Bitcoin blokhoogte: 775429

Het Bitcoin white paper: een peer-to-peer elektronisch cash systeem.

In 2009 werd een white paper gepubliceerd door de geheime persoon/groep Satoshi Nakamoto met hierin een voorstel voor een alternatief voor het huidige bankenstelsel en centraal bankieren. In de Bitcoin “white paper” word uitgelegd wat Bitcoin is, waarom het is ontwikkeld en hoe het in zijn werking gaat.

Wat staat er allemaal in de “white paper” en wat zijn de belangrijkste punten? In dit Bitcoinsultancy artikel neem ik jullie mee en leg ik helder uit wat er in het “white paper” beschreven staat. Een deel van de (te) technische informatie is achterwege gelaten omwille van de leesbaarheid. Gelukkig is dit deel niet nodig om het Bitcoin protocol te begrijpen. Het geeft een prima indruk over wat je moet weten over Bitcoin!

Voor de leesbaarheid en gebruik van termen heb ik een woordenlijst toegevoegd met kleur en uitleg:

• Bitcoin = het protocol/netwerk zelf (hoofdletter B)
• bitcoin = de munt gebruikt voor het Bitcoin netwerk (kleine letter b)
• Node(s) = computer met Bitcoin software + verifieert transacties + eigendom van bitcoin
• Miner = computer met Bitcoin software + bouwt blokken met transacties
• Blok(ken) = gevuld met transacties in de vorm van data (MB)
• Hash = tekstreeks verkregen door data door een cryptografische hash algoritme te sturen
• SHA-256 = secure hashing algoritme gebruikt voor het produceren van “hashes”
• Private key = cryptografische handtekening
• Public key = verzameling Bitcoin adressen waar bitcoin naar verstuurd kan worden.

1. Introductie tot de Bitcoin white paper

Handel op het internet is bijna exclusief afhankelijk geworden van financieel instituties die als vertrouwde tussenpartijen gebruikt worden om elektronische betalingen/transacties te verwerken. Alhoewel deze systemen goed genoeg werken voor de meeste transacties, leiden ze nog steeds aan de inherente zwakte van het vertrouwensmodel.

Volledig niet-omkeerbare transacties zijn niet mogelijk omdat financiële instituties disputen tussen partijen niet kunnen voorkomen waardoor er altijd een vorm van bemiddeling nodig is. De gemaakte bemiddelingskosten zorgen voor hogere transactie kosten. Ook limiteren ze praktische transactie groottes en knijpen ze op deze manier de mogelijkheid voor kleinere (micro) transacties af.

Om het terugdraaien van transacties mogelijk te maken is er een derde partij of tussenpersoon nodig om dit te bewerkstelligen. Hierbij wordt onverhoopt vertrouwen geïntroduceerd wat namelijk vereist is om dit model te laten werken. Je moet immers hopen dat een financiële institutie eerlijk is en weet waar hij/zij mee bezig is.

Wat Satoshi Nakamoto in 2008 als oplossing voorstelde is een elektronisch betaal systeem dat gebaseerd is op cryptografische waarheid in plaats van vertrouwen. Dit resulteert erin dat elke twee partijen direct en onderling transacties uit kunnen voeren met elkaar. Er is dus geen aanwezigheid van een derde partij of tussenpersoon vereist. Het Bitcoin protocol is de oplossing voor dit probleem en is volledig gebaseerd op verificatie van het netwerk, transacties etc. Het mantra is dan ook: “Do not trust, verify”.

2. Bitcoin transacties, hoe gaat het in zijn werking?

Een bitcoin word gedefinieerd als een keten van digitale handtekeningen en bestaat dus uit een reeks data (tekens). Elke eigenaar van een bitcoin verstuurd deze naar een andere persoon door met een digitale handtekening (private key). Hiermee wordt een “hash” ondertekend van de voorgaande transactie en de publieke sleutel (public key) van de volgende eigenaar. De data wordt toegevoegd aan de data van de desbetreffende bitcoin. De te betalen persoon kan op deze manier de keten van eigendom verifiëren.

Echter een bekend probleem is dat het niet mogelijk is om te achterhalen of de desbetreffende bitcoin al gebruikt is voor een eerdere betaling of dubbel gespendeerd is. De belangrijke vraag is hoe voorkom je dat een bitcoin dubbel gespendeerd wordt terwijl je privacy behoud.

2.1 Vertrouwen is niet nodig met het Bitcoin netwerk

Een veelgebruikte oplossing is een vertrouwde derde partij (tussenpartij), centrale partij of uitgever te laten controleren of dat de bitcoin dubbel gespendeerd is in een transactie of niet. Het nadeel van een centrale partij of tussenpersoon is de introductie van vertrouwen met als gevolg een enkel punt van falen. Als de centrale partij bijvoorbeeld gehackt wordt kan gevoelige informatie over transacties en personen blootgelegd worden.

