdaj najbolj priljubljeni otroci na sceni, blockchain tehnologija pa postaja eden najvidnejših trendov na področju financ in digitalnih inovacij od nastanka interneta.

Blockchaini so baze podatkov. Namesto da bi bili zapisi shranjeni v osrednjem strežniku, do katerega imajo dostop vsi uporabniki, so zapisi v blockchainih shranjeni na računalnikih uporabnikov po vsem svetu. Zaradi tega pravimo, da je blockchain porazdeljena podatkovna baza z peer-to-peer arhitekturo. “Porazdeljena” pomeni, da so podatki shranjeni na več lokacijah, “peer-to-peer” pa, da ni osrednjega organa, ki bi imel glavno kopijo podatkov.

Satoshi Nakamotov Bitcoin blockchain ni prva porazdeljena podatkovna baza in prav tako ni prva peer-to-peer podatkovna zbirka. Niti ni prvi blockchain. Je pa podlaga za prvo sodobno kriptovaluto in izhodišče za vse ostale blockchaine, ki so prišli za tem. 

Kako deluje blockchain? 

Recimo, da želimo v bazo podatkov shraniti podatke o kartah, ki jih imamo v roki pri pokru. Začnemo tako, da vsaki karti v kompletu dodelimo številko: 1 je pikov as, 2 je pikova dvojka, 3 je pikova trojka, vse do 52, srčnega kralja. Zapis kart v naši roki je lahko videti takole:

Zapis	Vrednost karte
1	12
2	44
3	4
4	31
5	27

Številke zapisov si predstavljajte kot številke vrstic v razpredelnici. Programerji podatkovnih baz jim pravijo zapisi, programerji blockchainov pa bloki. Vrstica, zapis, blok – vsi termini se nanašajo na en sam kos podatkov.

Karte vašega nasprotnika bi zasedale vrstice 6-10, karte še ene tretje osebe bi bile lahko shranjen v vrsticah 11-15 in tako naprej. Torej, če želite natačno navesti, o čigavih kartah govorite, morate bazi podatkov povedati le, v kateri vrstici je prva karta.

Povezave v verigi

V porazdeljeni peer-to-peer bazi podatkov lahko drugi uporabniki kartajo hkrati z vami. Vaše karte se verjetno ne bodo pojavile v zaporednih vrsticah. Zato lahko dodamo kazalnike za prejšnjo in naslednjo karto, in tako podatke povežemo v verigo:

Zapis	Vrednost karte	Prejšnja karta	Naslednja karta
15	12	0	37
37	44	15	118
118	4	37	121
121	31	118	199
199	27	121	999

Vaša prva karta je shranjena v vrstici 15. Njena vrednost je 12, kar pomeni, da je to pikova dama. Ker je to vaša prva karta, v stolpec “Prejšnja karta” zapišemo 0. Naslednja karta je shranjena v vrstici 37.

Sedaj si oglejmo vrstico 37. Tudi ta določa eno karto in hkrati nakazuje vrstico, v kateri se nahaja prejšnja karta (15), ter tudi naslednjo karto, ki je shranjena v vrstici 118.

V računalništvu je ta struktura znana kot dvojno povezan seznam, ker se povezuje podatke tako za naprej kot nazaj. Kazalniki so kot podatki shranjeni v bazi podatkov, skupaj z vrednostmi kart.

Zaščita podatkov 

Nihče nam – ali hekerjem – ne preprečuje, da bi spremenili vrednosti kartic. V takšni podatkovni bazi je goljufanje enostavno, saj lahko kdorkoli, ki ima dostop, spremeni vrednosti prvih štirih kart v roki v, na primer, 1, 14, 27, 40 – torej, v štiri ase.

Pred napakami v podatkih in hekerji se lahko zavarujemo tako, da dodamo stolpec. V vsako vrstico bomo dodali stolpec, ki bo vseboval vsoto vrednosti kart v vrstici:

Zapis	Vrednost karte	Prejšna karta	Naslednja karta	Vsota
15	12	0	37	12
37	44	15	118	56
118	4	37	121	48
121	31	118	199	35
199	27	121	999	58

Vidite, kako to deluje? Pri naši drugi karti je vrednost kontrolne vsote 56, kar je vsota vrednosti prvih dveh kartic, 12 in 44. Kontrolna vsota za tretjo karto je vsota naslednjih dveh kart. Vsakič, ko preberemo vrednost kartice, lahko izračunamo kontrolno vsoto in jo primerjamo s kontrolno vsoto, shranjeno v zbirki podatkov. Če se ne ujemata, vemo, da so bili podatki prirejeni.

