Bitcoin: wprowadzenie

Bitcoin to nowa wirtualna waluta wzbudzająca duże zainteresowanie. Postanowiłem przygotować serię filmików, w których zagłębię się w system i wyjaśnię, jak działa. W pierwszym odcinku w miarę szczegółowo przedstawię mechanizm. W następnych wejdę głębiej w aspekty, których dotknąłem we wprowadzeniu. Mam nadzieję, że nie tylko dowiecie się, czym jest Bitcoin, ale też poznacie mechanizm rozpoczynania transakcji, zobaczycie, jak transakcje są weryfikowane i zorientujecie się, co oznacza, że ktoś zajmuje się kopaniem. Mogliście o tym słyszeć, jeśli ostatnio interesowaliście się Bitcoinem. Muszę zaznaczyć, że Bitcoin jest dość skomplikowany; trzeba sporo czasu, by szczegółowo omówić każdy istotny element. Według mnie, aby naprawdę pojąć tak zawikłany system, trzeba odsunąć na bok wyobrażenia o nim i wgryźć się w fakty. Po drodze będziecie zadawać mnóstwo pytań, ale mam nadzieję, że cała seria przybliży wam ważne zagadnienia i odpowie na wasze pytania. Chociaż trochę to potrwa! Starając się opisywać sprawy przystępnie, niektóre szczegóły zostawię na później, kiedy już objaśnię pewne elementy systemu. Detale będę włączał stopniowo, żeby nie zalewać was sprawami pomniejszymi i niuansami, tylko przedstawić system w ogólnym zarysie. A teraz przejdźmy do rzeczy. Zacznę od tego, że bitcoin jest walutą zdecentralizowaną, bo nie trzeba banku centralnego ani innego podmiotu, by generował bitcoiny i prowadził transakcje. Przeciwnie: w systemie Bitcoin wszystkie transakcje wymagają sieci peer-to-peer. To sieć indywidualnych hostów, wspólnie uzgadniających aspekty wdrożenia i stosowania protokołów. Bitcoin jest też nazywany kryptowalutą. Używamy wielu metod kryptograficznych, aby ułatwiać transakcje, a nawet umożliwiać ich zawieranie. Część metod omówię w oddzielnych filmach; na razie zapamiętajcie decentralizację i termin "kryptowaluta". Sam termin bitcoin (bitmoneta) może być nieco mylący: transakcje bitcoinowe różnią się od tradycyjnych transakcji monetarnych. Można je porównać do wpisów w globalnej księdze rachunkowej. Powiedzmy, że właśnie odbywa się transakcja. Dokonuje się między dwiema osobami, które nazwiemy Alicją i Bobem. Tych imion tradycyjnie używa się w wielu protokołach kryptograficznych. Wyobraźmy sobie, że Alicja chce przekazać czy przypisać Bobowi pewną liczbę posiadanych bitcoinów. Możecie myśleć o tej transakcji jak o wpisie do księgi. Jeszcze jedno, zanim pójdę dalej: chociaż używam imion, np. Alicja i Bob, to w systemie nie oznaczają one prawdziwej, fizycznej tożsamości, tylko... "Alicja" i "Bob" oznaczają tożsamość w Bitcoinie; tak naprawdę to tylko zbiór liczb, które nie muszą mieć związku z prawdziwą tożsamością Alicji i Boba. Pamiętajcie więc, że tożsamość w Bitcoinie to pseudonim, a nie prawdziwe nazwisko. Bitcoin jest więc raczej protokołem pseudonimowym. Pseudonimy zapewniają prywatność użytkownikom chcącym dokonać transakcji bitcoinami. Podczas transakcji z Bobem Alicja określa parę różnych liczb. Musi zapowiedzieć, ile bitcoinów chce przekazać Bobowi. Załóżmy, że na początku miała 50. Może postanowić, że odda Bobowi, powiedzmy, 30 z tych bitcoinów. I chce, żeby część bitcoinów do niej wróciła. Automatyczny kalkulator obliczy resztę dla Alicji. W tym przypadku niech będzie to 18 bitcoinów dla niej. Pozostałe dwa będą stanowić opłatę za transakcję. O tej opłacie pomówimy nieco później, także w następnych odcinkach. W skrócie: to zachęta dla innych węzłów sieci, by pomogły Alicji głównie w potwierdzaniu szczegółów transakcji z Bobem. Szczegóły te Alicja opatrzy tzw. podpisem cyfrowym. A podpis cyfrowy to matematyczny odpowiednik podpisu tradycyjnego. Wiąże tożsamość Alicji z tą transakcją. Przez tożsamość Alicji rozumiem jej tożsamość w systemie Bitcoin. To powiązanie dokonuje się w kryptograficznie mocny sposób. Gdy dochodzi do transakcji, jej szczegóły zostają ogłoszone. Alicja rozsyła te informacje do wszystkich węzłów sieci peer-to-peer. Do węzłów sieci Bitcoin. Kiedy Bob dowie się o tej transakcji, poprzez sieć peer-to-peer, prawdopodobnie sprawdzi jej elementy. Np. czy zgadzają się liczby: jeśli Alicja miała 50 bitcoinów, to czy nie próbuje przekazać mu więcej. Dzięki zastosowanej kryptografii Bob zyska matematyczne potwierdzenie, że niektóre deklaracje są prawdziwe, np. że Alicja ma tyle bitcoinów, ile zgłosiła, i że wyraziła zamiar przesłania ich do niego. Bob nie wie jednak, czy Alicja próbowała przesłać te same bitcoiny innej osobie - kiedyś, może tuż przed tą transakcją. Co robić w takiej sytuacji? Przy okazji powiem, że próbę dwukrotnego przekazania środków w kontekście pieniędzy cyfrowych czy walut elektronicznych nazywamy podwójnym wydawaniem (double spending). W przypadku walut wirtualnych stanowi to problem, bo ktoś mógłby skopiować liczby danej transakcji i spróbować użyć ich gdzie indziej. Ryzyko podwójnego wydawania pomagają zmniejszyć specjalne węzły sieci peer-to-peer, tzw. kopalnie. Pracuje w nich wiele komputerów, których właścicieli nazywamy górnikami. To pełniące specyficzną funkcję podmioty, węzły w sieci peer-to-peer. Biorą transakcje, które wykryją, a pamiętajcie, że obserwują wszystkie, nie tylko tę Alicji i Boba... Biorą więc te transakcje i kompilują je w tzw. blok transakcji. To zapis wszystkich transakcji do tej pory niezarejestrowanych. Jeśli traktujemy transakcję jako wpis do księgi, to blok można by porównać do całej strony. Oprócz niezapisanych transakcji górnicy dołączą tzw. nagrodę za blok transakcję specjalną, którą robią dla siebie, w nagrodę za cały ten wysiłek kopania. Blok zawiera również zaszyfrowany blok poprzedni, żeby była ciągłość. Kopalnia może dołączyć specjalny ciąg liczb skojarzony z transakcją. Ten ciąg nosi nazwę dowodu wykonanej pracy ("proof of work"). Bardzo trudno jest go wygenerować, wymaga dużo wysiłku. Choć teoretycznie każdy mógłby kopać bitcoiny, dla pojedynczego człowieka jest to nieopłacalne: więcej zapłaci za prąd, niż zarobi. Górnicy łączą się w kopalnie. Przy wielkiej mocy obliczeniowej szansa na nagrodę rośnie. W zamian za obiecaną przez Alicję opłatę transakcyjną kopalnia wykonuje właśnie taką pracę. Protokoły "proof of work" omówię szczegółowo w innym odcinku. Ponieważ każdy blok zawiera informacje o poprzedniej transakcji, to właściwie mamy do czynienia nie z jednym blokiem, tylko z całym łańcuchem transakcji. Nazywamy go łańcuchem bloków. Kiedy tylko kopalnia skonstruuje łańcuch bloków z transakcjami i dowodem wykonania pracy, wyśle szczegółowe dane dotyczące tego łańcucha do wszystkich węzłów w sieci peer-to-peer. A gdy ten nowo rozpowszechniony łańcuch przejdzie weryfikację, węzły sieci zaczną go używać. Będą dołączać do niego nowe bloki. Wezmą wszystko, co jeszcze nieprzetworzone, i włączą to do łańcucha bloków nadanego przez węzeł, który przedstawił dowód pracy. Co do tego bloku transakcji... W systemie Bitcoin węzły biorą pod uwagę łańcuch, w generowanie zawartości którego włożono najwięcej pracy. Wspomniany już "proof of work" pozwala określić, ile pracy włożono w stworzenie tego łańcucha bloków. Najdłuższy łańcuch będzie w systemie uważany za skarb. Następne kopalnie mają zajmować się łańcuchem, w który włożono najwięcej pracy. Wspaniała jest decentralizacja całego procesu! Żaden bank ani inna instytucja centralna nie biorą udziału w transakcji. Mam nadzieję, że pierwszy film dał wam przedsmak zawiłych mechanizmów w systemie Bitcoin. Wielu spraw jeszcze nie poruszyłem. Zacznę je omawiać w następnych odcinkach. Uzyskacie odpowiedzi na pytania, które na pewno się pojawią.