Hoe is te verifiëren dat (vorige) eigenaren van een bitcoin geen dubbele betalingen hebben uitgevoerd? Dit word opgelost door bewust te zijn van ALLE transacties die gedaan zijn met behulp van het Bitcoin netwerk en deze volledig openbaar en transparant te maken. Het Bitcoin netwerk is simpel gezien een boekhoud systeem. Er wordt bijgehouden welke digitale handtekening (private key) bij welke bitcoin hoort en wanneer deze van private key zijn geruild. Het ruilen van private key betekent dus het ruilen van eigenaren.

Echter om dit mogelijk te maken zonder vertrouwde (derde) partij moet er een systeem zijn voor gebruikers waarin duidelijk voor iedereen is dat er een enkele geschiedenis (boekhouding) en volgorde van transacties is. De te betalen persoon moet bewijs hebben dat, op het moment dat de transactie is uitgevoerd, de over grote mate van alle nodes het met elkaar eens zijn welke van deze gebruikers als eerste ontvangen heeft.

3. Waarom is een absolute volgorde van transacties cruciaal?

Satoshi Nakamoto stelde een geniale oplossing voor het dubbel-spendeer probleem. Hierdoor is er geen centrale partij nodig die transacties verifieert en dus controleert welke bitcoin bij welke digitale handtekening (private key) hoort.

Het begint met het creëren van een absolute volgorde van bitcoin transacties en deze worden gepubliceerd naar nodes. Dit zijn computers die de Bitcoin software draaien. Het hoofddoel is het verifiëren van alle bitcoin transacties die uitgevoerd worden met behulp van het Bitcoin netwerk.

Computer rekenkracht (CPU) en energie (elektriciteit) worden gebruikt voor het oplossen van een cryptografische puzzel. Tevens wordt een timestamp server werkt door de hash van blok met inhoud (informatie/data) en die vast te zetten. Vervolgens wordt de hash gepubliceerd naar alle nodes in het Bitcoin netwerk.

De timestamp bewijst dat de data bestaan moest hebben op het moment dat het gepubliceerd werd, uiteraard, om de hash te krijgen. De timestamp van elk blok bevat de hash van de timestamp van het vorige blok en vormt op deze manier een keten van blokken, dit is de term “blockchain”. Dit produceert een absolute volgorde van transacties die niet veranderd kan worden. De blockchain is hier duidelijk te zien.

4. Proof-of-Work is de uitvinding voor Bitcoin

De echte innovatie van het Bitcoin protocol is de introductie van Proof-of-Work. Het is de manier om een peer-to-peer elektronisch cash systeem zoals Bitcoin mogelijk te maken.

Proof-of-Work (afgekort PoW) wordt uitgevoerd door miners die de Bitcoin software draaien. Zij lossen de cryptografische puzzel op met behulp van een SHA-256 hash functie. Door triljoenen berekeningen per seconde te doen zoeken zijn naar een hash waarde die begint met een reeks nul bits. De gemiddelde aantal hashes oftewel het gemiddelde werk (energieverbruik + berekeningen) is exponentieel aan het aantal nul bits. De miner die dit het snelst doet wint de puzzelen wordt uiteindelijk beloond is nieuw uitgegeven bitcoin.

Wanneer de puzzel is opgelost betekent dit dat er berekeningen uitgevoerd zijn, en dus tijd en energie zijn verbruikt. Dit is het signaal aan andere miners en nodes dat het blok gevalideerd en af is. Het desbetreffende blok kan niet opnieuw veranderd worden zonder het voorgaande werk, tijd en energie opnieuw uit te voeren. Omdat nieuwe blokken aan de keten, gemiddeld elke 10 minuten, worden toegevoegd moet het werk dat een blok moet veranderen opnieuw gedaan worden plus het werk van alle blokken die erna nog komen. Dit wordt naarmate de tijd vordert praktisch en technisch gezien onmogelijk.

4.1 De lengte van de Bitcoin Blockchain bepaald de hoeveelheid werk en validiteit

Door gebruik te maken van PoW wordt ook een probleem opgelost omtrent een meerderheid beslissing. In theorie kan er aan verschillende ketens van de Bitcoin blockchain gewerkt worden door miners. Hoe weten miners en nodes welke Bitcoin blockchain de correcte en meest recente is?

Simpelweg is de langste keten met de meeste proof-of-work, en dus de meeste berekeningen en verbruikte energie, de correcte keten. Zolang de overgrote mate van computer rekenkracht in handen is van eerlijke miners zal de eerlijkste blockchain het snelt groeien en competerende ketens uitgroeien.