S tem sistemom pomnilniški čipi v računalniku in pametnem telefonu zaznajo morebitne napake. Ta sistem se uporablja tudi za iskanje napak na trdem disku.

Ta preprost sistem kontrolnih vsot je bistven del blockchain tehnologije. Študenti prvega letnika računalništva ga dobro poznajo. 

Vendar je ta sistem prav smešno ranljiv za hekerje. Vsakdo, ki lahko spremeni vrednosti kartic, lahko spremeni tudi kontrolne vsote in tako prikrije svoje delo. Heker lahko tudi spremeni kazalca “prejšnja karta” in “naslednja karta” ter tako zamenja karto v roki s karto, shranjeno v drugi vrstici.

Nakamoto je vse te ranljivosti predvidel, ko je gradil svoj blockchain. Namesto preprostega seštevanja za ustvarjanje kontrolnih vsot in sledenja povezavam v verigi podatkov je uporabil kriptografski postopek, imenovan zgoščevalna funkcija. 

Zgoščevalna funkcija in šifriranje

Z zgoševalno oz. “hash” funkcijo se ustvari edinstven identifikator, ki kombinira vrednost prejšnjega zapisa z vrednostjo trenutnega zapisa v enosmernem matematičnem postopku. Rezultat tega je fiksno dolga binarna – “hash” – vrednost, kot je na primer 06C4D99F32047. Funkcija je enosmerna, ker ni ustreznega matematičnega postopka, ki bi spremenil 06C4D99F32047 nazaj v prvotne podatke.

V blockchainu temelji hash vrednost vsakega bloka na hash vrednosti prejšnjega bloka, ki prav tako temelji na hash vrednosti bloka pred tem, in tako naprej oz. nazaj, vse do Nakamotovega bloka 0. Hash vrednost vsakega bloka lahko izračunate in jo primerjate z hash vrednostjo, ki je shranjena v bloku. Če se vrednosti ne ujemata, so bili podatki spremenjeni 

V klasično bazo podatkov bi lahko vdrli, spremenili podatke, nato pa izračunali nove hash vrednosti in jih vnesli v naslednje bloke ali zapise, in tako prikrili svoje sledi. To pa pri porazdeljeni peer-to-peer blockchain bazi ne deluje, saj bi moral heker hkrati spremeniti vse kopije podatkov, ki so shranjene na stotinah ali tisočih računalnikov.

Posledica tega je, da je na blockchain možno dodati nove bloke podatkov, nemogoče pa je spremeniti ali izbrisati prejšnje bloke. To pomeni, da si ne morete poslati 100.000 evrov v Bitcoinih in nato izbrisati transakcijo. 

Vsaka nova transkakcija na blockchainu se potrdi s tem hash mehanizmom. 

Poleg tega je Nakamoto prav tako uporabil šifriranje, s čimer je zagotovil, da lahko podatke, shranjene na blockchianu, vidi vsak uporabnik, dešifrirajo pa jih lahko le tisti, ki imajo ustrezen dešifrirni ključ. Brez ključa vidiš samo tok nesmiselnih znakov.

Moč Blockchain tehnologije 

Z blockchain tehnologijo so podatki zasebni, trajni in preverljivi. Zapis podatkov in transakcij je javen, vendar šifriranje ščiti pred radovednimi pogledi in spreminjanjem. Zaradi tega Bitcoin blockchain poznamo tudi pod pojmom “javna glavna knjiga” (open ledger). 

Celoten postopek hash funkcije in šifriranja zahtevata veliko računalnik virov. Vse skupaj je počasno. Na globalni ravni je celotno Bitcoin blockchain omrežje omejeno na obdelavo 4,6 transakcij na sekundo. Podjetja, ki se ukvarjajo s kreditnimi kartici (npr. Visa) povprečno obdelajo 1700 tranksakcij na sekundo in trdijo, da so jih sposobne obdelati kar 56 000. Omejitev 4,6 transakcij na sekundo je glavni vir težav z skalabilnostjo Bitcoina. Računalniški znanstveniki se že ukvarjajo s tem. 

Mreža računalnikov, ki potrjuje Bitcoin transakcije, naj bi porabila več električne energije kot Švica.

Številna vozlišča, ki potrjujejo Bitcoin transakcije, hranijo celoten blockchain, ki trenutno obsega približno 250 GB podatkov. Ta vozlišča so znana kot polna vozlišča. Omrežje vključuje tudi SPV vozlišča, ki izvajajo poenostavljeno preverjanje plačil. Težko je zagotovo reči, koliko vozlišč je vsega skupaj. Bitnodes spletna stran sicer navaja trenutno število vozlišč, ki so na spletu in dosegljiva, vendar hitro Google iskanje pokaže, da strokovnjaki podajajo ocene števila vozlišč, ki se gibljejo med 6 000 in 200 000. Torej, nihče zares ne ve, koliko jih je.

