Op 31 oktober 2008 publiceerde een persoon die zichzelf Satoshi Nakamoto noemde een wetenschappelijk artikel getiteld Bitcoin: een peer-to-peer elektronisch geldsysteem. In dit Witboek beschrijft hij de belangrijkste principes van het toekomstige Bitcoin-protocol.
Het is bijna 15 jaar geleden dat het Witboek werd gepubliceerd, en ondanks de vele ontwikkelingen die sindsdien met betrekking tot het protocol zijn gemaakt, is dit document niet wat verouderd. Het stelt ons vandaag nog steeds in staat om de eerste doelstellingen van Bitcoin te begrijpen en de ingenieuze mechanismen die ervoor zorgen dat Bitcoin goed functioneert. Als er één boek is dat je moet lezen om Bitcoin te begrijpen, dan is het dit wel.
Aangezien het een wetenschappelijk artikel is, lijkt het lezen ervan misschien sober. In dit artikel gaan we eenvoudig uitleggen wat Satoshi Nakamoto beschrijft in de Bitcoin White Paper.
Het Bitcoin-witboek begint met een licht te werpen op de beperkingen van elektronische transactiesystemen die al in 2008 bestonden. In de tweede zin hekelt Satoshi de zwakke punten van het vertrouwensmodel voor deze betalingen, die afhankelijk zijn van derden.
Volgens hem hebben elektronische betalingssystemen inherente kosten en onzekerheden, vooral met betrekking tot conflictoplossing en fraude. Ze staan geen kleine transacties toe en zijn niet geschikt voor sommige handelaren, omdat ze niet de mogelijkheid bieden om onomkeerbare betalingen te doen.
Om dit probleem op te lossen, stelt Satoshi voor om een elektronisch betalingssysteem te gebruiken dat gebaseerd is op cryptografisch bewijs, in plaats van op vertrouwen. Hij wil dat twee partijen een transactie kunnen uitvoeren zonder tussenkomst van een centrale autoriteit. Dat systeem is Bitcoin.
Wanneer we deze introductie analyseren, begrijpen we dat het primaire doel van Bitcoin was om een elektronisch betalingssysteem aan te bieden dat geen vertrouwen vereist. Tot slot wilde Satoshi, zoals de titel van het Witboek beschrijft, een peer-to-peer elektronisch geldsysteem creëren.
Aan het einde van de introductie legt Satoshi uit dat het Bitcoin-protocol in de eerste plaats een voorstel is om het probleem van dubbele uitgaven op te lossen door gebruik te maken van een gedistribueerde tijdstempelserver, maar daar zal ik in de volgende delen nader op ingaan.
Transacties
In dit tweede deel beschrijft Satoshi Nakamoto wat een munt vertegenwoordigt op Bitcoin. Hij legt ons uit dat deze munten worden vertegenwoordigd door een ketting van elektronische handtekeningen. Ten slotte beschrijft hij wat later „UTXO's” zal worden genoemd, d.w.z. niet-bestede transactie-uitstromen.
De persoon die bitcoins ontvangt, kan vervolgens de verschillende eerdere elektronische handtekeningen verifiëren om terug te gaan naar de creatie van de munt. Op deze manier kan hij verifiëren dat de bitcoins die hij ontvangt legitiem zijn.
Een asymmetrisch cryptografiesysteem wordt gebruikt om sleutelparen en handtekeningen te genereren. In dit deel moet worden begrepen dat openbare sleutels worden gebruikt om bitcoins te ontvangen en dat privésleutels worden gebruikt om bitcoins te ondertekenen en uit te geven.
In de paragraaf na dit diagram beschrijft Satoshi een probleem met peer-to-peer elektronische geldsystemen: De dubbele uitgaven. In een gecentraliseerd systeem is er, net als bij banken, een centrale entiteit die ervoor moet zorgen dat dezelfde munteenheid niet twee keer wordt uitgegeven. Als Alice bijvoorbeeld $10 op haar bankrekening heeft staan en deze naar Bob stuurt, dan kan Alice diezelfde $10 niet terugsturen naar Charles. Op deze manier voorkomt de bank dubbele uitgaven.
Maar in een gedecentraliseerd systeem zoals Bitcoin wil je niet dat betalingen afhankelijk zijn van een centrale entiteit zoals een bank. Onthoud de introductie van Satoshi: je moet de noodzaak van vertrouwen in het systeem elimineren.
Vervolgens legt hij ons uit dat er een manier nodig is voor de begunstigde van een transactie om ervoor te zorgen dat de vorige eigenaar van de munt dezelfde munt in het verleden niet al heeft uitgegeven. Met andere woorden, de begunstigde moet ervoor kunnen zorgen dat een eerdere transactie niet bestaat. En volgens Satoshi De enige manier om te bevestigen dat er geen transactie is, is door op de hoogte te zijn van alle transacties.
Tijdstempelserver
Elke deelnemer moet dus toegang hebben tot alle transacties in het verleden, om te kunnen bewijzen dat hij bij ontvangst van een transactie in feite de eerste is die de vastgelegde bitcoins uitgeeft. Hiervoor is het Bitcoin-protocol afhankelijk van een gedistribueerde tijdstempelserver. Dit is wat je waarschijnlijk kent onder de naam „Blockchain”. Transacties worden gegroepeerd in blokken en elk blok wordt na elkaar gepubliceerd. We kunnen dan een tijdstip op een gepubliceerde transactie zetten en bevestigen dat deze bestond op het moment van de tijdstempel.
Elk blok bevat de afdruk van het vorige blok om een ketting te vormen, zodat elk nieuw blok het vorige blok versterkt. Daarom hebben we het vandaag over „blockchain”.