5. Netwerk

Wanneer iemand bitcoin wil versturen naar iemand anders gebeurd dit in een bepaalde volgorde. De stappen voor het netwerk zijn als volgt:

1. Nieuwe transacties worden naar alle nodes (computers die de Bitcoin software draaien) gestuurd.
2. Elke node verzameld nieuwe transacties in een blok.
3. Elke node/miner werkt aan het vinden van de PoW voor zijn blok.
4. Wanneer een miner de PoW vindt voor het blok word de data verstuurd naar alle nodes binnen het netwerk.
5. Nodes accepteren het gevonden blok wanneer alle transacties in het blok correct zijn en niet dubbel gespendeerd zijn.
6. Nodes/miners delen hun acceptatie van het blok door te werken aan het volgende blok in de keten door de hash te gebruiken van het zojuist geaccepteerde blok als de vorige hash.

Nodes beschouwen de langste keten van blokken als de correcte versie en zullen blijven werken aan het verlengen hiervan. Wanneer twee nodes verschillende versies van het volgende blok tegelijk publiceren dan ontvangen andere nodes 1 of de ander eerst. In dat geval zullen ze werken aan degene die ze ontvangen hebben maar bewaren de andere keten wanneer deze langer wordt. Wanneer de volgende PoW wordt gevonden, en dus 1 van de ketens langer wordt, zal de node die aan de alternatieve keten heeft gewerkt deze laten vallen en verder werken aan de langste keten.

6. Beloning

De eerste transactie in een blok een speciale transactie dat de uitgifte van nieuwe bitcoins verzorgt voor de succesvolle miner van het desbetreffende blok. Op deze manier wordt een beloning uitgegeven aan miners om het netwerk te ondersteunen en zorgt het voor een manier om bitcoin verspreid in circulatie te brengen. Er is immers geen centrale partij om bitcoin uit te geven. Tevens is PoW dat door miners gebruikt worden een volledig willekeurig systeem. Er is van te voren niet te weten wie de cryptografische puzzel gaat oplossen.

De geleidelijke en constante uitgifte van nieuwe bitcoin zorgt voor een voorspelbare toename in totale bitcoin in circulatie. Er zullen maximaal 21.000.000 bitcoin uitgegeven worden tot het jaar 2140! Satoshi Nakamoto geeft aan dat dit een analoog is aan goud delvers die tijd en energie gebruiken om goud te delven en toevoegen aan de bestaande hoeveelheid goud. Echter in het geval van het Bitcoin netwerk is dat computer rekenkracht en elektriciteit worden gebruikt.

Een alternatieve beloning zijn de transactie kosten. Wanneer de output waarde van een transactie lager is dan de input waarde dan is het verschil de transactiekosten die als extra beloning worden toegevoegd aan het desbetreffende blok met transacties. Zolang er bitcoin gedelft worden tot het jaar 2140 zal dit het voornaamste beloningsmodel zijn.

Echter wanneer alle bitcoin gewonnen zijn zullen transactiekosten de enige inkomsten bron zijn voor miners. Het beloningsmodel heeft als bijkomende voordeel dat nodes en miners geforceerd worden om eerlijk te blijven en op deze manier het netwerk blijven ondersteunen.

7. Het Bitcoin White Paper Conclusie

In dit artikel is uitvoerig besproken en uitgelegd wat er in het Bitcoin white paper staat geschreven.

Het Bitcoin white paper bevat een systeem voor elektronische transacties met de afwezigheid van een derde partij. Digitale handtekeningen (private keys) zorgen voor absolute controle over eigenaarschap van bitcoin maar is niet voldoende voor het voorkomen van dubbel-spendeer momenten.

Om dit op te lossen is een peer-to-peer netwerk van nodes en miners ontwikkeld die door middel van Proof-of-Work (PoW) een publieke geschiedenis van transacties vastleggen die snel onpraktisch worden voor een aanvaller van het netwerk om te veranderen. Dit systeem werkt zolang meer dan 50% van de nodes de overmate van de computer rekenkracht (CPU) bezitten. Het netwerk is robuust in zijn simpliciteit.

Nodes en miners zijn vrij om zich aan het netwerk toe te voegen, of te verlaten, en gebruiken de Bitcoin blockchain als bewijs van welke transacties hebben plaatsgevonden. Ze stemmen met hun CPU kracht en werken aan en accepteren alleen valide blokken. Tegelijkertijd worden invalide blokken worden invalide blokken afgewezen door er niet aan te werken. Alle regels en beloningen van het Bitcoin protocol zijn afhankelijk van dit mechanisme.

Geïnteresseerd in andere artikelen? Klik hier.