Všetko o Bitcoine #2: Čo je to blockchain a ako fungujú transakcie?

Ak si sa už v našom prvom článku dočítal, čo to ten Bitcoin vlastne je, prichádza na rad ďalšia otázka, čo je to blockchain? Táto prelomová technológia pomohla vyriešiť najmä problém dvojitej útraty bez centrálnej autority, za ktorú vďačíme neznámemu autorovi – Satoshimu Nakamotovi.

🔥 Sleduj novinky z Krypto Planet na Facebooku aj Twitteri.

Vďaka blockchainu je Bitcoin tam, kde je. Naštartoval sa taktiež svet paralelnej ekonomiky, decentralizovaných financií a stovky kryptomenových projektov. Najmä technológia blockchain môže za nový fenomén súčasnosti.

Tento pojem je možno zo začiatku náročnejší na pochopenie, no hneď, ako sa s ním oboznámiš, pochopíš prečo je Bitcoin tak cenný a prečo sa mu v súčasnosti prikladá obrovská hodnota niekoľko desiatok tisíc dolárov, a v budúcnosti možno stoviek tisíc dolárov.

„Týmto článkom neposkytujeme žiadne finančné rady. Jedná sa čisto o článok informačného charakteru s cieľom priniesť pohľad o kryptomene Bitcoin, ako takej a ako funguje. Zváženie akcií po prečítaní článku sú plne v kompetencii samotného čitateľa.“

Čo je to blockchain?

Blockchain je v podstate akási databáza informácií (v tomto prípade niečo, ako účtovná kniha v banke). Líši sa tým, že údaje nie sú ukladané v tabuľkách, ale v blokoch, ktoré sú potom na seba jeden po druhom viazané a takto navždy uchované. Do týchto blokov je možné ukladať akékoľvek informácie, ale väčšinou sa jedná o transakcie.

V prípade (nielen) Bitcoinu sa blockchain používa decentralizovaným spôsobom. To znamená, že všetci používatelia (resp. počítače pripojené k sieti / uzly) ho spoločne zachovávajú a nikto nemá schopnosť tento blockchain ovplyvniť.

„Blockchain je akousi účtovnou knihou Bitcoinu. Skladá sa z blokov, ktoré sú vzájomne prepojené, z čoho vychádza aj anglický výraz (doslovne reťaz blokov).“

Ak sa ti nechce čítať náš dlhý a komplexný článok, na Youtube je skvelé a krátke video, ktoré ho vysvetľuje:

Aký je teda rozdiel medzi databázou a blockchainom?

Kľúčový rozdiel je v tom, akým spôsobom sú dáta štruktúrované a uchovávané. Databáza je akákoľvek forma uchovávania údajov (napríklad v tabuľkách), ktorá môže byť menená osobou, firmou, softvérom a podobne. Blockchain zhromažďuje informácie v celkoch, ktoré sa nazývajú bloky.

Tieto bloky majú určitú kapacitu, ktorá sa po naplnení uzamkne a pripojí k predchádzajúcemu bloku. Takto sa vytvára reťaz blokov (blockchain). Týmto spôsobom sa v blockchaine tvoria nezvratné časové harmonogramy údajov v spomínanej decentralizovanej podobe.

Každý blok má po uložení do reťazca presnú časovú značku. Informácie sú tak nadobro uložené a nedajú sa nijakým spôsobom zmeniť ani vymazať.

Ako prebiehajú transakcie v takomto blockchaine?

Máme teda načrtnuté, čo je to blockchain. Ako sa v ňom dokážu bitcoiny presunúť z jednej peňaženky na druhú? Ako takáto platba prebieha a čo sa odohráva v jej pozadí?

Každá transakcia sa skladá z troch hlavných častí: vstup, suma a výstup. Ak chce napríklad Peter poslať Paľovi bitcoin, vstup odkazuje blockchainu na adresu peňaženky odosielateľa, ako na záznam o tom, kde boli doteraz tieto bitcoiny uložené. V tomto prípade je to adresa Petrovej peňaženky so záznamom bitcoinov vnútri. Ďalej máme sumu, ktorú sa snaží Peter odoslať.

Nakoniec je tu adresa Paľovej peňaženky, kde tieto bitcoiny smerujú. Sieť najskôr overí, či sú tieto bitcoiny v Petrovej peňaženke dostupné a potom kontroluje, či ich už neposielal niekomu inému. Po tomto overení sieťou sa táto transakcia zoskupí do bloku s ďalšími transakciami a pripojí sa k blockchainu. Po pripojení k blockchainu sú už tieto transakcie nezmeniteľné a nezvratné. Nemožno na nich vykonať žiadne zmeny, ani tento systém nijako oklamať, lebo to by znamenalo, že by ste museli celú (nadobro uloženú) históriu transakcií vykonávať úplne od začiatku v presnom poradí každého jedného bloku.

