Biała Księga Bitcoina: Rozszyfrowanie

Efekty kształcenia: 

Po przeczytaniu tego artykułu będziesz rozumieć:

1. Cel białej księgi i jej docelowi odbiorcy
2. Podstawy technologiczne
3. Podstawowy przypadek użycia Bitcoina
4. W jaki sposób sieć Bitcoin tworzy strukturę umożliwiającą dokonywanie płatności bez udziału strony trzeciej?
5. Dlaczego Biała Księga Bitcoina ma autora pod pseudonimem 

Biała Księga Bitcoina: Rozszyfrowanie

Bitcoin to cyfrowa sieć płatności, która umożliwia wymianę własnej, cyfrowo rzadkiej waluty bez zaufanej strony trzeciej.

Przyczynę, dla której stworzony został Bitcoin, a także sposób, w jak działa jego system bez centralnego organu, wyjaśniono w dokumencie o nazwie Biała Księga Bitcoin.

Co to jest biała księga?

Biała księga (ang. white paper) to streszczenie głównej koncepcji lub pomysłu, często prezentujące rozwiązanie konkretnego problemu. 

Przed opublikowaniem swojej białej księgi Satoshi Nakamoto (pseudonim twórcy bitcoina) zachęcił do dyskusji na temat swojego pomysłu dotyczącego nowego systemu monetarnego. 31 października 2008 roku poprosił subskrybentów kryptograficznej listy mailingowej o ich opinie. Następnie na swojej domenie opublikował białą księgę. 

Bitcoin: co, dlaczego i jak  

Biała Księga Bitcoina stara się odpowiedzieć na trzy kluczowe pytania: co, dlaczego i jak. Streszczenie rozpoczyna się odpowiedzią na pytanie co to jest Bitcoin. 

„Elektroniczna gotówka występująca wyłącznie w wersji peer-to-peer (równy z równym) pozwoliłaby na przesyłanie płatności online bezpośrednio między stronami, bez pośrednictwa instytucji finansowych.”

Rozdział wprowadzający przewiduje pojawienie się oczywistego pytania: dlaczego taki bezpośredni system elektronicznej gotówki jest nam w ogóle potrzebny? Co jest nie tak z obecnie istniejącym?

Po co nam Bitcoin? 

Powody uzasadniające potrzebę wprowadzenia Bitcoina, jakie przedstawia Satoshi, opierają się na krytyce istniejącego scentralizowanego systemu bankowego.

Pośrednictwo: Banki wydają pieniądze na rozstrzyganie sporów, za co klienci płacą w opłatach transakcyjnych.

Limity transakcji: Pośrednictwo nie jest dla banków na tyle opłacalne, aby pozwolić na mikropłatności, a to eliminuje potencjalnych użytkowników w krajach rozwijających się.

Odwracalność płatności: Płatności nie można uznać za sfinalizowane, ponieważ pośrednicy mogą je cofnąć.

Zaufanie: Banki wymagają Twoich danych osobowych; ufasz, że Twój bank będzie chronił te informacje.

Oszustwa: System bankowy oparty na zaufaniu nieuchronnie przyciąga oszustów. Koszty tego ponoszą klienci.

Zaufanie centralnej władzy: Satoshi dostrzegł, że konieczność zaufania władzy w kwestii kontroli nad podażą pieniądza jest znaczącym problemem, który należy naprawić.

Chcąc przejść od problematycznego scentralizowanego systemu bankowego do swojej zdecentralizowanej wizji, Satoshi musiał przezwyciężyć istotny problem, z którym wcześniejsze próby stworzenia zdecentralizowanego pieniądza sobie nie poradziły: jak sprawić, by te same środki nie były wydawane dwukrotnie (problem podwójnego wydatkowania).

Rozwiązanie podwójnego wydatkowania za pomocą łańcucha własności

Sieć Bitcoin rozwiązuje kwestię podwójnego wydatkowania poprzez zdefiniowanie „monety” jako historycznego łańcucha własności. Alice może przesłać bitcoin Bobowi poprzez podanie ważnego podpisu (prywatnego klucza) własności i publicznych danych (adresu) kolejnej osoby w łańcuchu własności, tj. Boba.

