Plokiahel (blockchain): tööpõhimõte, kasutusvaldkonnad ja turvalisus

Plokiahel (inglise keeles blockchain) on tehnikate kogum kirjete järjestatud salvestamiseks nii, et neid ei saa pärast loomist lihtsalt või vaevata muuta. Plokiahel ühendab krüptograafia, hajusandmete hoidmise ja konsensuse mehhanismid, et luua ajakohane, kontrollitav ja püsiv andmerida. Selle tehnoloogia eesmärk on tagada andmete terviklikkus ja usaldusväärsus ilma keskasutuse pideva usalduseta — info on reeglina avalikult või osaliselt avalikult kontrollitav, kuid muutmiskindel.

Kuidas plokiahel töötab

Plokiahel põhineb kahest lihtsast, kuid tugevast ideest:

1. Andmete põhjal on lihtne arvutada kontrollsumma — selleks kasutatakse spetsiaalseid hash-funktsioone. Need funktsioonid annavad alati fikseeritud pikkusega väljundi, sõltumata sisendi mahust. See väljund nimetatakse hash‑väärtuseks või sõnumi digestiiviks. Sama sisendi korral annab hash‑funktsioon alati sama väljundi, kuid väikseima sisendimuutuse korral muutub väljund radikaalselt.
2. Plokid sisaldavad tavaliselt oma andmeid (kasulikku koormust), ajatemplit ja selle ploki digestiivi ehk oma hash‑väärtust. Lisaks sisaldab iga uus plokk eelneva ploki hash‑väärtust — see seob plokid omavahel ahelaks. Plokile lisatakse tavaliselt ka digitaalallkirjad, mis võimaldavad kontrollida, et andmeid pole pärast allkirjastamist muudetud.

Nii tekib järjestus, kus iga ploki muutmine eeldaks järgneva ploki(s) muutmist — mis praktiliselt tähendab suurt töö- või nõusolekukulu, sõltuvalt kasutatavast konsensusmehhanismist.

Võrk ja konsensus

Enamasti haldab plokiahelat hajutatud võrk võrdsetest osalistest ehk peer'idest. Kõik peer'id kasutavad ühist protokolli, mis määrab ära sõnumivahetuse, uute plokkide loomise, tehingute valideerimise ja konfliktiolukordade lahendamise. Konsensusmehhanismid, mis määravad, kuidas võrk uusi plokke aktsepteerib, on olulised. Levinumad näited:

• Proof-of-Work (PoW) — nõuab arvutuslikku tööd (näiteks Bitcoini puhul) ja teeb plokkide ümberkirjutamise kalliks energiakuluga.
• Proof-of-Stake (PoS) — osalejate hääleõigus sõltub nende panusest võrku (st aktsiooni ehk 'stake'), väiksema energiakulu eelis.
• Muutuvad ja kombineeritud lähenemised (Delegated PoS, Proof-of-Authority jms) eri vajaduste jaoks.

Sõltuvalt protokollist võib plokiahela muutmiseks vaja minna enamuse või isegi kõigi osalejate nõusolekut — see annab süsteemile suure muutmiskindluse.

Kasutusvaldkonnad

Plokiahela tugevus on see, et see pakub püsivat ja auditeeritavat ajajärjestust. Kasutusvaldkondi on palju, sh:

• Krüptovaluutad ja finantstehnoloogia — Bitcoin on tuntuselt esmane näide: plokiahel võimaldas luua digivaluuta, mis lahendab topeltkulutamise probleemi ilma keskasutuseta. Bitcoin on tuntud kui Bitcoin ja selle töö põhimõtted on põimunud avaliku pearaamatuga (pearaamatu) krüptorakendustes (cryptocurrency).
• Tarkad lepingud (smart contracts) — programmiline äriloogika, mis täidetakse automaatselt, kui vastavad tingimused on täidetud; levinud peamiselt Ethereumil ja teistel platvormidel.
• Tarneahela jälgitavus — toote päritolu, tootmisetapid ja transpordiringi salvestamine, et vähendada pettusi ja parandada vastavust.
• Tervishoid ja meditsiinilised andmed — patsiendiandmete terviklikkus, auditeeritavus ja turvalisem jagamine sobilike juurdepääsuõiguste korral.
• Identiteedihaldus — isikut tõendavate andmete kontrollitav ja kasutajakeskne haldus.
• Hääletamine — digitaalseid valimisi planeerides võib plokiahel parandada läbipaistvust ja muuta häälte lugemise auditeeritavamaks (hääletamine). Kuid reaalses ajal praktikas tuleb hoolikalt lahendada anonüümsuse, ründetõrje ja ligipääsetavuse küsimused.
• Muud rakendused — intellektuaalomandi registrid, kinnisvara registreerimine, kindlustusprotsesside automatiseerimine, organisatsioonide juhtimine (DAO) jne.

