CRYPTO

Στο Level 1 χτίσαμε τις βάσεις.

Μάθαμε τι είναι το Bitcoin.

Τι είναι ένα blockchain.

Τι κάνει ένα wallet.

Τι είναι private key και seed phrase.

Πώς πραγματοποιείται μια συναλλαγή.

Τι είναι τα network fees.

Και γνωρίσαμε για πρώτη φορά το Proof of Work και το Proof of Stake.

Τώρα μπορούμε να προχωρήσουμε ένα επίπεδο βαθύτερα.

Γιατί μέχρι στιγμής έχουμε χρησιμοποιήσει αρκετές φορές εκφράσεις όπως:

«Το δίκτυο ελέγχει τη συναλλαγή.»

Αλλά ποιος είναι πραγματικά αυτό το «δίκτυο»;

Ποιος κάνει τον έλεγχο;

Τι υπάρχει μέσα σε ένα block;

Τι είναι ένα hash;

Τι κάνει ένας node;

Τι είναι το mempool;

Τι ακριβώς σημαίνει confirmation;

Και πώς μπορούν χιλιάδες ανεξάρτητοι υπολογιστές να καταλήγουν στην ίδια εικόνα για την κατάσταση του Bitcoin χωρίς έναν κεντρικό server που αποφασίζει για όλους;

Σε αυτό το Level θα χρησιμοποιήσουμε κυρίως το Bitcoin ως παράδειγμα.

Αυτό είναι σημαντικό, επειδή δεν λειτουργούν όλα τα blockchains με τον ίδιο τρόπο.

ΜΑΘΗΜΑ 1 — ΤΙ ΥΠΑΡΧΕΙ ΜΕΣΑ ΣΕ ΕΝΑ BLOCK;

Ξέρουμε ήδη ότι:

Blockchain = αλυσίδα από blocks.

Αλλά αυτή η περιγραφή είναι πολύ γενική.

Τι είναι πραγματικά ένα block;

Ας ξεκινήσουμε με μια απλή αναλογία.

Φαντάσου ένα λογιστικό βιβλίο.

Κάθε σελίδα περιέχει μια σειρά από καταγραφές.

Όταν γεμίσει μια σελίδα, συνεχίζεις στην επόμενη.

Ένα Bitcoin block μπορεί να μας θυμίσει μια τέτοια σελίδα.

Περιλαμβάνει συναλλαγές.

Αλλά περιλαμβάνει επίσης πληροφορίες που επιτρέπουν στους nodes να ελέγξουν αν το block είναι έγκυρο και πώς συνδέεται με την προηγούμενη ιστορία.

Τι περιεχει ενα Bitcoin Block;

Σε πολύ γενικές γραμμές, ένα Bitcoin block αποτελείται από:

Block header

και

λίστα συναλλαγών.

Το block header είναι ένα μικρότερο τμήμα δεδομένων που περιλαμβάνει συγκεκριμένες πληροφορίες για το block.

Μεταξύ αυτών βρίσκονται:

η έκδοση του block,

το hash του προηγούμενου block,

το Merkle root,

το timestamp,

μια κωδικοποιημένη μορφή του Proof of Work target,

και το nonce.

Δεν χρειάζεται να γνωρίζεις ακόμη πώς λειτουργούν όλα αυτά.

Θα τα εξετάσουμε σταδιακά.

Η πρωτη συναλλαγη του Block

Στα Bitcoin blocks υπάρχει μια ιδιαίτερη πρώτη συναλλαγή.

Ονομάζεται:

coinbase transaction.

Δεν έχει σχέση με το γνωστό exchange που έχει το ίδιο όνομα.

Μέσω αυτής της ειδικής συναλλαγής ο miner διεκδικεί το επιτρεπόμενο:

block subsidy

και

transaction fees.

Η coinbase transaction πρέπει και αυτή να ακολουθεί τους consensus rules.

Ο miner δεν μπορεί απλώς να γράψει:

«Δίνω στον εαυτό μου 1.000 BTC.»

