Nimimerkki Satoshi Nakamoto halusi tehdä bitcoinista järjestelmän, jota kukaan ei voi rajoittaa tai peukaloida. Bittirahassa ei tämän vuoksi ole pankkia, joka pitää kirjaa tileistä ja maksuista. Kirjanpidosta on sen sijaan tuhansia ja tuhansia kopioita eri tietokoneissa ympäri maailmaa. Tietojen poistaminen yhdestä paikasta ei auta, koska maailmalta löytyy lukuisia kopioita.

Lue myös: Tällainen on bitcoin-verkon rakenne, Miksi lohkoketjua on vaikea muokata?, Lohkoketjusta odotetaan suuria: hajautettu ja hankala sekä Lohkoketju: näin huijaaminen on estetty.

Hajauttamisesta seuraa ongelma: kun tiedot eivät ole yhden tahon vastuulla, kuka saa kirjoittaa tileille uusia tapahtumia? Kenen lisäyksiä uskotaan? Tyypillisesti tällaisissa hajautetuissa järjestelmissä toimijat äänestävät keskenään kirjoitusoikeudesta. Nakamoton ratkaisu on aivan toisenlainen: järjestetään arpajaiset.

Ongelmana on, että harva osaa sanoa, mikä lohkoketju tarkalleen ottaen on.

Bitcoinin maksutapahtumat kasataan listauksiksi, joita kutsutaan lohkoiksi. Järjestelmä toimii kuin valtava lottoarvonta, jonka voittaja pystyy lisäämään uuteen lohkoon haluamansa tiedot. Jos kaksi voittajaa on eri mieltä oikeasta sisällöstä, verkossa on hetken aikaa kaksi näkemystä totuudesta. Seuraava voittaja voi kannattaa jompaa kumpaa – tai julkaista oman näkemyksensä.

Jokainen lohko sisältää viittauksen yhteen aiemmin luotuun lohkoon. Tällä tavoin syntyy pitkä ketju, jonka alussa on maailman ensimmäinen lohko ja lopussa viimeksi luotu. Tästä niin sanotusta lohkoketjusta löytyvät kaikki hyväksytyt maksut. Lohkoketju on bitcoinin keskeinen innovaatio, joka estää järjestelmää hajoamasta riitelyyn ja huijauksiin.

Tiivisteiden lottoarvonta

Lohkojen luomisesta on tehty keinotekoisen työläs arvonta. Jokaisella lohkolla on tiiviste, eli 256-bittinen arvo, joka riippuu lohkon sisällöstä. Jos lohkon sisältö muuttuu bitinkin verran, niin myös tiiviste muuttuu.

Tietokone laskee tiivisteen periaatteessa sekunnin murto-osassa. Jippona on, että bitcoinissa ei kelpuuteta mitä tahansa tiivisteitä. Rajoitukseksi on asetettu, että tiivisteen pitää olla pieni numero, eli sen alussa pitää olla paljon nollia. Suurinta hyväksyttävää numeroa kutsutaan bitcoinissa targetiksi eli tavoitteeksi.

Tiivisteet ovat käytännössä sattumanvaraisia – ei ole oikotietä, jolla voisi tuottaa pienen tiivisteen. Louhijat säätävät lohkoa ja laskevat yhä uusia tiivisteitä, kunnes löytävät sellaisen joka vastaa ehtoja. Lohkon varsinaista tietosisältöä ei muokata, vaan lohkossa on tätä varten niin sanottu nonce-alue. Se sisältää merkityksettömiä bittejä, joita saa vaihdella vapaasti.

Jokainen laskentayritys on kuin lottorivi, joka voittaa tietyllä todennäköisyydellä. Yrittää saa halutessaan vaikka miljardeja kertoja, mutta jokainen yritys kuluttaa hieman konetehoa, eli käytännössä sähköä, rahaa ja aikaa.

Kenellä tahansa voi käydä tuuri, ja tiiviste voi löytyä yhdellä yrittämällä. Pidemmän päälle voitot osuvat niille, jotka pelaavat eniten eli käyttävät eniten tehoa. Tiivisteiden etsimistä kutsutaan louhimiseksi: se on kuin kullankaivuuta, jossa kaikki toivovat osuvansa suoneen.

Juttu jatkuu kuvan alla.

Tietokoneet kehittyvät ajan mittaan, mutta bitcoin on suunniteltu siten että tiivisteitä löytyy tasaista tahtia. Louhintaohjelmat kiristävät tavoitelukua, jos lohkoja syntyy liian nopeasti. Tätä kirjoitettaessa oikean tiivisteen löytämisen todennäköisyys on noin yksi 113 miljardista. Vaikeustasoa voi verrata siihen, että löytää hiekkarannalta tietyn hiekanjyvän.

Maailmalta löytyy valtavia konesaleja ja erikoistuneita palvelimia, jotka on omistettu tiivisteiden etsimiseen. Kaikesta tehosta huolimatta uusia lohkoja syntyy vain noin kymmenen minuutin välein.

Laskentatehon demokratia

Lohkojen tuottamisen työläys tekee lohkoketjusta vaikean väärentää. Ideana on, että yhtä lohkoa ei voi muuttaa ketjun keskellä. Lohkon muokkaaminen johtaa uuteen tiivisteeseen. Seuraavassa lohkossa lukee edeltäjän tiiviste, joten seuraavakin lohko pitää uusia. Muutosaalto etenee näin läpi ketjun.

