Katsaus Bitcoinin monikerroksisen teknologiainfrastruktuurin innovaatioihin
Lucas Nuzzin essee
Bitcoin on kulkenut pitkän matkan viimeisen kymmenen vuoden aikana. Nykyisten toteutusten laatu ja luotettavuus on parantunut huomattavasti Bitcoin-ohjelmiston ensimmäiseen iteraatioon verrattuna. Bitcoin onnistui nopeasti ja orgaanisesti houkuttelemaan joukon kehittäjiä omistamaan tuhansia tunteja parantamaan ja toisinaan uudistamaan suurimman osan sen taustalla olevasta koodikannasta.
Bitcoin on kuitenkin edelleen sama. Perustuslain tavoin sen rahallisia ominaisuuksia, kuten algoritmista inflaatiota ja kovakoodattua tarjontaa, määrittelevät keskeiset konsensussäännöt pysyvät muuttumattomina. Kerta toisensa jälkeen ryhmittymät ovat yrittäneet muuttaa näitä keskeisiä ominaisuuksia, mutta kaikki vihamieliset valtausyritykset ovat toistaiseksi epäonnistuneet. Se on usein kivulias prosessi, mutta nostaa esiin ja vahvistaa kahta Bitcoinin suurinta hyvettä:
- Yksikään yksittäinen osapuoli ei voi sanella, miten Bitcoin kehittyy
- Keskitetyn hallinnan puute suojaa Bitcoinin rahallisia ominaisuuksia.
Kiinnostavaa kyllä, nämä ovat säännöt, jotka houkuttelevat sekä kypherpunkkeja että institutionaalisia sijoittajia. Nämä ovat säännöt, jotka tekevät Bitcoinista ennennäkemättömän tyyppistä rahaa. Nämä ovat kuitenkin myös sääntöjä, jotka tekevät Bitcoinin päälle kehitettävien ohjelmistojen kehittämisestä haastavampaa kuin minkään muun digitaalisen omaisuuslajin tapauksessa. Pohjimmiltaan Bitcoinin perustuslaki antaa kehittäjille rajoitetun työkalupakin niin, että kehittäjät eivät voi rikkoa sen rahapolitiikkaa. Liian paljon on pelissä, joten ei ole varaa liikkua nopeasti ja rikkoa asioita.
Tämä tarkoittaa, että innovointi Bitcoinin ympärillä vaatii luovuutta, kärsivällisyyttä, ja mikä ehkä tärkeintä, egon minimointia. Loppujen lopuksi Bitcoinin perustuslakiin upotetut perussäännöt syrjäyttävät teknologian. Siksi Piilaaksossa on ollut vaikea ymmärtää Bitcoinin arvolupausta. Se ei ole vain teknologia, rahoitusväline tai kuluttajasovellus; se on kokonainen rahajärjestelmä, jota teknologia tukee. Bitcoinin perustuslain muuttaminen edellyttää näennäispoliittista prosessia, joka voi rikkoa sen rahallisia ominaisuuksia vastaan, joten teknologinen innovointi tapahtuu moduuleina.
Bitcoinin modulaarinen lähestymistapa innovointiin, kuten usein todettua, on verrattavissa Internetin protokollatarjooman evoluutioon, jossa eri protokollakerrokset ovat erikoistuneet tiettyihin toimintoihin. SMTP käsittelee sähköposteja, FTP tiedostoja, HTTP verkkosivuja, IP käyttäjien osoittamista ja TCP pakettien reititystä. Vuosien mittaan kaikki nämä protokollat ovat kehittyneet tarjoamaan täyden kokemuksen, josta nautit juuri tällä hetkellä.
Spencer Bogart toteaa erinomaisessa kirjoituksessa Bitcoinin kehittyvästä monikerroksisesta teknologiainfrastruktuurista, että todistamme parhaillaan Bitcoinin oman protokollatarjooman alkua. Bitcoinin ydinkerroksen joustamattomuus, kuten on käynyt ilmi, synnytti useita lisäprotokollia, jotka ovat erikoistuneet eri sovelluksiin, kuten Lightningin maksukanavissa käytettävä BOLT-standardi. Innovointi on sekä eläväistä että (suhteellisen) turvallista, koska modulaarinen lähestymistapa vähentää systeemisiä rahapoliittisia riskejä.
Bitcoinin monikerroksisen teknologiainfrastruktuurin monissa kerroksissa tapahtuu niin paljon, että voi olla uskomattoman vaikeaa seurata kaikkia uusia ratkaisuja. Alla oleva kaavio on yritys kartoittaa kaikki suhteellisen aloitteet innovaatioaloitteet ja nostaa esille täydellisempi kuva Bitcoinin monikerroksisesta teknologiainfrastruktuurista. Se ei ole tyhjentävä, eikä se merkitse mitään tukea yhdellekään tietylle aloitteelle. On kuitenkin vaikuttavaa nähdä, että innovaatiot etenevät kaikilla rintamilla; toisen kerroksen teknologioista uusiin älysopimusratkaisuihin.
Toinen kerros
Lightning Networkin eli Salamaverkon käyttöönottonopeudesta on viime aikoina puhuttu paljon. Se on Bitcoinin merkittävimpiä toisen kerroksen teknologia. Arvostelijat huomattavat usein Salamaverkon kanavien lukumäärän ja siihen lukitun bitcoinien kokonaismäärän ilmeisestä laskusta. Nämä ovat kaksi mittaria, joita käytetään usein käyttöönoton arvioinnissa. Vaikka yhteisö on käyttänyt näitä mittareita, on tärkeää huomata, että ne ovat pohjimmiltaan puutteellisia, kun otetaan huomioon se, miten Salamaverkko toimii konepellin alla.
Eräs Salamaverkon aliarvioiduimmista hyveistä ovat sen suoraviivaiset yksityisyysominaisuudet. Salama ei perustu kaikkien tilamuutosten globaaliin varmentamiseen (toisin sanoen omaan lohkoketjuun), käyttäjät voivat tehdä siirtoja yksityisesti käyttämällä lisätekniikoita ja Torin kaltaisia verkkopeitteitä. Tässä vaiheessa voimme arvioida Salamaverkon yksityisen käytön prosenttiosuutta analysoimalla kanavien avaustapahtumien lukumäärää lohkoketjussa ja vertaamalla sitä ketjun ulkopuolisten julkisten kanavien määrään. Christian Decker on arvioinut, että 41 prosenttia salamakanavista on yksityisiä:
Suositut Salamaverkon tutkimusohjelmistot eivät havaitse näitä kanavien sisällä tapahtuvia tapahtumia. Sinänsä Salamaverkon yksityisen käytön lisääntyminen johtaa julkisesti mitattavissa olevan määrän vähenemiseen, mikä vuoksi tarkkailijat toteamaan virheellisesti, että käyttöaste on vähentynyt. Vaikka on totta, että Salaman on ylitettävä huomattavia käytettävyyteen liittyviä haasteita ennen kuin sitä käytetään laajalti, meidän on lopetettava harhaanjohtavien mittarien käyttäminen esittäessämme väitteitä verkon nykyisestä tilasta. Kuten Decker totesi Berliinissä järjestetyssä Lightning-konferenssissa pitämässään puheessa, jopa edellä esitetty arvio yksityisistä ja julkisista kanavista on puutteellinen, koska Schnorr-allekirjoitusten käyttöönoton myötä kanavien avaamista ei voi enää erottaa tavallisista tapahtumista.
Toinen mielenkiintoinen kehitys toisen kerroksen yksityisyydessä oli WhatSatin, yksityisen viestintäjärjestelmän, rakentaminen Salamaverkon päälle. Tämä hanke on muutos Lightning Daemoniin, jonka avulla yksityisviestien välittäjille (sanansaattajat, jotka yhdistävät keskenään viestivät tahot) voidaan maksaa niiden tarjoamista palveluista mikromaksuilla. Tämä hajautettu, sensuroimaton ja roskapostivapaa keskustelu otettiin käyttöön itse Lightning Network Daemonissa tehtyjen innovaatioiden ansiosta, kuten hiljattain tehdyt parannukset lightning-onioniin, Salamaverkon omaan sipulireititysprotokollaan.
LAppsien tai salamaverkkojen kasvu osoittaa näiden innovaatioiden laajan sovellettavuuden kuluttajasovelluksissa aina salamakäyttöisestä pilvipalveluun perustuvasta yksityisestä virtuaalipalvelimesta kuvien käyttöpalveluihin, joissa mainostulot jaetaan mikrotapahtumina. Ja tämä on vain Salaman toisen kerroksen innovaatio. Yleisemmin määrittelemme toisen kerroksen sovellustarjoomaksi, joka käyttää Bitcoinin peruskerrosta tuomioistuimena, jossa ulkosyntyiset tapahtumat täsmäytetään ja riidat ratkaistaan. Sellaisenaan datan ankkurointi Bitcoinin lohkoketjuun on paljon laajempi asia, kuten Microsoftin kaltaisten edelläkävijöiden hajautettu identiteettijärjestelmä Bitcoinin päällä. Tällaiset aloitteet lisäävät ketjussa tapahtuvan täsmäytyksen kysyntää ja ovat keskeisessä asemassa Bitcoin-verkon siirtopalkkioiden määräytymisessä.
Älysopimukset
Lisäksi on lukuisia hankkeita, jotka yrittävät palauttaa ilmaisukykyisen älysopimustoiminnaisuuden takaisin Bitcoiniin turvallisesti ja vastuullisesti. Tämä on merkittävä kehityslinja, koska vuonna 2010 Bitcoinin alkuperäiset operaatiokoodit (operaatiot, jotka määrittelevät sen, mitä Bitcoin voi laskea) poistettiin protokollasta. Tämä tehtiin sen jälkeen, kun sarja kauhistuttavia virheitä paljastui, mikä johti itsensä Satoshi Nakamoton poistamaan osan Scriptin, Bitcoinin ohjelmointikielen, toiminnallisuudesta.
Vuosien mittaan on käynyt selväksi, että on olemassa selkeitä tietoturvariskejä, jotka liittyvät erittäin ilmaisukykyiseen älysopimustoiminnallisuuteen. Nyrkkisääntö on, että mitä enemmän toiminnallisuutta virtuaalikoneessa otetaan käyttöön (kollektiivinen varmennusmekanismi, joka käsittelee operaatiokoodeja), sitä arvaamattomampia sen suorittamat ohjelmat ovat. Viime aikoina olemme kuitenkin nähneet uusia lähestymistapoja Bitcoinin älysopimusarkkitehtuuriin, jotka voivat vähentää ennakoimattomuutta, mutta samalla tarjota laajan toiminnallisuuksien repertuaarin.
Uutta lähestymistapaa Bitcoinin älykkäisiin sopimuksiin kutsutaan nimellä merklesoidut abstraktit syntaksipuut (engl. Merkleized Abstract Syntax Trees MAST). Se on synnyttänyt uuden tukiteknologioiden aallon, joka pyrkii optimoimaan kompromissit turvallisuuden ja toiminnallisuuden välillä. Näkyvin on Taproot, tyylikäs MAST-rakenteen toteutus, jossa koko sovellus voidaan ilmaista Merkle-puuna ja jonka jokainen puun haara edustaa erilaista toteutustulosta. Yhdessä Taproot-ohjelmiston kanssa tulee Tapscript-niminen ohjelmointikieli, jota voi käyttää ilmaisemaan helpommin kunkin Merkle-puun haaraan liittyvät kulutusolosuhteet.
Toinen mielenkiintoinen innovaatio, joka on hiljattain noussut esille, on uusi arkkitehtuuri kovenanttien tai kulutusehtojen toteuttamiseksi Bitcoin-siirtotapahtumissa. Alun perin Greg Maxwellin vuonna 2013 ehdottaman ajatuskokeen mukaan kovenantit ovat lähestymistapa, jolla rajoitetaan sitä, miten saldot voidaan käyttää jopa säilytyksen vaihtuessa. Vaikka ajatus on ollut olemassa lähes seitsemän vuotta, kovenantit olivat epäkäytännöllisiä toteutettavaksi ennen Taprootia. Nyt uusi operaatiokoodi nimeltään OP_CHECKTEMPLATEVERIFY (aiemmalta nimeltään OP_SECURETHEBAG) hyödyntää tätä uutta teknologiaa mahdollistaen kovenanttien turvallisen toteutuksen Bitcoinissa.
Ensi silmäyksellä kovenantit ovat uskomattoman hyödyllisiä antolainauksessa (ja kenties bitcoinpohjaisissa johdannaisissa), koska ne mahdollistavat sellaisten sääntöjen, kuten takaisinperintöjen, jotka voidaan liittää tiettyihin BTC-saldoihin, luomisen. Mutta niiden mahdollinen vaikutus Bitcoinin käytettävyyteen menee huomattavasti lainaustoimintaa pidemmälle. Kovenantit saattavat mahdollistaa Bitcoin-holvien kaltaisten asioiden toteuttamisen, jotka kryptovarojen säilytyksen tapauksessa ovat verrattavissa toiseen yksityiseen avaimeen, jonka avulla hakkeroinnin kohteeksi joutunut osapuoli voi “jäädyttää” varastetut varat. Tällä teknologialla on monia muitakin sovelluskohteita, kuten vuorovaikutuksettomat maksukanavat (engl. Non-Interactive Payment Channels), ruuhkaohjatut maksutapahtumat (engl. Congestion Controlled Transactions), kolikkoyhdistely (engl. CoinJoin), että se todella ansaitsee erillisen käsittelyn. Lue lisää Jeremy Rubinin BIP-luonnoksesta.
On tärkeää huomata, että Schnorr-allekirjoitukset ovat perustavanlaatuinen teknologia, joka tekee kaikki nämä uudet lähestymistavat älykkäisiin sopimuksiin mahdollisiksi. Kun Schnorr on aktivoitunut, jopa hurjempia teknologioita voidaan teoretisoida, kuten skriptittömiä skriptejä (engl. Scriptless Scripts), jotka voisivat mahdollistaa täysin yksityisten ja skaalautuvien Bitcoinin älysopimusten esittämisen digitaalisina allekirjoituksina (ei siis enää operaatiokoodeina). Myös huomaamattomat lokisopimukset (engl. Discreet Log Contracts) hyödyntävät ajatusta siitä, että älykkään sopimuksen lopputulema voidaan esittää digitaalisena allekirjoituksena yksityisyyden ja skaalautuvuuden parantamiseksi. Yhdessä nämä uudet lähestymistavat voivat mahdollistaa uusien älysopimussovellusten rakentamisen Bitcoinin päälle ja Schnorr on sen perusta.
Louhinta
Louhintaprotokollissa, etenkin louhintasyndikaattien jäsenten käyttämissä protokollissa, on myös tapahtunut joitakin mielenkiintoisia kehitysaskeleita. Vaikka huolta Bitcoin-louhinnan keskittymisestä on usein liioiteltu, on totta, että louhintasyndikaatteja pyörittävät tahot ovat säilyttäneet valtansa, jota voidaan hajauttaa entisestään. Nimittäin louhintasyndikaatin pyörittäjät voivat päättää, mitä siirtotapahtumia syndikaatin kaikki jäsenet louhivat, mikä antaa syndikaatin vetäjille huomattavaa valtaa. Ajan mittaan jotkut syndikaattien vetäjät ovat väärinkäyttäneet valtaansa sensuroimalla siirtotapahtumia, louhimalla tyhjiä lohkoja ja kohdentamalla syndikaatin jäsenten laskentatehoa muihin verkkoihin ilman jäsenten lupaa.
Onneksi on olemassa teknologioita, jotka yrittävät kääntää tämän valtarakenteen ylösalaisin. Yksi huomattavista Bitcoin-louhinnan tulevista muutoksista on Stratumin, kaivossyndikaattien suosituin protokolla, seuraava versio. Stratum V2 on täydellinen korjausliike. Se ottaa käyttöön BetterHash-nimisen toissijaisen protokollan, jonka avulla syndikaatin jäsenet voivat päättää louhimansa lohkon koostumuksesta, ei toisin päin. Stratum V2:ssä on myös useita optimointeja ja antaa louhintasyndikaatin jäsenille parempia keinoja viestiä ja koordinoida.
Toinen mielenkiintoinen kehitysaskel louhinnassa, jonka pitäisi myötävaikuttaa vakauden lisääntymiseen, on lisääntynyt kiinnostunut laskentateho- ja vaikeusjohdannaisiin. Ne voivat olla erityisen hyödyllisiä louhintatoimijalle, joka haluaa suojautua laskentatehon vaihteluita ja vaikeusasteen säätämistä vastaan. Vaikka näitä johdannaisia ei vielä ole olemassa, tämä on mielenkiintoinen kehitysaskel Bitcoin-louhinnan teollistumisessa.
Yksityisyys
Schnorr-allekirjoituksia koskevan raporttimme jälkeen jotkut yksityiskolikoiden kannattajat olivat järkyttyneitä ehdotuksesta, että Bitcoinissa voidaan valinnaisesti saavuttaa riittävä yksityisyys jossain vaiheessa. Vaikka tämä ehdotus haastaa yksityisyyteen perustuvien omaisuuserien pitkän aikavälin arvolupauksen, niin on olemassa joukko uusia protokollia, jotka voivat mahdollistaa paremman yksityisyyden Bitcoinissa. Vaikka on todennäköistä, että Bitcoinin yksityisyys on edelleen jatkossakin enemmän taidetta kuin tiedettä, tällä rintamalla on tapahtunut mielenkiintoisia korostamisen arvoisia innovaatioita.
Ennen kuin tutkimme erityisiä yksityisyyteen liittyviä innovaatioita, on tärkeää korostaa, että suurin este yksityisten siirtotapahtumien tekemiseen digitaalisissa hyödykkeissä on siinä, että suurin osa ratkaisuista on puolivalmiita. Tapahtumakaavioiden yksityisyyteen keskittyvät yksityisyysvarat laiminlyövät usein verkkotason yksityisyyden ja päinvastoin. Molemmat vektorit ovat edelleen kypsymättömiä ja vähän käytettyjä, mikä tekee siirtotapahtumien paljastamisesta helpompaa tilastollisen jäljitettävyysanalyysin avulla joko vertaisverkkokerroksessa tai lohkoketjukerroksessa.
Onneksi on olemassa useita hankkeita, jotka puskevat rajoja kohti molemmilla rintamilla.
Tapahtumakaavion yksityisyyden suojaa koskien ratkaisut, kuten P2P ja CheckTemplateVerify, ovat mielenkiintoisia, koska yksityisyydestä tulee tehokkuuden sivutuote. Koska ne ovat uusia lähestymistapoja kolikkoyhdistelyyn (CoinJoin), nämä ratkaisut voivat lisätä yksityisiä siirtotapahtumia käyttäjien välillä, jotka ovat kiinnostuneet yksinomaan alemmista siirtomaksuista. Vaikka yksityisyyden takeet eivät ole vielä optimaalisia CoinJoin-mallissa, suojaamattomasti lähetetyt siirrot voivat silti olla hyödyllisiä, koska ne turvaavat Bitcoinin tarjonnan ja vapaan kelluvuuden varmentamisen.
Jos alhaisemmat siirtopalkkiot kannustavat ja ne lisäävät Bitcoinin nimettömyysmahdollisuuksia (prosenttiosuutta UTXO:sta, jotka ovat CoinJoin-tulosteita), nimettömyyden purkamisesta tilastollisella klusterianalyysillä tulee vielä aiempaa subjektiivisempaa. Jotkut lohkoketjuanalyysiin keskittyvät yritykset ovat kyenneet huijaamaan viranomaisia uskomaan määritetyn todennäköisyyden kertovan siitä, että UTXO kuuluu tietylle käyttäjälle, mutta taustalla oleva malli on erittäin vivahteikas ja hauras. Jos valtaosa UTXO:sta syötetään ulos CoinJoin-tulosteina, se saattaa rikkoa nykyiset klusterointitavat.
Ennen kuin näin käy, käytettävyysrintamalla on tehtävä valtava määrä työtä, jotta kaikilla Bitcoinin käyttäjillä, olivatpa teknisesti osaavia vai eivät, on yhtäläinen pääsy yksityisyysmekanismeihin. P2EP:n ja CheckTemplateVerify:n lisäksi viimeaikainen kehitysaskel käytettävyydessä on SNICKER-niminen ehdotus (engl. Simple Non-Interactive CoinJoin with Keys for Encryption Reused; suom. yksinkertainen vuorovaikutukseton kolikkoyhdistely uudelleenkäytetyillä salausavaimilla). Se on uusi tapa tuottaa kolikkoyhdistelyjä epäluotettavien vertaisten välillä. SNICKER yhdistää useita teknologioita, joiden avulla käyttäjät voivat käyttää kolikkoyhdistelytapahtumia tarvitsematta luottaa vertaisiin tai olla vuorovaikutuksissa toinen toistensa kattaa.
Edistystä on havaittavissa myös protokollissa, joilla pyritään parantamaan vertaisverkkoviestinnän yksityisyyttä ja tehokkuutta. Vuoden 2019 aikana yksityisyyttä suojaavaa Dandelion-protokollaa (suom. Voikukka-protokolla) testattiin onnistuneesti useissa kryptoverkoissa. Vaikka yksityisyyden suoja siirtotapahtumien levittämisessä ei ratkaise kaikkia haasteita, kun puhutaan koko P2P-viestinnän spektristä, Dandelionin kaltaiset protokollat voivat silti merkittävästi lisätä käyttäjien yksityisyyttä piilottamalla tapahtuman lähettävien solmujen IP-osoitteen.
Viimeinen mainitsemisen arvoinen Bitcoin-verkon monikerroksisessa verkkoinfrastruktuurissa on uusi Erlay-niminen tapahtumavälitysprotokolla. Vaikka Erlay on vielä hyvin varhaisessa kehitysvaiheessa, se on tärkeä innovaatio, koska se voi vähentää huomattavasti Bitcoin-täyssolmulle asetettuja kaistanleveysvaatimuksia. Jos tämä parannus pannaan täytäntöön, Erlayn tehokkuusetujen ansiosta käyttäjät voivat helpommin suorittaa kaistanleveyttä vaativaa alkuperäistä lohkolatausta (engl. Initial Block Download, IBD) ja vahvistaa ketjun jatkuvasti, etenkin niissä maissa, joissa internet-palveluntarjoajat asettavat rajoituksia kaistanleveydelle.
Jäävuoren huippu
Kaikkien Bitcoinissa tapahtuvien innovaatioiden seuraaminen on uskomattoman vaikeaa, ja tämä kirjoitus on vain pintaraapaisu. Tämä tuo meidät tämän kirjoituksen pääasiaan: Bitcoin on kokonaisuudessaan jatkuvasti kehittyvä protokollatarjooma. Tässä kuvattu modulaarinen lähestymistapa innovointiin on tärkeä, koska se on keskeisessä asemassa Bitcoinin kehityksen politisoitumisen vähentämisessä ja sen perustavanlaatuisten rahallisten ominaisuuksien suojaamisessa. Muista tämä artikkeli seuraavan kerran, kun joku väittää, että Bitcoin on paikalleen jämähtänyttä teknologiaa.
Suomennos Lucas Nuzzin (Twitter) kirjoittamasta artikkelista “A Look at Innovation in Bitcoin’s Technology Stack”. Artikkeli on julkaistu alun perin Digital Asset Researchin blogissa 3.12.2019.
Nuzzi on viimeisen kuuden vuoden aikana keskittynyt hajautettujen rahoitusjärjestelmien tutkimukseen. Hän tutustui Bitcoiniin ensikerran vuonna 2012. Hän kehitti uransa alkuvaiheessa lohkoketjuja notarisointia ja aikaleimausta varten. Nuzzi on toinen vuonna 2017 perustetun Digital Asset Researchin (Twitter) perustajista ja vastaa nykyisin yhtiön tutkimustoiminnasta.
Kirjoituksen on suomentanut Thomas Brand (Twitter).