Αν προσπαθήσει να διεκδικήσει περισσότερα από όσα επιτρέπουν οι κανόνες, οι validating nodes θα απορρίψουν το block.

Πως συνδεεται ενα Block με το προηγουμενο;

Το block header περιέχει το hash του προηγούμενου block header.

Άρα μπορούμε να φανταστούμε:

Block 100

↓

Block 101

↓

Block 102

↓

Block 103

Το Block 103 αναφέρεται στο hash του 102.

Το 102 στο 101.

Το 101 στο 100.

Έτσι δημιουργείται μια κρυπτογραφική σύνδεση μεταξύ των blocks.

Αν αλλάξουν δεδομένα που επηρεάζουν ένα παλιό block, αλλάζει και το αντίστοιχο block hash.

Αυτό σημαίνει ότι η υπάρχουσα ακολουθία των επόμενων blocks δεν μπορεί απλώς να παραμείνει ανέπαφη.

Το Block δεν ειναι απλως ενα «κουτί»

Η αναλογία του κουτιού ή της σελίδας είναι χρήσιμη μόνο για την αρχή.

Τεχνικά, ένα block είναι μια αυστηρά δομημένη συλλογή δεδομένων.

Οι nodes δεν αποδέχονται οποιοδήποτε block τους σταλεί.

Ελέγχουν αν ακολουθεί τους consensus rules του Bitcoin.

Να θυμάσαι:

Ένα Bitcoin block περιλαμβάνει συναλλαγές και ένα block header με δεδομένα που επιτρέπουν την επαλήθευση του block και τη σύνδεσή του με την προηγούμενη αλυσίδα.

ΜΑΘΗΜΑ 2 — ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ HASH;

Η λέξη hash εμφανίζεται παντού στο Bitcoin.

Στην αρχή ακούγεται πολύ τεχνική.

Η βασική ιδέα όμως είναι σχετικά απλή.

Φαντάσου μια μαθηματική συνάρτηση.

Της δίνεις δεδομένα.

Η συνάρτηση επεξεργάζεται αυτά τα δεδομένα.

Και παράγει ένα αποτέλεσμα σταθερού μεγέθους.

Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται:

hash.

ενα απλοποιημενο παραδειγμα

Ας πούμε ότι βάζεις:

«Γεια σου Γιώργο»

και παίρνεις ένα hash.

Αν αλλάξεις το μήνυμα έστω και λίγο:

«Γεια σου Γιώργο!»

το νέο hash αναμένεται να είναι τελείως διαφορετικό.

Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται συχνά:

avalanche effect.

Μια μικρή αλλαγή στην είσοδο προκαλεί μεγάλη και απρόβλεπτη αλλαγή στο αποτέλεσμα.

ιδια δεδομενα, ιδιο αποτελεσμα

Μια hash function είναι deterministic.

Αυτό σημαίνει ότι:

ίδια δεδομένα

ίδια hash function

=

ίδιο hash.

Αν αλλάξει έστω και ένα bit των δεδομένων, το αποτέλεσμα συνήθως αλλάζει δραματικά.

Μπορω να παρω το αρχικο μηνυμα απο το Hash;

Μια ασφαλής cryptographic hash function σχεδιάζεται ώστε να είναι πρακτικά μονόδρομη.

Είναι εύκολο να υπολογίσεις:

Data → Hash.

Αλλά δεν υπάρχει γνωστός πρακτικός τρόπος να πάρεις ένα hash και να υπολογίσεις απευθείας ποιο ακριβώς input το δημιούργησε.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το hash είναι encryption.

Το encryption σχεδιάζεται ώστε να μπορεί να αντιστραφεί με το κατάλληλο key.

Το hashing είναι διαφορετική διαδικασία.

Τι ειναι collision;

Θεωρητικά είναι δυνατό δύο διαφορετικά inputs να παράγουν το ίδιο hash.

Αυτό ονομάζεται:

collision.

