Lohkoketju

Lohkoketju on hajautettu tietokanta, johon voi lisätä tietoa mutta jonka historiaa ei voi jälkikäteen muuttaa huomaamatta. Sama kirjanpito on tallessa tuhansilla koneilla ympäri maailmaa, eikä kukaan yksittäinen taho omista sitä. Lohkoketju (blockchain suomeksi) on tekniikka bitcoinin, ethereumin ja lähes kaikkien muiden kryptovaluuttojen taustalla.

Mikä on lohkoketju käytännössä?

Ajattele pankin tilikirjaa, jossa jokainen tilisiirto on oma rivinsä. Perinteisesti kirjaa pitää pankki, ja asiakkaat luottavat siihen, että kirjanpito on oikein. Lohkoketjussa samaa kirjaa pitää verkko: jokaisella täydellä solmulla (node) on oma kopionsa, ja solmut tarkistavat toistensa työn.

Tapahtumat eivät mene kirjaan yksitellen. Ne kootaan nipuiksi eli lohkoiksi, ja hyväksytty lohko liitetään edellisen perään. Näin syntyy ketju, joka ulottuu aivan ensimmäiseen lohkoon asti. Bitcoinin ensimmäinen lohko syntyi tammikuussa 2009, ja koko sen jälkeinen tapahtumahistoria on kenen tahansa tarkistettavissa.

Olennainen ero tavalliseen tietokantaan on se, että lohkoketju ei tarvitse keskitettyä ylläpitäjää, joka voisi yksin muuttaa tai poistaa rivejä. Siksi lohkoketjua kutsutaan myös hajautetuksi tilikirjaksi.

Lohkot ja hashit: miksi historiaa ei voi muuttaa

Jokaisessa lohkossa on kolme keskeistä osaa: joukko tapahtumia, aikaleima ja edellisen lohkon tiiviste eli hash.

Hash on matemaattisen funktion tuottama sormenjälki. Bitcoin käyttää SHA-256-funktiota. Syötteen koosta riippumatta tulos on aina samanpituinen, ja pienikin muutos syötteessä muuttaa sormenjäljen täysin. Hashista ei myöskään voi laskea takaperin, mitä alkuperäinen sisältö oli.

Koska jokainen lohko sisältää edellisen lohkon hashin, lohkot lukittuvat toisiinsa. Jos joku muuttaisi vanhan lohkon yhtäkin tapahtumaa, lohkon hash muuttuisi. Silloin seuraavan lohkon viittaus ei enää täsmäisi, eikä sitä seuraavankaan, ketjun loppuun asti. Väärennös vaatisi kaikkien myöhempien lohkojen uudelleenrakentamisen nopeammin kuin muu verkko ehtii lisätä uusia. Suurissa verkoissa se on käytännössä mahdotonta.

Lohkon tapahtumat tiivistetään lisäksi puumaiseen rakenteeseen, jonka huippua kutsutaan Merkle-juureksi. Sen ansiosta yksittäisen tapahtuman voi todentaa lataamatta koko lohkoa.

Konsensus: miten verkko sopii, mikä on totta

Kun kirjanpitoa pitää tuhansia toisilleen tuntemattomia koneita, niiden on sovittava, kuka saa lisätä seuraavan lohkon ja mikä versio historiasta on oikea. Tätä sopimismenettelyä kutsutaan konsensusmekanismiksi. Eri lohkoketjut ratkaisevat asian eri tavoin:

Mekanismi	Miten lohkon lisääjä valitaan	Esimerkkejä
Työnäyttö (proof of work)	Louhijat kilpailevat laskentateholla laskutehtävän ratkaisemisesta	Bitcoin, Litecoin, Dogecoin
Osuusnäyttö (proof of stake)	Validaattorit lukitsevat kolikoita vakuudeksi ja vuorottelevat lohkojen ehdottamisessa	Ethereum, Solana, Cardano
Muut mallit	Esimerkiksi tunnettujen validaattorien keskinäinen äänestys	XRP Ledger

Työnäytössä huijaaminen on kallista, koska se vaatisi valtavasti laskentatehoa ja sähköä. Tästä kerrotaan tarkemmin kryptovaluuttojen louhintaa käsittelevässä oppaassa. Osuusnäytössä vakuutena on validaattorin oma pääoma, ja väärin toimiva validaattori voi menettää osan lukitsemistaan kolikoista.

Ethereum siirtyi työnäytöstä osuusnäyttöön syyskuussa 2022, ja sen energiankulutus laski arviolta 99,95 prosenttia. Mitä osuusnäyttö tarkoittaa tavalliselle käyttäjälle, kerrotaan steikkausoppaassa.

Solmut, lompakot ja avaimet

Lohkoketjussa on kahdenlaisia toimijoita. Solmut säilyttävät kopiota ketjusta, välittävät tapahtumia eteenpäin ja tarkistavat, että jokainen uusi lohko noudattaa sääntöjä. Lompakot taas ovat käyttäjien työkaluja. Lompakko ei varsinaisesti säilytä kolikoita, vaan avainparin, jolla tapahtumat allekirjoitetaan.

