Wat is blockchain - Sebastiaan Verdonk

Wat is blockchain?

In dit artikel wordt blockchain helder uitgelegd. Gedurende mijn onderzoek naar blockchain, heb ik zo veel mogelijk informatie tot mij genomen. Bij veel blogs, papers, masterclasses, lezingen en documentaires vond ik een uitleg die vaak alleen voor Bitcoin van toepassing is. Bitcoin is weliswaar de eerste en meest bekende vorm van blockchain, maar zeker niet enige. Daarnaast zijn veel artikelen te simplistisch, onvolledig en/of passen schrijvers verkeerde principes toe. Daarom begin ik in dit artikel bij het begin: Wat is blockchain?

Mocht je hierna nog vragen hebben sta ik open voor het beantwoorden hiervan :-).


Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk - Double Spending Problem
Double Spending Problem

Blockchain is ontstaan toen Satoshi Nakamoto, bedenker van Bitcoin, een probleem ondervond. Bij het ontwerpen van een elektronisch betaalmiddel, liep hij tegen het double spending problem aan. Wanneer je een transactie doet met digitaal geld, hoe zorg je er dan voor dat je geld niet twee keer kan uitgeven? Nakamoto heeft dit opgelost door gebruik te maken van een block chain. In 2009 publiceerde Satoshi Nakamoto ‘Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System’ waar hij de block chain-techniek uitlegt en het dubbel spenderen oplost. Hierin werd geschreven over block chain, nog uit elkaar. Inmiddels is het een begrip geworden om de techniek te beschrijven en wordt blockchain aan elkaar geschreven.

De principes van de Bitcoin blockchain vind je in alle andere blockchain terug. Ik ga één voor één op die principes in. Er bestaat echter geen garantie dat wanneer een systeem een blockchain genoemd wordt, dit aan al deze principes voldoet.

Wat is blockchain?

Blockchain is een digitaal systeem waarmee transacties voltrokken worden en bezit gevolgd kan worden in een netwerk. Deze transacties worden opgeslagen in blokken die door middel van encryptie aan elkaar zijn gelinkt.

Iedere blockchain kan andere regels voor validatie hebben of net een andere manier van encryptie. Toch volgen transacties binnen verschillende blockchain altijd dezelfde principes:

  1. Iemand verzoekt een transactie.
  2. De transactie wordt naar alle deelnemers van het netwerk verstuurd.
  3. Elke deelnemer kijkt of de transactie voldoet aan de opgestelde validatieregels.
  4. Gevalideerde transacties worden in een blok opgeslagen en door encryptie geborgd.
  5. Alle deelnemers controleren of de borging door encryptie klopt.
  6. Het goedgekeurde blok wordt door encryptie gelinkt aan het vorige blok.

De transactie ligt nu vast in de blockchain waardoor het niet meer aangepast of verwijderd kan worden.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk -Blockchain transactie uitgelegd
Blockchain transactie uitgelegd

Trust by design

Blockchain zorgt op deze manier voor vertrouwen. Traditionele systemen zoals banken leggen het vertrouwen in een enkele of verschillende autoriteiten. Een autoriteit zorgt voor een afhankelijkheid en daarbij een risico. De validatie van transacties door een autoriteit moet altijd door één punt, als dat wegvalt is validatie niet meer mogelijk.

Blockchain is gedistribueerd en duurzaam. De boekhouding aan transacties is gedeeld en wordt bij elke nieuwe blok bij iedereen bijgewerkt. Het bestaan van de blockchain wordt door iedereen in het netwerk gedragen en is niet afhankelijk van een autoriteit of organisatie.

Transparant en controleerbaar. Iedereen in het netwerk kan alle transacties inzien. Alle deelnemers kunnen transacties valideren en de identiteit van eigenaren verifiëren zonder tussenkomst van een autoriteit of ander derde partij, eigendom is hierbij te herleiden naar transacties die openbaar zijn.

Vertrouwen door consensus in transacties. Alle netwerkdeelnemers moeten het eens zijn met de transacties. Door een consensus algoritme worden de regels bepaald van de overeenkomst waar een transactie aan moet voldoen. Dit is voor iedere blockchain anders, wat het lastig maakt om eenduidig te vertellen hoe blockchain dit doet.

Onveranderlijke borging door encryptie. Niemand kan een transactie aanpassen nadat het vast is gelegd in de blockchain. Transacties in blokken worden cryptografisch vastgelegd, waardoor het onveranderlijk geborgd kan worden.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk -Blockchain simpel weergegeven
Blockchain simpel weergegeven

Technische eigenschappen

Ik heb hierboven beschreven wat de basis van blockchain is door relatief eenvoudige principes te beschrijven. Om deze principes mogelijk te maken zijn er ook een aantal eigenschappen nodig die beschrijven hoe het blockchain systeem zich gedraagt. Om deze principes mogelijk te maken zijn er ook een aantal eigenschappen nodig die beschrijven hoe het blockchain systeem zich gedraagt: Distributie, cryptografie en consensus. Ik heb dit de technische eigenschappen genoemd, waarvoor ietwat specifieke kennis benodigd is. De technische eigenschappen kunnen verschillen per blockchain. De volgende gegeven beschrijvingen zijn overeenkomsten tussen de verschillende  blockchain.