Čo sú to súkromné a verejné kľúče?

S bitcoinami je to tak, že hoci si ich posielame medzi jednotlivými peňaženkami, tieto peňaženky v skutočnosti bitcoiny neukladajú. Miesto toho vedú bitcoinové adresy záznamy všetkých tvojich transakcií.

Bitcoinové adresy vyzerajú ako 34-znakové reťazce písmen a číslic a sú známe aj ako verejný kľúč. Toto je adresa, ktorú zdieľate s ľuďmi, od ktorých chcete platbu prijať. Každý verejný kľúč má svoj vlastný súkromný kľúč – reťazec 64 písmen a číslic, ktorý sa používa na „podpisovanie“ transakcií. Najlepšie sa to vysvetľuje tak, že si predstavíte svoj verejný kľúč, ako svoju e-mailovú adresu a svoj súkromný kľúč, ako svoje heslo.

„Verejný kľúč je ako tvoja e-mailová adresa a súkromný kľúč je jej prislúchajúce heslo. Aby si mal mince v bezpečí, súkromný kľúč musíš poznať iba ty.„

Vráťme sa k nášmu príkladu Petra a Paľa. Peter po zadaní všetkých podrobností transakcie (suma a adresa Paľovej peňaženky) vloží svoj súkromný kľúč do bitcoinového softvéru na „podpísanie“ transakcie, čo dáva zelenú na odoslanie peňazí. V tomto okamihu je transakcia pripravená na validáciu sieťou.

Sieť potom skontroluje, či sa podpis (súkromný kľúč) zhoduje s príslušným verejným kľúčom. Ak sa zhoduje, ťažiari transakciu overia. Keď Peter aj Paľo dostanú tri potvrdenia o svojej transakcii, informácie sa pridajú do blockchainu a Paľo bude môcť používať svoje novo získané bitcoiny, ako len chce. Ako odmenu za validáciu transakcie sú ťažiari odmenení v bitcoinoch za vyriešený blok.

Bitcoinový full-node

Po tom, ako si pochopil fungovaniu bitcoinových transakcií, je ešte potrebné spomenúť, že existujú dva druhy uzlov na bitcoinovej sieti. Full-node („plný uzol“) a miner-node („ťažiaci uhol). Full-node udržuje sieť pri živote, ukladá si decentralizovanú databázu na svoj disk a šíri ju ďalej. Takýchto uzlov je na sieti tisíce a môžeš si ich presný počet pozrieť na tejto adrese, od vývojára Luke Dashjr.

Tento full-node môžeš byť aj ty, stačí ti lacný počítač Rapsberry Pi, stiahnuť a nainštalovať Bitcoin Core a môžeš podporiť decentralizáciu Bitcoinu. Miner-node, ako už názov napovedá, je uzol zodpovedný za potvrdzovanie transakcií a ťaženie nových Bitcoinov. O full-node si však povieme vo štvrtom pokračovaní tejto rubriky.

Ako dlho trvá transakcia bitcoinov?

Rýchlosť bitcoinových transakcií sa v časových okamihoch odlišuje a je závislá na viacerých faktoroch. Prvý dôležitý faktor je nastavenie poplatku za transakciu, presnejšie, koľko zaplatíš satoshi za byte. Podľa výšky poplatku sa nastaví priorita transakcie. Čím vyšší poplatok = tým rýchlejšie overenie.

Musíme pamätať aj na to, že overovanie (validácia) transakcií je práca ťažiarov v blockchaine. Ťažiari sú v podstate poskytovatelia výpočtového výkonu pre sieť. Ak je sieť preťažená a nastavený nízky poplatok, tvoja transakcia sa nemusí zarátať do aktuálneho bloku. Vtedy je odsunutá do tzv. mempoolu a čaká na skladanie ďalšieho bloku.

V ideálnom prípade bude transakcia vykonaná do pár sekúnd. Aktuálny čas potvrdenia transakcie je v čase písania článku 10 minút.

„Rýchlosť vykonania bitcoinovej transakcie môže byť do niekoľkých sekúnd, záleží na poplatku. Priemerný čas vyťaženia jedného bloku je v súčasnosti 10 minút.„

Kryptografia v pozadí Bitcoinu – Proof of Work

Blockchain kryptomeny Bitcoin funguje na algoritme, resp. konsenze, Proof of Work (PoW). V preklade je to dôkaz o práci. To znamená, že sieť musí na overenie transakcie vyriešiť zložité matematické rovnice, ktoré poslúžia, ako spomínaný dôkaz o práci (teda dôkaz o riešení matematických operácií).