Επειδή όμως ο χώρος των πιθανών SHA-256 outputs είναι τεράστιος, μια κατάλληλα ασφαλής cryptographic hash function σχεδιάζεται ώστε η εύρεση τέτοιων collisions να είναι πρακτικά απαγορευτική.

SHA-256

Το Bitcoin χρησιμοποιεί εκτεταμένα το:

SHA-256.

Παράγει output 256 bits.

Στο Bitcoin, το SHA-256 χρησιμοποιείται σε πολλές διαφορετικές διαδικασίες.

Για παράδειγμα:

στα block hashes,

στο Proof of Work,

και σε άλλες δομές του protocol.

Πως βοηθαει στη συνδεση των Blocks;

Επειδή ένα block αναφέρεται στο hash του προηγούμενου block header.

Αν αλλάξεις το προηγούμενο block, αλλάζει το hash του.

Άρα η επόμενη αναφορά δεν ταιριάζει πλέον.

Όμως υπάρχει μια σημαντική διόρθωση σε μια συνηθισμένη υπεραπλούστευση:

Το hashing από μόνο του δεν κάνει την ιστορία του Bitcoin αμετάβλητη.

Η δυσκολία αλλαγής της ιστορίας προκύπτει από τον συνδυασμό:

των cryptographic hashes,

του Proof of Work,

των consensus rules,

και του γεγονότος ότι άλλοι nodes δεν θα αποδεχτούν αυθαίρετα μια εναλλακτική ιστορία που δεν ακολουθεί τους κανόνες και δεν διαθέτει το απαιτούμενο accumulated work.

Να θυμάσαι:

Hash = το σταθερού μεγέθους αποτέλεσμα μιας hash function που λειτουργεί σαν cryptographic fingerprint των δεδομένων.

Δεν είναι encryption.

Και δεν αποτελεί από μόνο του όλο τον μηχανισμό ασφαλείας ενός blockchain.

ΜΑΘΗΜΑ 3 — ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΑ NODES;

Έχουμε πει:

«Το Bitcoin network ελέγχει τις συναλλαγές.»

Αλλά το network δεν είναι ένα ξεχωριστό μηχάνημα.

Αποτελείται από participants που εκτελούν Bitcoin software.

Ένας τέτοιος participant μπορεί να λειτουργεί ως:

node.

Τι ειναι ενας Full Node;

Ένας Bitcoin full node κατεβάζει και επαληθεύει πληροφορίες του blockchain σύμφωνα με τους consensus rules που εφαρμόζει το software του.

Το σημαντικότερο σημείο είναι το εξής:

Δεν χρειάζεται να εμπιστεύεται έναν miner ή ένα exchange για να του πει αν μια συναλλαγή ή ένα block είναι έγκυρο.

Μπορεί να το ελέγξει ανεξάρτητα.

Τι ελεγχει ενας Node;

Ένας validating Bitcoin node ελέγχει πολλά πράγματα.

Για παράδειγμα:

αν ένα block έχει έγκυρο Proof of Work,

αν δεν παραβιάζει τα όρια έκδοσης νέων Bitcoin,

αν οι συναλλαγές του ακολουθούν τους consensus rules,

αν τα transaction inputs αναφέρονται σε διαθέσιμα outputs,

αν δεν επιχειρείται double spending μέσα στην έγκυρη ιστορία,

και αν οι απαιτούμενες scripts και signatures ικανοποιούνται.

Αυτοί είναι μόνο μερικοί από τους ελέγχους.

Οι Nodes «ψηφιζουν»;

Όχι με την απλή έννοια.

Δεν υπάρχει μια παγκόσμια ψηφοφορία όπου κάθε node έχει μία ψήφο.

Ένας full node εφαρμόζει τους κανόνες του software που έχει επιλέξει να τρέχει.

Αν λάβει ένα block που παραβιάζει αυτούς τους κανόνες, το απορρίπτει.

Οι Miners μπορουν να αλλαξουν τους κανονες;

Όχι μόνοι τους.

Ένας miner μπορεί να προτείνει blocks.

Δεν μπορεί όμως να αναγκάσει έναν validating node να δεχτεί ένα block που παραβιάζει τους κανόνες που ο node εφαρμόζει.

Για παράδειγμα, αν ένας miner δημιουργήσει περισσότερα νέα BTC από όσα επιτρέπονται, το block θεωρείται invalid.

Ακόμη και αν ο miner ξόδεψε πραγματική ενέργεια για να το δημιουργήσει.

Full Node και Miner δεν ειναι το ιδιο

Ένας miner χρειάζεται να συμμετέχει στην παραγωγή blocks μέσω Proof of Work.

Ένας full node δεν χρειάζεται να κάνει mining.

Μπορεί απλώς να επαληθεύει το blockchain.

Στην πράξη, οι miners χρησιμοποιούν επίσης node infrastructure, αλλά οι δύο έννοιες έχουν διαφορετικό ρόλο.

Γιατι εχει σημασια η αποκεντρωση των Nodes;

Επειδή όσο περισσότεροι ανεξάρτητοι participants μπορούν να επαληθεύουν τους κανόνες χωρίς permission, τόσο μικρότερη είναι η ανάγκη να εμπιστεύονται μία κεντρική υπηρεσία.

Αυτό συνδέεται με τη γνωστή φράση:

Don’t trust, verify.

Δεν σημαίνει ότι η εμπιστοσύνη εξαφανίζεται εντελώς από την ανθρώπινη ζωή.

Σημαίνει ότι για τους consensus rules του Bitcoin μπορείς να κάνεις ανεξάρτητη verification αντί να βασίζεσαι μόνο στον ισχυρισμό κάποιου τρίτου.

Να θυμάσαι:

Full node = participant που μπορεί να επαληθεύει ανεξάρτητα blocks και transactions σύμφωνα με τους κανόνες που εφαρμόζει.

Δεν είναι το ίδιο πράγμα με miner.

ΜΑΘΗΜΑ 4 — ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ MEMPOOL;

Η Μαρία δημιουργεί μια Bitcoin συναλλαγή.

Το wallet της τη μεταδίδει στο δίκτυο.

Η συναλλαγή όμως δεν μπαίνει απαραίτητα αμέσως σε block.

Τι συμβαίνει μέχρι τότε;

Εδώ εμφανίζεται:

Mempool.

Δεν υπαρχει ενα μοναδικο Mempool

Αυτό είναι πολύ σημαντικό.

Συχνά θα ακούσεις:

«Η συναλλαγή βρίσκεται στο mempool.»

Αυτό είναι χρήσιμο σαν έκφραση.

Τεχνικά όμως δεν υπάρχει ένα μοναδικό παγκόσμιο mempool.

Κάθε node μπορεί να έχει το δικό του mempool.

Δηλαδή τη δική του προσωρινή συλλογή μη επιβεβαιωμένων transactions που έχει δεχτεί σύμφωνα με τις δικές του policies.

Consensus Rules και Mempool Policy δεν ειναι ακριβως το ιδιο

Αυτό είναι μια σημαντική διάκριση.

Οι consensus rules καθορίζουν τι μπορεί να είναι έγκυρο μέσα σε ένα block.

Οι mempool policies καθορίζουν ποιες μη επιβεβαιωμένες συναλλαγές ένας συγκεκριμένος node είναι πρόθυμος να κρατήσει και να μεταδώσει.

Άρα μια συναλλαγή μπορεί θεωρητικά να είναι valid σύμφωνα με consensus rules αλλά να μην γίνεται relay από όλους τους nodes λόγω policy.

Τι γινεται οταν κανεις Broadcast;

Η συναλλαγή φτάνει σε peers.

Κάθε node που τη λαμβάνει μπορεί να κάνει τους απαραίτητους ελέγχους.

Αν τη δεχτεί σύμφωνα με τους κανόνες και την policy του, μπορεί:

να τη βάλει στο mempool του

και

να τη μεταδώσει σε άλλους peers.