Jos ketju on pitkä, kenelläkään ei yksinkertaisesti ole riittävästi tehoa laskea kaikkia tiivisteitä uusiksi. Pituus toimiikin lohkoketujssa luotettavuuden mittarina. Jokainen louhija vakuuttaa omalla työllään, että hänen lohkonsa tiedot ovat oikeita. Mitä pidempi ketju, sitä enemmän siihen on käytetty työtä, ja sitä todennäköisemmin sen sisältö pitää paikkansa.

Lohkoketju on eräänlainen demokratia, jossa enemmistö päättää mikä on oikea totuus. Enemmistöllä ei tosin tarkoiteta ihmisten, vaan laskentatehon määrää. Erimielisyydet ratkaistaan valitsemalla eri vaihtoehdoista se ketju, johon on käytetty eniten työtä. Jos jollakin ryhmällä on kuitenkin käytössään yli puolet kaikesta tehosta, he pystyvät aina tuottamaan voittavan ketjun.

Muutakin kuin bitcoin

Bitcoin synnytti lohkoketjut, mutta tekniikalle kehitetään muitakin käyttötarkoituksia. Yksi nimekkäimmistä on Ethereum, jossa käytetään lohkoketjua paitsi tietovarastona, myös laskentaan. Ethereumin tekijät visioivat, että heidän lohkoketjunsa mullistaa esimerkiksi osakkeet ja äänestykset.

Ethereum on ulospäin kuin yksi valtava tietokone, joka suorittaa annetut komennot ja varastoi tulokset. Käytännössä kyseessä on lukuisten koneiden verkosto, jossa jokainen ajaa samat ohjelmat itsekseen. Eri koneet tallentavat suorituksen tulokset lohkoketjuun, ja lohkoketjutekniikka tuottaa mahdollisista erimielisyyksistä konsensuksen.

Mitä Ethereumilla sitten voi tehdä? Yksinkertaisin esimerkki on oman bitcoinin kaltaisen rahayksikön luominen. Tarvitaan vain pieni pätkä koodia, joka määrittelee kuka saa luoda rahaa, ja miten sitä siirretään tililtä toiselle. Tämän jälkeen jokainen tilisiirto on Ethereumissa samanlainen operaatio kuin minkä tahansa muun ohjelman ajaminen.

Edistyneempi esimerkki on Kickstarterin kaltainen joukkorahoitus. Tähän tarvitaan ohjelma, jonka tilille rahoittajat siirtävät virtuaalirahaa. Jos rahoitustavoite tulee tiettyyn päivään mennessä täyteen, rahat menevät etukäteen määritellylle vastaanottajalle. Muussa tapauksessa ohjelma palauttaa ne rahoittajille.

Rahoitusohjelma ei vaadi keskitettyä palvelua, ja kuka tahansa voi tarkistaa ohjelman sisällön ennen kuin luopuu rahoistaan. Lohkoketjuun lisättyä ohjelmaa ei voi pyyhkiä. Se myös ajetaan varmasti, kunhan Ethereumilla on käyttäjiä jäljellä. Tämän pysyvyyden ja varmuuden vuoksi Ethereumin kielenkäytössä ei puhuta ohjelmista tai sovelluksista vaan älykkäistä sopimuksista.

Erilaisia palveluita

Augur on yksi eniten näkyvyyttä saaneista Ethereumin päälle rakennetuista palveluista. Se on niin sanottu ennustusmarkkina, eli vähemmän hienosti sanottuna vedonlyöntipalvelu. Augurin käyttäjät voivat esittää kysymyksiä kuten ”Kenestä tulee seuraava Yhdysvaltojen presidentti?”, ja lyödä virtuaalirahalla vetoa eri vaihtoehtojen puolesta.

Augur yrittää ammentaa massojen viisautta, jossa suuret väkijoukot löytävät tarkemman ennustuksen kuin yksittäinen analyytikko. Esimerkiksi pörssiä voidaan pitää vedonlyöntinä, jossa ennustetaan yritysten tulevaisuutta. Mitä varmempi osallistuja on ennustuksestaan, sitä enemmän hän on valmis panostamaan. Augur onkin tarkoitettu ennen kaikkea päätöksenteon välineeksi.

Vedonlyönnissä tarvitaan tavallisesti auktoriteetti, joka päättää, mikä vaihtoehto voitti. Augurissa voittavan tuloksen valitsemiseen käytetään lohkoketjua. Jokainen vedonlyönti on automaattinen Ethereum-ohjelma, joka kerää aluksi panokset ja tapahtuman jälkeen näkemykset lopputuloksesta. Voitot maksetaan sen vaihtoehdon mukaan, joka lohkoketjuun kirjataan totuudeksi.

Ethereum ja Augur ovat vielä kokeiluvaiheessa. Ethereumin tekijät varoittavat, että verkostoa ei voida vielä pitää mitenkään turvallisena. Koko järjestelmän suorituskyky vastaa alkeellista kotimikroa. Tekijöiden suunnitelmissa on esimerkiksi lohkoketjuun perustuva hajautettu keskustelu- ja julkaisujärjestelmä, mutta tämä on vielä tulevaisuutta.

Mikrobitin suuri bitcoin- ja lohkoketjujuttu julkaistu alun perin numerossa 2/2016.

Lue seuraavaksi: Tällainen on bitcoin-verkon rakenne, Miksi lohkoketjua on vaikea muokata?, Lohkoketjusta odotetaan suuria: hajautettu ja hankala sekä Lohkoketju: näin huijaaminen on estetty.