Gedistribueerd Identieke kopieën van de huidige blockchain zijn bij iedere node(deelnemer) van het blockchainnetwerk opgeslagen. Nieuwe nodes krijgt een kopie van de meest recente blockchain waardoor ze nieuwe transacties kunnen valideren aan de hand van zijn eigen kopie van de blockchain. De peer-to-peer eigenschap van een gedistribueerd netwerk zorgt ervoor dat een transactie direct tussen zender en ontvanger plaatsvindt, zonder tussenkomst van een centrale autoriteit. Gedistribueerd betekent ook dat nodes weg kunnen vallen zonder dat de integriteit van het netwerk in gevaar komt. Een node heeft altijd meerdere verbindingen en kan nieuwe verbindingen maken om een stabieler netwerk te creëren.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk - Centraal Netwerk
Centraal Netwerk
Bij een centrale netwerkstructuur zouden transacties eerst door het centrale punt moeten voordat de transactie bij de ontvanger terecht kan komen. Deze structuur is kwetsbaar. Want wanneer het centrale punt wegvalt, is er geen transactiemogelijkheid meer. Facebook is bijvoorbeeld centraal, al je berichtjes worden op één centrale plek opgeslagen. Daarbij is alles wat jij op Facebook ziet ook op één centrale plek opgeslagen.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk - Decentraal netwerk
Decentraal netwerk
Een decentraal netwerk heeft nog steeds last van centrale punten waar transacties doorheen moeten. Decentraal zijn gecentraliseerde netwerken waarbij de centrale punten van de groepen met elkaar verbonden zijn. De gecentraliseerde eigenschappen zijn nog steeds terug te vinden. Wanneer een centraal punt wegvalt, zijn namelijk niet alle groepen meer bereikbaar. Hierdoor zijn de centrale punten nog steeds kwetsbaar.

E-mail kun je zien als decentraal. De e-mailservice die je gebruikt, bewaart jouw mail op een server Een ontvanger kan een andere e-mailservice gebruiken en slaat mail op een andere plek op. Die servers communiceren met elkaar en zorgen ervoor dat je elkaars mail kan lezen.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk - Gedistribueerd netwerk
Gedistribueerd netwerk
Bij een gedistribueerd netwerk, ook wel mesh of peer-to-peer genoemd, bestaan er meer verbindingen. Deelnemers zijn vrij om met elkaar verbindingen te maken. Wanneer een deelnemer wegvalt, zijn er nog steeds vele mogelijkheden om via andere deelnemers een verbinding te maken of een nieuwe verbinding te maken. Het netwerk is goed bestand tegen aanvallen door de vele verbindingen die mogelijk zijn en veerkracht die er daardoor bestaat.

Peer-to-peer is ook bekend door het bittorrent protocol. Wanneer je een film, muziek of applicatie downloadt, stel je hem tegelijk beschikbaar voor andere om te downloaden.

Cryptografisch – Alle transacties worden geborgd in blokken, met een bepaald aantal transacties per blok. Een blok bevat naast de transacties een header, hierin staan identificerende informatie van het blok en blockchain protocol. In de header staan bijvoorbeeld de protocol versie en een referentie naar het vorige blok. Een blockchain begint met een eerste blok genaamd de genesis. Dit blok krijgt een unieke waarde in de header, de genesis hash. Een hash is een cryptografische functie waarmee een unieke waarde van een bepaald aantal karakters wordt gegenereerd. Een hash-functie gaat maar één kant op, Dit betekent dat je van een waarde een hash kan genereren, maar van die hash niet de waarde kan herleiden. In deze header staat ook de merkle root, dit is simpel gezegd de hash van alle transacties. Er staat meer is deze header, zoals een tijdsaanduiding en een nonce, een unieke en willekeurige cijferreeks. Dit is allemaal bedoeld om de header zo uniek mogelijk te maken. Het eerstvolgende blok is blok 1, dit bevat de hash van de header van het genesis blok. Hiermee zijn de transacties van de genesis blok cryptografisch geborgd in blok 1. Bij ieder nieuw blok wordt de hash van de header van het vorige blok gebruikt om alle vorige transacties te borgen in het nieuwste blok. Deze cryptografische eigenschap is de essentie van een blockchain.

De naam cryptocurrency, komt hier ook vandaan omdat door cryptografie elektronische betaaltransacties geborgd en beveiligd worden.