Podpisy Bitcoina są szyfrowane, aby zapewnić anonimowość i bezpieczeństwo. Jednak, aby w ramach sytemu móc zweryfikować, czy monety przekazane dalej za pomocą podpisów zostały wydatkowane tylko raz, konieczne są weryfikowalne znaczniki czasowe.

Znacznik czasu i blockchain

Jeśli Alice, Bob i większa sieć prowadzą zapis transakcji, jedyną informacją rozstrzygającą wszelkie spory odnośnie do tego, która transakcja jest ważna, jest stały znacznik czasu – stały, czyli taki, którego nie da się zmienić.

Satoshi stworzył zdecentralizowaną wersję dzieła Stuarta Habera i Scotta Stornetty, którzy w latach 90. wykorzystali ogłoszenia publikowane w New York Timesie jako analogową metodę znakowania czasu. 

Dane transakcji bitcoinowej są grupowane w blokach danych, nadawany jest im znacznik czasu, a następnie są poddawane funkcji hash (operacji kryptograficznej polegającej na wygenerowaniu identyfikatora zawsze o jednakowej długości). Co ważne funkcja hash uwzględnia znacznik czasu chronologicznie poprzedniego bloku danych tak, by stworzyć łańcuch – obecnie powszechnie znany jako łańcuch bloków (blockchain).

Kolejnym problemem, jakiemu Satoshi musiał sprostać, było zdecydowanie o tym, które Węzły (ang. Nodes) będą mogły dodać ten blok danych ze znacznikiem czasu i jak zachęcić je do uczciwego postępowania.

Proof-of-work (PoW) & nagrody za blok 

Węzeł (ang. Node), który chce dodać blok transakcji bitcoin, musi udowodnić, że wykonał wystarczającą pracę, aby dowieść uczciwości swoich intencji. Gdyby to było zbyt łatwe, sieć zalałaby fala fałszywych danych. 

Rozwiązaniem stał się wymóg, by węzły konkurowały ze sobą w rodzaju loterii, w której zwycięzca może dodać nowy blok do łańcucha. Tą loterią jest algorytm, który dostosowuje stopień trudności do liczby uczestników tak, by zapewnić, że mniej więcej co dziesięć minut ktoś wygra. 

Proces ten tworzy sekwencję stale generowanych bloków i stałą emisję monet.

• Nowe transakcje przekazywane są wszystkim Węzłom.
• Każdy Węzeł zbiera nowe transakcje w blok.
• Każdy Węzeł rywalizuje z innymi o znalezienie PoW dla swojego bloku.
• Kiedy Węzeł znajdzie PoW, przesyła dany blok pozostałym Węzłom.
• Węzły akceptują blok tylko wtedy, gdy wszystkie transakcje są ważne i nie zostały już wydatkowane.
• Węzły wyrażają swoją akceptację bloku, pracując nad stworzeniem następnego bloku w łańcuchu.

Wykorzystanie zachęt

Uruchomienie algorytmu zużywa energię elektryczną, dlatego PoW wiąże się z kosztami. Chcąc zachęcić górników do udziału w procesie, zwycięski Węzeł premiuje się nagrodą za blok w postaci nowo stworzonych bitcoinów oraz wniesionymi przez użytkowników opłatami za przesłane transakcje. 

Nagroda za wydobycie jest programową metodą emisji bitcoina stosowaną przez sieć, która narzuca ograniczenie jego ilości i zapewnia, że bitcoinów nigdy nie będzie więcej niż 21 milionów.

Każdy blok zawiera znacznik czasu poprzedniego bloku w łańcuchu, co zniechęca Węzły do dodawania fałszywych transakcji (podwójnego wydatkowania), bo chcąc utrzymać fałszywe dane w łańcuchu, musiałyby stale wygrywać, a sieć respektuje jedynie najdłuższy łańcuch. Te zachęty motywują Węzły do uczciwych zachowań.

Drzewa skrótów i miejsce na dysku 

Na każdym etapie objaśniania jak działa Bitcoin jako zdecentralizowany system monetarny Satoshi zapobiega potencjalnym problemom. Gdyby każdy blok danych wymagał znaczącej pamięci, cały łańcuch wykorzystywałby zbyt dużo miejsca na dysku przeciętnego komputera, a przez to sieć przestałaby być zdecentralizowana.

