State Channel

Image: Pixabay

Käyttäjä maksaa jokaisesta julkisessa lohkoketjussa tapahtuvassa siirrosta siirtomaksun. Jos kaksi osapuolta haluavat tehdä keskenään useita pieniä siirtoja, joutuvat he jokaisesta siirrosta maksamaan maksun, jolloin kokonaissumma voi kasvaa suureksi. Tämän seurauksena tietyt toimet eivät ole lohkoketjussa kannattavia. Esimerkkinä tilanne, jossa kaksi osapuolta haluavat pelata keskenään shakkia ja voittaja saa tietyn rahasumman. Jos peli kestää liian monta siirtoa, voi voittosumma olla pienempi kuin siirtoihin kuluneet maksut. Toisaalta julkisessa lohkoketjussa käyttäjät joutuvat myös aina odottamaan siirtojen validointia. Samainen shakkipeli venyisi hyvin pitkäksi, jos molemmat pelaajat joutuisivat odottamaan jokaisen siirron jälkeen kahden tai kolmen uuden lohkon luomista ennen uuden siirron tekemistä. Ratkaisuna tähän ongelmaan on State Channel. State Channelissa kaksi tai useampi osapuoli luovat keskenään oman sivulohkoketjun, jossa he yhdessä tekevät ja validoivat kaikki siirrot. Hyötynä tässä on, että osapuolten ei tarvitse odottaa lohkoketjulta validointia, jolloin siirrot ovat heti validoituja. Lisäksi osapuolten ei tarvitse periä siirtomaksuja ja täten kaikki siirrot ovat kuluttomia.

Alla oleva kuva havainnollistaa, kuinka lohkoja syntyy sivulohkoketjussa. Lohkoketjuun tehdään merkintä, jossa ilmoitetaan sivulohkoketjun luonnista. Tämän jälkeen käyttäjät voivat tehdä siirtojaan sivulohkoketjussa ja viimeisen siirron tapahduttua viimeinen tila tallennetaan lohkoketjuun.

State Channel toiminta

State Channel on helppo ymmärtää esimerkin kautta; Alice ja Bob haluavat pelata keskenään shakkia, jossa voittaja saa yhden rahakkeen. Julkisessa lohkoketjussa tämä yksi rahake kuluisi nopeasti pelkästään siirtomaksuihin, jolloin molemmat häviäisivät. Ennen pelin alkua Alice ja Bob luovat julkiseen lohkoketjuun älysopimuksen jota kutsutaan Tuomariksi. Tuomarille kerrotaan pelin säännöt ja voittosumma. Yksi rahake siirretään Tuomarille voitonmaksua varten. Tuomari-älysopimuksen luomisen jälkeen Alice ja Bob voivat aloittaa pelin julkisen lohkoketjun ulkopuolella eli off-chain. Alice aloittaa ja tekee ensimmäisen siirron. Hän kirjaa siirtoonsa, mikä shakkilaudan nappuloista liikkuu ja minne. Tämän jälkeen hän allekirjoittaa siirtonsa omalla salaisella avaimellaan ja lähettää siirron Bobille. Kun Bob vastaanottaa Alicen siirron, hän allekirjoittaa siirron omalla salaisella avaimellaan, jonka jälkeen hän lähettää Alicen siirron molempien allekirjoituksella takaisin Alicelle, mutta pitää itsellään kopion lähettämästään siirrosta. Tämän jälkeen on Bobin vuoro tehdä oma siirtonsa. Hän toimii täsmälleen samalla tavalla, kuin Alice ja vastaanottaa Alicelta siirtonsa kahdella allekirjoituksella. Näin he voivat pelata shakkipelinsä loppuun odottamatta, että julkinen lohkoketju validoi heidän siirtonsa, jonka takia he säästävät kaikki siirtomaksut.

Oletetaan, että peli päättyy, kun Alice tekee shakkimatin. Tällöin Alice lähettää pelin viimeisen siirron Tuomarille, joka tarkistaa molempien allekirjoittaneen siirron. Seuraavaksi Tuomari odottaa ennalta määrätyn ajan, jota kutsutaan ”challenge period”. Kiistattomassa tilanteessa Tuomari siirtää varat Alicelle, kun ”challange period” on loppunut. Jos Bobin mielestä peli ei ollut vielä päättynyt, hän voi lähettää Tuomarille vielä myöhemmän siirron ja todistaa, että Alice ei todellisuudessa vielä voittanut. Tuomari toteaa Bobin lähettämän siirron myöhemmäksi noncen avulla. Nonce on n(umber used)once eli numero, jota on kerran käytetty. Käytännössä noncen avulla pidetään kirjaa, missä järjestyksessä siirrot ovat tapahtuneet State Channelissa. Jos Tuomari toteaa Alicen huijanneen, ja Tuomarille on ennalta määritelty jokin rangaistus virheellisestä viimeisestä tilasta, langettaa Tuomari Alicelle rangaistuksen ja peli jatkuu, kunnes toinen pelaajista oikeasti voittaa.

State Channel vaatii, että kaikki sen käyttäjät ovat aina online-tilassa. Jos Alice siis ilmoittaa Tuomarille virheellisesti viimeisen tilan, mutta Bob ei ole paikalla kertomassa todellista viimeistä tilaa, Tuomari julistaa Alicen voittajaksi ja siirtää voiton Alicelle, kun ”challenge period” on kulunut. Onkin mahdollista, että Alice voittorahat silmissään kiiluen estää Bobin pääsyn verkkoon ja ilmoittaa Tuomarille virheellisen viimeisen tilan. Tätä estääkseen Bob voi pyytää muita käyttäjiä pitämään viimeistä tilaa hallussaan eli toimimaan sivustakatsojana (bystander). Jos Alice yrittää huijata ja ilmoittaa virheellisen viimeisen tilan tuomarille, sivustakatsojat voivat ilmoittaa Tuomarille todellisen viimeisen tilan. Tilanteessa, jossa virheellisen viimeisen tilan tehnyt joutuu maksamaan rangaistuksen, voidaan sanktiomaksu maksaa suoraan sivustaseuraajalle, joka on ilmoittanut Tuomarille todellisen viimeisen tilan. Tämän insentiivin ansiosta voidaan luottaa, että sivustaseuraajat haluavat ilmoittaa Tuomarille virheellisestä viimeisestä tilasta.


State Channel ei ole vielä laajamittaisessa käytössä lohkoketjuissa. Seuraavaksi listataan lyhyesti muutamia State Channeleita.

1. Lightning Network

Lightning Network on Bitcoin-verkossa käytössä oleva State Channel, jossa voidaan toteuttaa maksuliikennettä. Se mahdollistaa nopeammat siirrot ja suuremman volyymin. Sen ominaisuuksia ovat mm. välittömät maksut, skaalautuvuus, edullisuus ja lohkoketjujen välinen toiminta. Välittömien maksujen ansiosta käyttäjien ei tarvitse odottaa validointia lohkoketjussa. Turvallisuus taataan lohkoketjun älysopimuksilla ilman, että lohkoketjussa tehdään kaikkia yksittäisiä siirtoja. Se on skaalautuva ja pystyy tekemään verkossaan miljardeja siirtoja sekunnissa ja koska Lightning Networkin ansiosta siirrot tapahtuvat off-chain, siirtokulut ovat pieniä. Pienet siirtokulut mahdollistavat mm. mikromaksuja. Lohkoketjujen välisen toiminnan ansiosta Lightning Networkissa voidaan vaihtaa kryptovaluuttoja toisiin, kunhan molemmat kryptovaluutat tukevat samaa tiiviste-toimintoa.

2. Raiden Network

Raiden ei ole vielä toiminnassa oleva State Channel, jossa voidaan toteuttaa maksuliikennettä. Käytännössä Raiden on Ethereumin versio Lightning Networkista eli siinä voi siirtää Etherin lisäksi myös kaikkia ERC20-tokeneita. Sen ominaisuuksiin lukeutuu mm. skaalautuvuus, nopeus, pienet kulut, yksityisyys ja yhteentoimivuus. Raiden skaalautuu lineaarisesti osallistujien lukumäärän mukaan ja siirrot voidaan validoida lähes välittömästi. Siirrot voidaan toteuttaa siirtomaksuilla, jotka ovat murto-osan lohkoketjun siirtomaksuista. Raidenissa kaikkia yksittäisiä siirtoja ei tallenneta yleiseen lohkoketjuun ja tämä tuo lisää yksityisyyttä käyttäjille. Lisäksi yhteentoimivuutta Raidenissa luo mahdollisuus siirtää mitä tahansa ERC20-tokenia.

3. Perun

Perun ei ole vielä toiminnassa oleva, mutta se tulee toteuttamaan maksuliikennettä ja älysopimuksia. Perun on rahoittanut Vitalik Buterinin Ethereum Foundation L4. Sen ominaisuuksiin kuuluu mm. skaalautuvuus, yksityisyys, edullisuus, todistettavissa oleva turvallisuus ja keveys. Perun on lähes rajoittamattomasti skaalautuva, koska sen virtuaalisuus poistaa välittäjien tarpeen. Lisäksi, sen poistaessa kanssakäymisen välittäjien kanssa, se automaattisesti luo turvallisuutta ja pienentää kuluja älysopimusten luonnista ja maksuista. Perun käyttää matemaattisesti todistettuja alan parhaita kryptograafisia turvallisuusmekanismeja ja näiden kevyiden kryptograafisten ratkaisujen ansiosta se on erittäin kevyt käyttää. Perun toimiikin lähes millä tahansa alustalla.

4. FunFair

FunFair on beta-valmiina oleva State Channel, joka toteuttaa maksuliikennettä ja älysopimuksia. Se tarjoaa lohkoketjuratkaisuja, jotka voivat muuttaa online-pelaamista, sekä operaattorin että pelaajan näkökulmasta. FunFair käyttää Ethereum teknologiaa, jonka avulla he tarjoavat edulliset kulut, korkean laadun ja läpinäkyvyyttä kasinokokemukseen, joka on matemaattisesti todistettavasti reilu.


State Channel on yksi kehitteillä oleva ratkaisu julkisten lohkoketjujen skaalautuvuus ongelmaan. Se soveltuu äärimmäisen hyvin tilanteisiin, joissa samojen osapuolten tulee toteuttaa useita siirtoja. Näissä tilanteissa se tarjoaa skaalautuvuutta ja edullisuutta. On kuitenkin huomioitava, että osapuolten jatkuvasti muuttuessa, ei State Channel ole paras ratkaisu. Tämän takia onkin kehitteillä myös muita skaalautuvuus ratkaisuja. Näistä lisää myöhemmin.

Like what you read? Give Teemu Hyytiäinen a round of applause.

From a quick cheer to a standing ovation, clap to show how much you enjoyed this story.