Turvalisus ja piirangud

Plokiahelad on loodud muutmiskindluse saavutamiseks, kuid need ei ole imekindlad. Peamised turvalisus- ja riskitegurid:

• 51% rünnak — avalikel PoW võrkudel võib ründaja, kes kontrollib enamikku arvutusvõimsusest, teoreetiliselt topeltkulutada või blokeerida tehinguid.
• Sybil-rünnak — ründaja loob palju võltskeskkondi (võrguidentiteete), et mõjutada konsensust; vastumeetmed on osalemise kulud ja antud protokolli mehhanismid.
• Privaatsus — avalikud plokiahelad on läbipaistvad: kõik tehingud on avalikud, mis võib olla vastuolus konfidentsiaalsuse vajadustega; lahendusteks on krüptograafilised tööriistad nagu privaatsemasse harki suunatud plokiahelad või zero-knowledge proofs.
• Skaleeritavus — plokiahelad võivad olla võrreldes traditsiooniliste andmebaasidega aeglasemad (tehingute läbilaskevõime, latentsus), seetõttu arendatakse Layer-2 lahendusi, sh kanalid, rollup'id ja shardimine.
• Inimlikud ja tarkvara-vead — nutikate lepingute feilid, halvad võtmehalduspraktikad ja turvavigad võivad põhjustada kaotusi, kuigi plokiahel ise on puutumatu.
• Regulatsioon ja juriidika — plokiahela spetsiifika pakub uusi väljakutseid andmekaitse, maksustamise ja vastutuse osas.

Tüübid ja arhitektuurilised variatsioonid

Plokiahelad ei ole kõik ühesugused. Peamised tüübid:

• Avalikud (permissionless) — igaüks saab osaleda (näiteks Bitcoin, Ethereum).
• Lubatud (permissioned või private) — ligipääs on piiratud kindlate osapooltega (kasutatakse sageli ettevõtete vahelistes lahendustes).
• Hübriidid — kombineerivad elemente mõlemast, et saavutada nii läbipaistvust kui ka ligipääsukontrolli.

Ajalugu ja märkimisväärsed verstapostid

Plokiahela varajase versiooni töötasid välja Stuart Haber ja Scott Stornetta 1991. aastal, et tagada digitaalsete dokumentide terviklikkus. Haber ja Stornetta käivitasid 1995. aastal maailma esimese kaubandusliku plokiahela, nimega Surety.

2008. aastal tutvustas Satoshi Nakamoto artiklit "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System", mis sidus Haber & Stornetta ideed avaliku pearaamatu ja krüptograafiliste meetoditega, võimaldades luua detsentraliseeritud krüptovaluuta (Bitcoin). Tänu sellele plokiahelale sai bitcoinist esimene digitaalne valuuta, mis lahendas topeltkulutamise probleemi ilma usaldusväärse asutuse või keskserveri vajaduseta (keskserveri). Bitcoini arhitektuur on inspireerinud hulka teisi platvorme ja rakendusi.

Tulevik ja arengud

Plokiahelate areng liigub mitmes suunas: energiatarbimise vähendamine, skaleeritavuse parendamine, privaatsuse suurendamine läbi täiustatud krüptograafiameetodite, parem interoperatiivsus eri võrkude vahel ning uute regulatiivsete raamistikud, mis võimaldavad laiemat ärilist ja avalikku kasutust. Samuti kasvab huvi tarkade lepingute, detsentraliseeritud finantsteenuste (DeFi) ja organisatsioonide (DAO) vastu.

Kokkuvõte

Plokiahel on võimas tehnoloogia andmete muutmiskindlaks ja auditeeritavaks muutmiseks, pakkudes uusi võimalusi rahanduses, tarneahelates, tervishoius ja mujal. Samas kaasnevad sellega tehnilised, turvalisuse ja regulatiivsed väljakutsed, mida tuleb iga rakenduse puhul hoolikalt hinnata.

Küsimused ja vastused

K: Mis on plokiahela?

K: Kuidas plokiahelad töötavad?

K: Mis on topeltkulutused?

K: Kes leiutas plokiahela?

K: Millele viitas Satoshi Nakamoto 2008. aastal?

K: Millise probleemi lahendas Bitcoin oma plokiahela tehnoloogiaga?

K: Millised on mõned plokiahela tehnoloogia levinud kasutusjuhud?

Otsing