Wat is blockchain? - Sebastiaan Verdonk -Technische Blockchain Blocks
Technische inhoud van blockchain blokken

Consensus – Iedere blockchain heeft een andere manier van validatie. Bij Bitcoin heet dit het proof of work-protocol bewijs dat iemand significante hoeveelheid rekenkracht heeft gebruikt voor het oplossen van een cryptografisch probleem. Dit is een probleem wat bewust zeer moeilijk op te lossen is, maar zeer makkelijk te verifiëren is. Een voorbeeld hiervan is het iteratief proberen om tot een bepaalde hash te komen. Dit wordt mining genoemd omdat degene die het oplost een beloning krijgt. Een andere manier is proof of stake, hierbij wordt de validatie van het volgende blok op basis van willekeur geselecteerd. Dit is om te vervangen dat degene met de meeste rekenkracht een monopolie heeft op het valideren van transacties. Iedere blockchain kan een ander consensusprotocol hanteren. Meestal zijn dit verbeteringen op bestaande protocollen of zijn ze beter voor de toepassing die ermee bereikt wordt. Veel consensusprotocollen zijn een verbetering op proof of work, zoals proof of stake, proof of burn, proof of space, etc.

De mogelijkheden van blockchain

Een blockchain heeft een cryptocurrency coin of token. Deze coins hebben een bepaalde waarde die uit te drukken is in market capitalization(prijs maal circulerende voorraad), de relatieve marktwaarde ten opzichte van andere cryptocurrencies. Van Bitcoin ligt de dominantie binnen de markt rond de 50 procent, het actuele percentage is te vinden op Coinmarketcap. In het geval van Bitcoin borg je alleen een cryptocurrency-transactie, maar met blockchain kun je nog meer borgen.

Na Bitcoin is Ethereum met een market cap. van rond de 10 procent de tweede blockchain. Ethereum is gestart in 2014 en opgezet om smart contracts te borgen. Smart contracts zijn applicaties die je zelf kunt programmeren die uitval, censuur, fraude of tussenkomst van derde partijen tegengaat door middel van blockchain. Een van de toepassingen is het afsluiten van contracten met verschillende partijen waarbij je alle verschillende voorwaarde dynamisch met alle partijen kunt regelen.

Een andere grote blockchain met een andere toepassing is Ripple, in 2012 opgezet door banken en financieel instituten en een private blockchain in tegenstelling tot Bitcoin en Ethereum. Dit is een privaat systeem op basis van permissie en bepaalde gecentraliseerde aspecten. Dit staat haaks tegenover Bitcoin wat publiek is, geen permissies kent en en gedistribueerd is. Ripple zorgt voor directe betalingen tussen banken, financiële instanties en bedrijven. Tussen banken zijn betalingen eigenlijk nooit direct mogelijk, er zitten altijd verschillende instanties zoals betalingsverwerkers tussen. Hierdoor kan een betaling dagen duren, zijn er hoge kosten en bestaan er risico’s. Ripple lost dit op, waardoor dergelijke betalingen goedkoper, sneller en veiliger kunnen. Onder de Nederlandse banken zijn ING, Rabobank en ABN-AMRO hiermee aan het experimenteren. De bekendste huidige leden van Ripple zijn onder andere Santander, American Express en UniCredit, samen met nog 27 internationale financieel instituten.

Naast de financiële oplossingen en smart contracts kun je ook denken aan supply chain. Je kunt de transacties die een product doorgaat van origine naar consument en alle tussenstations borgen. Dit geeft inzichtelijkheid in bijvoorbeeld de mate van Fairtrade waardoor je zeker kan zijn van de herkomst van je product. Denk aan een visser die vis aan boord haalt en borgt waar, wanneer en waarmee hij dit binnenhaalt. Vervolgens waar, wanneer en voor hoeveel de visser dit verkoopt bij de visafslag en wanneer en hoe dit wordt verkocht . Wanneer je de vis ingevroren in huis haalt of hij vers in het restaurant aankomt, weet je precies wat er met de vis is gebeurd.

Naast voorgenoemde voorbeelden kan de blockchain nog in vele andere domeinen van pas komen. Denk hierbij aan beveiliging, communicatie, data, identiteit, gaming, gokken en privacy. Een andere toepassing waar we nu bij FED mee bezig zijn, is het borgen van leerervaring en competenties. Zie de vis dan als student, hij wordt niet verhandeld maar leert op school, bij bedrijven en online. Het zou voor de (eeuwige)student geweldig zijn als al deze leer- en werkervaringen op een innovatieve manier geborgd kunnen worden.

Bronnen

Nakamoto, Satoshi. “Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.” Bitcoin – Open Source P2P Money, 2009, bitcoin.org/bitcoin.pdf.
Gupta, Manav. Blockchain for Dummies. IBM Limited Edition ed., John Wiley & Sons, 2017, public.dhe.ibm.com/common/ssi/ecm/xi/en/xim12354usen/XIM12354USEN.PDF.
Samman, George. “How Transactions Are Validated On A Distributed Ledger.” SAMMANTICS, 8 Mar. 2016, sammantics.com/blog/2016/3/6/how-transactions-are-validated-on-a-shared-ledger.
“Bitcoin Developer Guide.” Developer Guide – Bitcoin, 15 Nov. 2017, bitcoin.org/en/developer-guide.
“Ethereum/Wiki.” GitHub, 31 Oct. 2017, github.com/ethereum/wiki/wiki/Proof-of-Stake-FAQ.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *