Rizici centralizovane kontrole

Najjednostavniji način sprečavanja duplih troškova je uvođenje centralne institucije, poput banke, koja odobrava ili odbacuje svaku transakciju. Ovakav sistem funkcioniše dokle god centralna instanca ne zloupotrebi svoju moć, bilo dobrovoljno ili prinudno.

Ograničavanje transakcija, zatvaranje računa ili oduzimanje sredstava su česte posledice centralizovane kontrole. Decentralizovana alternativa koja sprečava cenzuru i manipulaciju deluje nemoguće, ali samo na prvi pogled.

Kako funkcioniše Bitcoin mining i Proof of Work

Satoshi Nakamoto je u oktobru 2008. godine predstavio Bitcoin Whitepaper u kojem opisuje mehanizam decentralizovane digitalne platne mreže i način rešavanja problema duplih troškova (double-spending). Kroz Proof of Work mining, Bitcoin osigurava da niko ne može izvršiti duple troškove i da su naknadne izmene u istoriji transakcija praktično nemoguće. Ali kako tačno funkcioniše ovaj sistem?

Bitcoin mining naspram rudarenja zlata

Zlato predstavlja ograničen resurs, što je gotovo prirodni zakon u fizičkom svetu gde je oskudnost uobičajena. Suprotno tome, digitalni svet karakteriše mogućnost beskonačnog kopiranja. Novac ne može postojati u digitalnom „file formatu“ bar ne ako želimo sprečiti proizvoljno umnožavanje. Posledično, bitcoin jedinice ne postoje kao datoteke na hard disk-ovima računara. Bitcoin mreža predstavlja skup računara koji se slažu oko zajedničkog skupa pravila. Oni se slažu ne samo o ovim pravilima, već i o celokupnoj istoriji svih prošlih transakcija koje, naravno, poštuju ustanovljena pravila.

Proof of Work i sigurnost blockchaina

Transakcije su grupisane u blokove podataka i hronološki povezane. Tu se pojavljuje čuveni termin blockchain – lanac blokova. Za razliku od učestalih predstava, blockchain nije revolucionarna inovacija sam po sebi, već sredstvo za postizanje cilja. Princip povezivanja blokova tako da promene u jednom bloku utiču na sve naredne korišćen je u različitim oblastima informatike i kriptografije i pre pojave Bitcoina.

Prava inovacija leži u mehanizmu koji određuje kada se blockchain može proširiti novim blokom i koji lanac uopšte predstavlja važeći. Proof of Work, bukvalno dokaz rada, omogućava upravo to bez centralnog nadzora, koristeći samo matematiku i teoriju igara.

Bitcoin mining kroz igru kockicama

Umesto uobičajenih analogija sa sudoku zagonetkama ili lutrijom, najbolji način razumevanja mining-a je kroz jednostavnu igru kockicama.

Zamislimo kocku sa 1.000 strana. U digitalnom svetu generisanje slučajnih brojeva između 1 i 1.000 nije problem. Da bi pobedio u igri, igrač mora baciti broj koji ne prelazi vrednost koju je postavio „vođa igre“ – recimo 10.

Svi učesnici počinju da bacaju kocku dok neko ne baci broj između 1 i 10. Jedna učesnica igre, nazovimo je Ana, može povećati svoje šanse češćim bacanjem. Verovatnoća po jednom bacanju ostaje ista, ali što češće baca, veće su joj šanse da u određenom vremenskom periodu pogodi validnu vrednost.

Kako se prilagođava težina igre

Ana ne igra sama, ostali učesnici takođe povećavaju broj bacanja po sekundi da je sustižu. Igra se osvaja mnogo češće jer se u istom vremenu više baca. Na kraju, igra postaje previše laka.

Srećom, „vođa igre“ može lako prilagoditi težinu menjanjem ciljne vrednosti. Ako je poveća, igra postaje lakša. Ako je smanji, teže je pogoditi validnu vrednost.

Pošto se iza ovoga krije čista matematika i teorija verovatnoće, ciljna vrednost se može veoma precizno podesiti na željenu težinu. Jednostavno se analiziraju poslednje runde i vreme koje je trebalo da se baci validan broj. Za održavanje prosečnog intervala od 10 minuta, ciljna vrednost se povećava ili smanjuje prema potrebi.

Bitcoin mining i hash funkcija

U Bitcoin mreži se, naravno, ne koristi fizička kocka već kriptografska hash funkcija SHA-256. Ova funkcija ima posebne karakteristike koje omogućavaju sofisticiranu verziju kockarske igre.

Za razliku od kocke, hash funkcija ne generiše „slučajne“ vrednosti već nešto poput digitalnog otiska. Identičan unos uvek proizvodi identičan rezultat, što je slično situaciji kada bismo kod prave kocke znali tačne fizičke parametre bacanja i mogli ih ponoviti.

Hash vrednost je jednostavno veliki broj. SHA-256 nema 1.000 strana već neverovatnih 2^256 – broj uporediv sa brojem atoma u vidljivom univerzumu.

Tri ključne karakteristike hash funkcija su:

1. Otpornost na obrtanje – Jednosmerna funkcija onemogućava da se iz hash vrednosti povrati originalni unos.
2. Difuzija – Poznata i kao “lavinski efekat”, osigurava da male promene u unosu drastično menjaju rezultat. Slični unosi daju potpuno različite hash vrednosti.
3. Otpornost na sudare – Iako teorijski mogu postojati dva različita unosa koja daju isti hash (zbog konačnog broja mogućih rezultata), pronalaženje takvog poklapanja je praktično nemoguće zbog ogromnog prostora brojeva.

Kako Bitcoin miner-i pronalaze validan blok

Miner je standardan Bitcoin node, učesnik mreže koji prima, verifikuje i prosleđuje transakcije. Od nepotvrđenih transakcija gradi prototip bloka koji ima sve potrebne komponente validnog Bitcoin bloka, osim validnog dokaza rada.

Miner propušta prototip kroz hash funkciju i dobija broj, čime završava jedan pokušaj „bacanja kocke“. Postoji ciljna vrednost koju treba podbaciti. Ako pokušaj nije uspešan, miner menja sitnu komponentu bloka i ponovo računa hash, sve dok ne dobije dovoljno malu vrednost, prepoznatljivu po vodećim nulama.

Kada miner pronađe validan hash, može objaviti blok u mreži. Ostali učesnici mogu nezavisno izračunati hash i potvrditi da zadovoljava trenutne uslove. Lažiranje nije moguće jer hash direktno zavisi od sadržaja bloka, a ciljnu vrednost svaki učesnik može samostalno izračunati analizirajući blokove iz prethodne dve nedelje.

Zašto varanje nije opcija za miner-e

Izračunavanje pojedinačnog hash-a nije izazov za računar. Miner-i ne rešavaju „složene matematičke probleme“, već ponavljaju proces „bacanja kocke“ iznova i iznova. Da bi se u proseku na svakih 10 minuta pronašao validan blok, Bitcoin mreža trenutno treba oko 400 kvintiliona pokušaja svake sekunde.

Bitcoin miner-i ulažu u skupu opremu i troše značajnu količinu energije kako bi profitabilno učestvovali u ovoj „kockarskoj igri“. Blok koji sadrži nevalidne transakcije mreža bi odmah odbacila, čak i ako je Proof of Work ispravan. U tom slučaju miner bi izgubio potencijalni dobitak, a ostao sa troškovima hardvera i energije.

Mining i energetska potrošnja

Da bi povećali šanse za pronalazak validnog bloka, Bitcoin miner-i moraju testirati ogroman broj varijacija, što zahteva značajnu računsku snagu i, samim tim, veliku potrošnju energije.

Česta kritika Bitcoin-a je velika potrošnja energije, ali ovaj proces je neophodan za obezbeđivanje sigurnosti i održavanje decentralizacije sistema.

Pored toga, sama potrošnja energije nije nužno problem. Bitcoin miner-i funkcionišu kao fleksibilni potrošači koji mogu doprineti stabilizaciji električnih mreža i iskorišćavanju viška proizvedene energije, čineći obnovljive izvore efikasnijim i isplativijim.