Kicom z Bitcoinového kanála má skvelé video, kde vysvetľuje aj hashovaciu funkciu.

Takto sieť vie, že transakcia bola skutočne zadaná. Falšovanie je nemožné, vďaka technológii hashovania. Hash je dlhá kombinácia číslic a písmen (Bitcoin využíva SHA-256). Je to nejaká šifra. Keď zadáte transakciu (posielate BTC), množina údajov sa vloží do hashovacej funkcie a vygeneruje sa jediný hash. Aj najmenší pokus o zmenu v transakcii by spustil „lavínový efekt“ a výsledný hash by sa zmenil natoľko, že by viac nebol rozpoznateľný sieťou.

Tým pádom by bola transakcia sieťou odmietnutá. Hashovanie je jednosmerná funkcia – nemožno ju použiť na získanie pôvodných údajov, iba na kontrolu toho, či sa údaje, ktoré generovali hash, skutočne zhodujú s pôvodnými údajmi. Bitcoinová sieť nastavuje určitú mieru „náročnosti“. Toto nastavenie je upravené tak, aby sa nový blok ťažil, teda pridával do blockchainu generovaním platného hashu a to približne každých 10 minút (dĺžka trvania bitcoinovej transakcie). Nastavenie miery náročnosti je určené stanovením „cieľa“ pre daný hash – čím je cieľ menší, tým ťažšie je vygenerovať platný hash.

Príklad:

Hash pre blok #429818 bude: 000000000000000004dd3426129639082239efd583b5273b1bd75e8d78ff2e8d.

Tento blok obsahuje 2012 transakcií zahŕňajúcich len niečo cez 1000 bitcoinov plus hlavičku predchádzajúceho bloku. Ak by používateľ zmenil jednu jedinú čiastku transakcie o 0,0001 bitcoinu, výsledný hash by nebol rozpoznateľný a sieť by ho ihneď odmietla.

Uvoľňovanie bitcoinov do siete

Riešenie týchto kryptografických úloh majú na starosti ťažiari a to sú v podstate počítače (v minulosti rigy s grafickými kartami, dnes ASIC zariadenia) zapojené v tejto sieti, ktoré ju aj zároveň udržiavajú. Za úspešne vyriešenú úlohu a schválenú transakciu sú odmenení novovytvorenými bitcoinami.

Takéto uvoľňovanie bitcoinov sa postupne spomaľuje (po každých 210 tisíc vyťažených blokoch nastáva tzv. halving – spomalenie uvoľňovania o polovicu a to je približne každé 4 roky), až sa jedného dňa zastaví úplne. Vtedy bude celkový počet bitcoinov v obehu 21 miliónov. Toto sa nedá nijakým spôsobom ovplyvniť. Posledný bitcoin bude vyťažený niekedy v roku 2140.

„Uvoľňovanie bitcoinov v sieti sa postupne spomaľuje, približne každé 4 roky o polovicu (tzv. halving). Nakoniec sa zastaví úplne a bude ich stanovený počet 21 miliónov.“

Bude to znamenať koniec pre Bitcoin? Nie. Za schvaľovanie transakcií budú ťažiari stále odmeňovaní vo forme transakčných poplatkov. Preto budú mať dôvod udržiavať sieť aj naďalej, no v budúcnosti ich môže v sieti ubudnúť a Bitcoin sa tak stane menej decentralizovaným (o tom neskôr).

Proof of Work je úžasný a geniálny systém overovania transakcií. Ale nie je úplne dokonalý. Dôkaz o práci sa v podstate používa na určenie toho, ako blockchain dosiahne konsenzus. Inými slovami, ako si môže byť sieť istá, že transakcia je platná, a že sa ju niekto nepokúša sfalšovať. Kryptografia používa matematické rovnice, ktoré sú také ťažké, že ich dokážu vyriešiť iba výkonné počítače. Žiadna rovnica nie je nikdy rovnaká, čo znamená, že akonáhle bude vyriešená, sieť vie, že transakcia je autentická. Na to je však potrebné značné množstvo energie. Taktiež je tento systém obmedzený v počte transakcií, ktoré dokáže vykonávať súčasne.

Nevýhody Proof of Work:

• Veľké nároky na výpočtový výkon – pálenie veľkého množstva energie
• Relatívne slabá výkonnosť pre spracovanie veľkého množstva transakcií naraz

Vďaka tomu sa vytvorili ďalšie mechanizmy konsenzu, pričom jedným z najpopulárnejších je tzv. dôkaz podielu (Proof of Stake). Proof of Stake (PoS) prvýkrát vytvorili v roku 2012 dvaja vývojári menom Scott Nadal a Sunny King. V čase svojho uvedenia zakladatelia tvrdili, že Bitcoin a jeho model Proof of Work si vyžaduje ekvivalent denných nákladov na elektrinu v hodnote 150 000 dolárov.

V čom je teda Proof of Stake lepší?

Počiatočné výhody zahŕňajú spravodlivejší a rovnocennejší systém ťažby, škálovateľnejšie transakcie a menšie spoliehanie sa na elektrinu. Výsledkom je, že druhá najpopulárnejšia kryptomena na svete – Ethereum je v procese pokusu o prechod z Proof of Work na Proof of Stake. Ďalšie dve veľmi populárne kryptomeny Cardano a Polka Dot už na Proof of Stake fungujú.

Najzrejmejším dôvodom je diskusia o pôvodnom „osvojiteľovi“ Proof of Work, ktorým je práve blockchain Bitcoinu. Vyťaženie celého bloku trvá približne 10 minút. Bitcoinový blockchain navyše dokáže spracovať len okolo 7 transakcií za sekundu.

To viedlo k značnému zvýšeniu poplatkov za transakcie od začiatku projektu v roku 2009. Napríklad poplatky za bitcoiny spočiatku stáli len malý zlomok centa, vďaka čomu bola sieť užitočná na prevod malých súm. Počas najrušnejšieho obdobia, v decembri 2017, sa to však zvýšilo až na 40 dolárov za transakciu.

Aj keď sa tieto poplatky odvtedy znížili, sú stále príliš vysoké na to, aby boli vhodné, ako globálny platobný systém. Väčšina z týchto problémov je spôsobená najmä obmedzeniami v rámci Proof of Work.

Bitcoin sa nebude ťažiť donekonečna

Ďalej, keď sa vyťaží posledný bitcoin a ťažiari nebudú mať dôvod na poskytovanie výpočtového výkonu pre sieť, lebo už nebude čo ťažiť a zárobky na transakčných poplatkoch nebudú dostatočné, veľa z nich svoju prácu ukončí. Tým sa zníži počet uzlov v sieti a Bitcoin bude o dosť menej decentralizovaný. Navyše ten, kto bude vlastniť 51% alebo viac výpočtového výkonu bude môcť sieť ovplyvňovať. To bude pre Bitcoin dosť zlé.

Proof of Stake odmeňuje držiteľov mincí podľa toho, koľko ich vo svojej peňaženke majú. Tým, že tieto mince držia, sa zároveň stávajú ďalším uzlom v sieti. Po začatí transakcie sa údaje vkladajú do bloku o veľkosti 1 megabajt, a potom sa duplikujú v ďalších uzloch v sieti. Uzly sú správnym orgánom blockchainu a overujú legitimitu transakcií v každom bloku.

Proof of Work za týmto účelom rieši zložité kryptografické rébusy, čo stojí značné množstvo energie potrebnej pre výpočtový výkon siete. Cieľom Proof of Stake je vyriešiť tento problém priradením ťažobnej sily k podielu mincí, ktoré daný užívateľ drží. Týmto spôsobom sa namiesto použitia energie na riešenie hádaniek obmedzuje ťažba podľa percenta transakcií, ktoré odrážajú jeho vlastnícky podiel. Napríklad ťažiar, ktorý vlastní 3% dostupných mincí, môže ťažiť iba 3% z blokov. Aj preto sa jedná o férovejší systém odmeňovania.

Navyše, tu odpadá riziko ovplyvňovania (ohrozovania) siete. Pretože ten, kto by chcel sieť ovplyvniť by musel vlastniť 51% danej kryptomeny. Ovplyvnením by však narušil sieť a kryptomena by strácala hodnotu a tým by strácali hodnotu aj jeho vlastné mince, ktoré drží. Preto aj keby niekto vlastnil takýto podiel, bolo by v jeho najlepšom záujme udržiavať sieť zabezpečenú a nedotknutú.

Prvé kryptomeny s Proof of Stake

Spomeňme si ešte, že prvé kryptomeny, ktoré prijali Proof of Stake boli Peercoin, NXT coin, Blackcoin a ShadowCoin. Peercoin však využíva obe metódy (PoW aj PoS). No a ako sme spomínali, na Proof of Stake už prechádza aj Ethereum. Ďalej poznáme napríklad Cosmos (ATOM) a Algorand (ALGO), ktoré taktiež využívajú PoS.

Blockchain je úžasný kus technológie a softvéru, respektíve ich kombinácia. Tieto geniálne výdobytky sa stále vylepšujú a zdokonaľujú. O ďalších pokrokoch v tejto sfére vás budeme na našom blogu informovať v podobe nových článkov a ďalších príspevkov.