Julkisesta avaimesta johdetaan osoite, jonka voi antaa kenelle tahansa rahan vastaanottamista varten. Yksityinen avain pysyy salassa, ja sillä todistetaan, että siirron tekijällä on oikeus kolikoihin. Verkko tarkistaa allekirjoituksen, mutta itse avainta se ei koskaan näe. Siksi lohkoketjussa ei ole “unohtuneen salasanan” palautusta: kadonnutta yksityistä avainta ei voi luoda uudelleen.

Kolikko vai token – mikä on token?

Kryptomaailmassa puhutaan sekä kolikoista (coin) että tokeneista, ja ero on hyvä tuntea.

• Kolikko on lohkoketjun oma, natiivi valuutta. Bitcoin on Bitcoin-verkon kolikko ja ether Ethereum-verkon. Niillä maksetaan esimerkiksi verkon tapahtumamaksut.
• Token on toisen lohkoketjun päälle luotu yksikkö. Se ei tarvitse omaa verkkoa, vaan elää olemassa olevassa lohkoketjussa älysopimuksen avulla.

Mikä on token käytännössä? Se voi olla lähes mitä tahansa: dollariin sidottu vakaakolikko, hajautetun palvelun hallintaääni, pelin esine tai digitaalinen omistustodistus. Ethereumissa yleisin standardi on ERC-20, joka määrittelee, miten keskenään vaihdettavat tokenit toimivat. Standardia noudattavat tokenit toimivat samoissa lompakoissa ja palveluissa.

Tokenin luominen on teknisesti helppoa, ja siksi uusia syntyy jatkuvasti. Kaikilla niillä ei ole todellista käyttöä, ja joukossa on myös huijauksia. Aiheesta lisää sivulla suurimmat ja tunnetuimmat kryptovaluutat.

Älysopimus: ohjelma lohkoketjussa

Älysopimus (smart contract) on lohkoketjuun tallennettu ohjelma, joka toteuttaa ennalta määritellyt ehdot automaattisesti. Käsitteen esitteli tietojenkäsittelytieteilijä Nick Szabo jo 1990-luvulla, mutta laajaan käyttöön se tuli vasta Ethereumin myötä. Ethereum käynnistyi vuonna 2015 nimenomaan alustaksi, jolla tällaisia ohjelmia voi ajaa.

Yksinkertainen esimerkki: älysopimus voi pitää hallussaan kahta tokenia ja vaihtaa niitä kenelle tahansa ennalta sovittujen sääntöjen mukaan. Välissä ei ole pankkia eikä pörssiä, vaan koodi hoitaa vaihdon. Tähän perustuu hajautettu rahoitus eli DeFi.

Älysopimuksiin liittyy kuitenkin oma riskinsä. Kun sopimus on kerran viety lohkoketjuun, sitä ei yleensä voi korjata, ja sen koodi on kaikkien nähtävillä, myös hyökkääjien. Monet kryptohistorian suurimmista varkauksista ovat perustuneet älysopimusten ohjelmointivirheisiin.

Mihin lohkoketjua käytetään?

Tunnetuin käyttökohde ovat kryptovaluutat: lohkoketju mahdollistaa arvon siirtämisen ilman keskitettyä välikättä. Muita käyttötapoja ovat esimerkiksi:

• vakaakolikot, joilla dollareita tai euroja edustavia yksiköitä voi siirtää ympäri vuorokauden
• hajautetut rahoituspalvelut, kuten vaihto, lainaus ja likviditeetin tarjoaminen
• digitaaliset omistustodistukset eli NFT:t
• toimitusketjujen seuranta, jossa tuotteen matka kirjataan muuttumattomaan rekisteriin.

Kaikki lohkoketjut eivät ole samanlaisia. Osa on julkisia, joihin kuka tahansa voi liittyä, osa yritysten suljettuja verkkoja. Lohkoketju ei myöskään sovi kaikkeen: se on hitaampi ja kalliimpi kuin tavallinen tietokanta. Sen vahvuudet tulevat esiin silloin, kun osapuolet eivät luota toisiinsa eikä yhteistä ylläpitäjää haluta.

Lohkoketjun rajoitukset

Hajautuksella on hintansa. Koska jokainen solmu käsittelee samat tapahtumat, lohkoketju ei skaalaudu samalla tavalla kuin keskitetty palvelu. Kun verkossa on ruuhkaa, tapahtumamaksut nousevat ja siirrot hidastuvat. Ongelmaa on ratkottu esimerkiksi niin sanotuilla toisen kerroksen ratkaisuilla (layer 2), jotka käsittelevät tapahtumia pääketjun ulkopuolella ja kirjaavat niistä yhteenvedon pääketjuun.

Toinen rajoitus on, että lohkoketju takaa vain sen, mitä ketjussa itsessään tapahtuu. Jos ketjuun kirjataan virheellistä tietoa ulkomaailmasta, lohkoketju säilyttää senkin muuttumattomana.

Mitä tämä tarkoittaa sinulle

Lohkoketjun perusidea selittää monta asiaa, jotka muuten tuntuisivat oudoilta. Siirtoja ei voi perua, koska kirjattua historiaa ei voi muuttaa. Kukaan ei voi palauttaa kadonneita kolikoita, koska keskitettyä ylläpitäjää ei ole. Omistus taas ratkeaa sen perusteella, kenellä on yksityiset avaimet. Siksi kryptolompakon valinta ja avainten huolellinen säilytys ovat niin tärkeitä. Jos kryptovaluutat ovat sinulle uusia, perusteet löytyvät kryptovaluuttaoppaasta.