Deze server moet onder alle gebruikers worden gedistribueerd, zodat iedereen kan bevestigen dat er in het verleden geen transactie is geweest, zonder gebruik te maken van een vertrouwde derde partij. Op deze manier worden dubbele uitgaven aan het Bitcoin-systeem vermeden.
Bewijs van werk
Dit is een van de meest interessante onderdelen van het Witboek, aangezien Proof-of-Work de kern van Bitcoin vertegenwoordigt. Satoshi laat ons kennismaken met dit concept als een mechanisme dat lijkt op het protocol. Hashcash van Adam Back.
Om een blok binnen de blockchain als geldig te beschouwen, moet de hash van de header kleiner zijn dan een bepaald doel. Een waarde die vrij kan worden aangepast (de nonce) wordt in elk blok verhoogd. Deelnemers kunnen dus verschillende willekeurige waarden proberen, totdat de hash van hun blok kleiner is dan het doel. Dit proces is wat tegenwoordig bekend staat als 'mijnbouw'.
Satoshi wijst ons erop dat, aangezien de blokken aan elkaar zijn gekoppeld, het wijzigen van een blok in het verleden noodzakelijkerwijs vereist dat al het bewijs van het werk van de latere blokken opnieuw moet worden uitgevoerd. Daarom wordt een Bitcoin-transactie steeds onveranderlijker naarmate nieuwe blokken worden gedolven.
Het doel wordt regelmatig aangepast om de mijnbouwproblemen aan te passen aan de evolutie van de rekenkracht die op het netwerk wordt ingezet.
Technisch gezien lost proof of work dus het probleem op van het definiëren van het meerderheidsbesluitvormingsproces in een peer-to-peer-systeem. In het vorige deel hebben we inderdaad gezien dat alle gebruikers hun eigen tijdstempelserver moeten onderhouden, met een lijst van alle uitgevoerde transacties. We hebben dus een manier nodig waarop de deelnemers overeenstemming kunnen bereiken over een unieke versie van deze blockchain. Om dit te doen, beschouwen eerlijke knooppunten op het netwerk de blockchain met de grootste hoeveelheid geaccumuleerd werk als de legitieme.
Tot 2010 dacht Satoshi dat de langste ketting de ketting was met het meeste geaccumuleerde werk. Daarom verwijst hij in zijn Witboek naar „de langste ketting”. Het is echter de keten met het meeste geaccumuleerde werk dat sinds 2010 door Bitcoin-knooppunten als geldig wordt beschouwd. Dit kanaal is dus niet noodzakelijk de langste, in tegenstelling tot wat Satoshi in 2008 dacht.
Er moet inderdaad een manier worden gevonden waarop deelnemers kunnen stemmen op de versie van het kanaal die zij als legitiem beschouwen. Aangezien we niet willen dat Bitcoin afhankelijk is van een centrale autoriteit, is het natuurlijk onmogelijk om de identiteit van elke deelnemer te verifiëren om bedrog in het stemsysteem te voorkomen. We moeten daarom een manier vinden om te stemmen op basis van objectieve gegevens, om het netwerk niet afhankelijk te maken van menselijke interventies.
Satoshi legt ons uit dat Bitcoin had kunnen bepalen dat een IP-adres gelijk was aan een stem. Maar het probleem met dit mechanisme is dat het heel eenvoudig is om IP-adressen te vermenigvuldigen om te bedriegen en de uitslag van de stemming te beïnvloeden. Dit is wat we in de informatica een Sybil-aanval noemen.
Integendeel, door Proof-of-Work te gebruiken en door te bepalen dat de knooppunten in de keten synchroniseren met de grootste hoeveelheid geaccumuleerd werk, loste Satoshi dit probleem van het meerderheidsbesluitvormingsproces op. Eén stem op Bitcoin is dus gelijk aan één eenheid rekenkracht. Het meerderheidsbesluitvormingsproces is gebaseerd op objectieve gegevens die kosten met zich meebrengen voor de gebruiker in termen van elektriciteitsverbruik en processortijd.
Proof-of-work is in wezen één CPU-één-stem.
Kortom, bewijs van werk maakt het mogelijk om aanzienlijke marginale kosten op te leggen aan de vermenigvuldiging van stemmen. Het is daarom een maatregel om Sybil-aanvallen op het meerderheidsbesluitvormingsproces van het Bitcoin-protocol te beperken.
Met deze eerste delen biedt Satoshi Nakamoto ons al een eerste overzicht van de mechanismen van het Bitcoin-protocol. We ontdekken dat het operationele kader gebaseerd is op digitale handtekeningen die de overdracht van munten mogelijk maken. Dit maakt controle over het onroerend goed mogelijk, maar voorkomt niet het risico van dubbele uitgaven. Een gedistribueerde tijdstempelserver (de blockchain) wordt vervolgens gebruikt om een overzicht te hebben van eerdere betalingen, waardoor het mogelijk is om de afwezigheid van een transactie te bevestigen. Om ervoor te zorgen dat gebruikers het eens worden over een enkele versie van deze blockchain, gebruikt Bitcoin een gevestigd consensusmechanisme op basis van bewijs van werk.
We moeten echter nog verschillende onderdelen samen analyseren. We zullen moeten wachten tot de publicatie van onze volgende artikel, volgende week, om meer te ontdekken. Daar zullen we ontdekken:
hoe het Bitcoin-netwerk werkt;
de mijnbouwbonus en de uitgifte van geld;
benodigde schijfruimte en de optie voor lichtgewicht knooppunten;
de structuur van een Bitcoin-transactie;
en de vertrouwelijkheid van betalingen.
Tot slot zal ik u gewoon het beroemde deel 11 van het Witboek uitleggen, dat op het eerste gezicht misschien sober lijkt, maar dat van het grootste belang is voor het begrijpen van Bitcoin.
.png)
.png)
.png)