Rozwiązaniem stały się drzewa skrótów, wydajny i bezpieczny system kondensowania dużych zestawów danych do prostszej postaci.

Uproszczenie weryfikacji płatności 

Chociaż Biała Księga Bitcoina zasadniczo przeznaczona jest dla odbiorców biegłych w temacie, Satoshi pomyślał o kwestiach praktycznych dotyczących użytkowników końcowych. 

Sieć Bitcoina korzysta na Węzłach pobierających pełne wersje łańcucha, ale małe firmy, które chcą oferować płatności w Bitcoinach mogą być niechętne takiemu zaangażowaniu. Ósmy rozdział Białej Księgi wyjaśnia, jak można zweryfikować płatności bez konieczności uruchamiania pełnego węzła sieci, co często opisywane jest jako Węzeł lekki (lightweight) lub przycięty (pruned).

Łączenie i dzielenie transakcji 

Na początku Białej Księgi moneta jest opisana jako łańcuch podpisów, ale opis ten nie wyjaśnia jak monety można dzielić i ze sobą łączyć. Podzielność jest jedną z kluczowych funkcji pieniądza, więc Satoshi rozwiązał tę kwestię, czyniąc transakcje sumą wpływów i wypływów.

Wpływem będzie zwykle większa wcześniejsza transakcja, która wygeneruje dwa Wypływy: kwotę wydatkowaną i resztę, która jest zwracana jako odrębna transakcja. 

Mówiąc prostym językiem, płatność w wysokości 10 GBP uiszczona banknotem o nominale 20 GBP podzieli się na wydatek w wysokości 10 GBP i odrębnie otrzymaną resztę w wysokości 10 GBP.

Prywatność – anonimowość i pseudonimowość 

Aby Bitcoin funkcjonował jako system zdecentralizowany, wszystkie transakcje muszą być ogłaszane publicznie, bo ten sposób pozwala każdemu funkcjonować jako Węzeł. 

Podawanie danych osobowych podczas transakcji stanowiłoby naruszenie prywatności użytkowników. W celu ochrony danych osobowych informacje udostępniane przez użytkownika komuś, kto ma mu przesłać bitcoiny, są anonimowym ciągiem pomieszanych liter i cyfr. 

Ważne jednak jest, aby rozróżniać anonimowość i pseudonimowość. Publiczne adresy Bitcoin są pseudonimowe, ponieważ można je skojarzyć z innymi informacjami i ujawnić tożsamość użytkownika. 

Dlatego właśnie Biała Księga Bitcoina podaje, że przy każdej nowej transakcji użytkownik powinien generować nowy adres publiczny.

Kalkulacja prawdopodobieństwa zaatakowania Bitcoina

Satoshi rozpoznał jedno istotne zagrożenie: atakujący może spróbować zmienić jedną z własnych transakcji, aby odzyskać pieniądze, które ostatnio wydał.

Chcąc dokonać transakcji podwójnego wydatkowania, wysyłający pieniądze musi uczciwie podpisać transakcję, aby usatysfakcjonować odbiorcę, i jednocześnie musi stworzyć nowy łańcuch, w którym ta transakcja zostanie usunięta. Ponieważ Węzły zawsze śledzą najdłuższy łańcuch, łańcuch fałszywy musi dogonić uczciwy. Satoshi przeanalizował różne scenariusze i ocenił, że stopień trudności narastający z każdym dodatkowym blokiem czyni to praktycznie niemożliwym. 

Biorąc pod uwagę pomyślne, niezakłócone problemami czy podwójnym wydatkowaniem funkcjonowanie Bitcoina, możemy przyjąć, że obliczenia Satoshiego były prawidłowe. Kiedy przyjrzymy się logo Bitcoina, zobaczymy słowa vires in numeris, co po łacinie oznacza „siła w liczbach”. 

Satoshi Nakamoto nigdy nie ujawnił swojej tożsamości i tuż po upływie dwóch lat od opublikowania Białej Księgi Bitcoina zaprzestał wszelkiej komunikacji. Znikając, Satoshi przekazał Bitcoina jego użytkownikom i wzmocnił jego zdecentralizowany aspekt.

Rozpocznij ze Skrill