Vse o Ethereumu

Ethereum je najbolj pogosto uporabljen blockchain in vključuje spremembe, zaradi katerih je bolj prilagodljiv kot Bitcoin blockchain. Ethereum ima svojo lastno kriptovaluto – Ether -, poleg te pa so razvijalci ustvarili tudi številne dodatne kriptovalute, ki delujejo na Ethereum blockchainu. Platforma se poleg virtualnega denarja uporablja tudi za številne vrste aplikacij.

Ena od glavnih prednosti Ethereuma je, da lahko poleg podatkov izvaja tudi programe, imenovane “pametne pogodbe”. Pametna pogodba z lahko na primer sešteje vse Ethre, ki so bili ta mesec dodani na vaš račun, in jih 10 % pošlje cerkvi kot donacijo.

Tako kot Bitcoin blockchain, je tudi Ethereum odporen na spremembe in manipulacije. Proizvajalec luksuznih ur Breitling daje lastnikom svojih ur digitalna potrdila, ki dokazujejo njihovo pristnost. Če uro prodate, lahko certifikat prenesete na novega lastnika in tako vzpostavite preverljivo verigo lastništva. Blockchain tehnologijo je mogoče uporabiti tudi za sledenje izvora hrane v trgovinah z živili, saj je mogoče slediti vsakemu premiku. Vedno več ljudi skrbi etična oskrba in dobava s hrano, in blockchain tehnologija bi lahko postala del tega.

Leta 2020 je Associated Press rezultate Ameriških predsedniških volitev vsako minuto objavil na Ethereum blockchain in tako ustaril nespremenljiv zapis uradno preverjenih preštetih glasov. 

Ethereum blockchain obdela približno 30 transakcij na sekundo. Razvijalci intenzivno delajo na prihodnjih različicah Ethereuma, ki bodo uporabljale tehniko imenovano “sharding”, s katero bodo omogočili hkratno delovanje več blockchainov, konsolidirane transakcije pa bodo asinhrono objavljene v osrednji blockchain. Razvijalci upajo, da bodo nove različice Ethereum blockchaina obvladovale do 100 000 transakcij na sekundo.

Ker se na Ethereumu izvajajo pametne pogodbe, služi prav tako kot platforma za številne aplikacije, povezani z blockchaini. Večina decentraliziranih aplikacij, ki temeljijo na blockchainu – zlasti decentralizirane finančne aplikacije – temeljijo na Ethereumovi glavni verigi ali zasebnih Ethereum blockchainih. 

Ethereum je tudi najboljša izbira za podjetja, ki želijo uvesti žetonska gospodarstva. Podjetje lahko na primer izvaja program zvestobe, v katerem stranke ob vsakem nakupu prejmejo kovance Acme. Nato bi lahko imeli darilno trgovino, v kateri bi lahko kovance Acme zamenjali za ugodnosti. Podjetje bi lahko ustvarilo mrežo podjetij, ki prav tako sprejemajo kovance Acme, s čimer bi žetoni dobili dejansko vrednost, čeprav jih ni mogoče zamenjati za dolarje ali evre.

Specifikacija ERC-721 za Ethereum prav tako opredeljuje protokol za ustvarjanje nezamenljivih žetonov, kar je osnova za celoten NFT trg. 

Drugi blockchaini 

Bitcoin in Ethereum sta sicer najbolj razširjena blockchaina, vendar jih sedaj obstaja še več sto ali tisoč, vsi pa temeljijo na Nakamotovem prvotnem konceptu. Blockchaini so lahko javni, kot je Bitcoin blockchain, ali zasebni in v uporabi za notranje upravljanje podatkov.

Razvijalci so ustvarili številne različice osnovne blockchain arhitekture. Številne vključujejo inovacije za podporo hitrejši obdelavi, večjo skalabilnost ali nižje transakcijske provizije. Mehanizmi soglasja, usklajevanje podrejenih podverig, zasebni blockchaini in druge ključne tehnologije se obravnavajo v projektih po vsem kripto svetu.

Kaj je Blockchain? Zdaj veste

Kaj je definicija blockchaina? Kako deluje blockchain tehnologija? Upamo, da ste s to predstavitvijo blockchain tehnologije bolje razumeli in začeli ceniti to izjemno, revolucionarno peer-to-peer podatkovno arhitekturo in njene aplikacije.