Έτσι η συναλλαγή διαδίδεται μέσα στο peer-to-peer network.

Οι Miners παιρνουν ολες τις Transactions;

Όχι.

Οι miners επιλέγουν ποιες συναλλαγές θα συμπεριλάβουν σε candidate blocks.

Επειδή το block space είναι περιορισμένο, έχουν συνήθως οικονομικό κίνητρο να επιλέγουν συναλλαγές με καλύτερο:

fee rate.

Το fee rate δεν είναι απλώς το συνολικό fee.

Σχετίζεται με το fee σε σχέση με το μέγεθος ή weight της συναλλαγής.

Γι’ αυτό μια μεγάλη transaction μπορεί να πληρώνει μεγαλύτερο συνολικό fee αλλά να μην έχει απαραίτητα καλύτερο fee rate από μια μικρότερη.

Τι σημαινει Pending;

Pending συνήθως σημαίνει ότι η συναλλαγή δεν έχει ακόμη συμπεριληφθεί σε επιβεβαιωμένο block.

Μπορεί:

να περιμένει στο mempool ορισμένων nodes,

να έχει πολύ χαμηλό fee rate,

να έχει απορριφθεί από ορισμένους nodes,

ή σε κάποιες περιπτώσεις να αφαιρεθεί από mempools μετά από αρκετό χρόνο.

Άρα το «pending» είναι κατάσταση που πρέπει να ερμηνεύεται με βάση το συγκεκριμένο network και transaction.

Να θυμάσαι:

Δεν υπάρχει ένα παγκόσμιο mempool.

Κάθε node μπορεί να έχει διαφορετική εικόνα των μη επιβεβαιωμένων transactions.

ΜΑΘΗΜΑ 5 — ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΑ CONFIRMATIONS ΚΑΙ ΤΟ BLOCK TIME;

Η Μαρία στέλνει Bitcoin.

Μετά από λίγο βλέπει:

1 confirmation.

Μετά:

2 confirmations.

Μετά:

3 confirmations.

Τι σημαίνει αυτό;

Πρωτη Confirmation

Όταν μια συναλλαγή συμπεριληφθεί σε ένα block που βρίσκεται στην αλυσίδα που ακολουθεί ο node ή η υπηρεσία που παρακολουθείς, θεωρείται ότι έχει:

1 confirmation.

Αν χτιστεί άλλο block πάνω σε αυτό:

2 confirmations.

Μετά άλλο:

3 confirmations.

Και ούτω καθεξής.

Confirmation δεν σημαινει απολυτη μαθηματικη αμετακλητη τελικοτητα

Αυτό χρειάζεται ακρίβεια.

Στο Bitcoin, blocks μπορούν σπάνια να αντικατασταθούν από μια ανταγωνιστική αλυσίδα με περισσότερο accumulated Proof of Work.

Αυτό ονομάζεται συνήθως:

reorganization ή reorg.

Όσο περισσότερα blocks έχουν χτιστεί πάνω από μια συναλλαγή, τόσο πιο δαπανηρό και απίθανο γίνεται γενικά να αντικατασταθεί η ιστορία που την περιλαμβάνει.

Γι’ αυτό περιμένουμε περισσότερες confirmations για συναλλαγές υψηλότερης αξίας.

Γιατι ακουγεται συχνα το «6 Confirmations»;

Ιστορικά, οι 6 confirmations χρησιμοποιούνται συχνά ως πρακτικό benchmark για σημαντικές Bitcoin συναλλαγές.

Δεν είναι όμως κάποιος μαγικός νόμος του protocol.

Η κατάλληλη ανοχή εξαρτάται από:

την αξία της συναλλαγής,

το μοντέλο κινδύνου,

και την υπηρεσία ή τον παραλήπτη.

Τι ειναι το Block Time;

Στο Bitcoin, το mining difficulty προσαρμόζεται έτσι ώστε μακροπρόθεσμα να παράγεται κατά μέσο όρο περίπου:

1 block ανά 10 λεπτά.

Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε block εμφανίζεται ακριβώς μετά από 10 λεπτά.

Η διαδικασία mining είναι probabilistic.

Ένα block μπορεί να βρεθεί σε 30 δευτερόλεπτα.

Το επόμενο μπορεί να χρειαστεί 20 λεπτά.

Ο μακροχρόνιος μέσος στόχος είναι το σημαντικό σημείο.

Block Time και Finality δεν ειναι το ιδιο

Ένα blockchain που δημιουργεί blocks πολύ γρήγορα δεν είναι αυτομάτως «πιο ασφαλές» ή «πιο τελικό».

Για να συγκρίνεις διαφορετικά networks πρέπει να εξετάσεις:

τον consensus mechanism,

τη finality,

τη δυνατότητα reorg,

το οικονομικό κόστος επίθεσης,

τη decentralization,

και άλλες παραμέτρους.

Να θυμάσαι:

Confirmation = μέτρηση του βάθους μιας συναλλαγής στην αλυσίδα που θεωρείται έγκυρη εκείνη τη στιγμή.

Στο Bitcoin, η τελικότητα είναι probabilistic και αυξάνεται όσο προστίθεται περισσότερο Proof of Work πάνω από τη συναλλαγή.

ΜΑΘΗΜΑ 6 — ΤΟ DOUBLE-SPENDING PROBLEM

Ας πάρουμε ένα φυσικό χαρτονόμισμα των 50€.

Το δίνεις στον Γιώργο.

Δεν βρίσκεται πλέον στα χέρια σου.

Στον ψηφιακό κόσμο όμως τα δεδομένα μπορούν να αντιγράφονται.

Αν ένα ψηφιακό νόμισμα λειτουργούσε απλώς σαν αρχείο, θα μπορούσες θεωρητικά να κάνεις:

Copy.

Paste.

Copy.

Paste.

Και να δημιουργείς άπειρα αντίγραφα.

Αυτό φυσικά δεν μπορεί να λειτουργήσει ως χρήμα.

Το Double Spending

Double spending είναι η προσπάθεια να χρησιμοποιηθεί η ίδια οικονομική αξία σε δύο ασύμβατες συναλλαγές.

Για παράδειγμα:

Η Μαρία έχει ένα Bitcoin output που μπορεί να δαπανήσει.

Δημιουργεί μια συναλλαγή που το στέλνει στον Γιώργο.

Ταυτόχρονα δημιουργεί δεύτερη συναλλαγή που προσπαθεί να δαπανήσει το ίδιο output προς την Ελένη.

Και οι δύο δεν μπορούν να παραμείνουν έγκυρες μέσα στην ίδια τελική Bitcoin history.

Γιατι;

Επειδή ένα UTXO μπορεί να καταναλωθεί μόνο μία φορά.

Όταν ένα valid transaction που το δαπανά γίνει μέρος της αποδεκτής chain history, μια άλλη conflicting transaction που προσπαθεί να δαπανήσει το ίδιο UTXO δεν μπορεί επίσης να γίνει έγκυρη στην ίδια ιστορία.

Τι γινεται πριν απο Confirmation;

Εδώ υπάρχει μεγαλύτερη αβεβαιότητα.

Μια unconfirmed transaction δεν έχει ακόμη ενσωματωθεί σε block.

Γι’ αυτό η αποδοχή μιας πληρωμής με:

0 confirmations

έχει διαφορετικό risk profile από μια πληρωμή με confirmations.

Το Bitcoin δεν «εμποδιζει καποιον να δοκιμασει»

Αυτό είναι επίσης σημαντικό.

Το protocol δεν μπορεί να εμποδίσει κάποιον να δημιουργήσει και να μεταδώσει conflicting transactions.

Αυτό που κάνει είναι να παρέχει κανόνες ώστε οι nodes να μπορούν να καθορίζουν ποια δαπάνη θεωρείται έγκυρη μέσα στην αλυσίδα που ακολουθούν.

Να θυμάσαι:

Double spending = δύο ή περισσότερες conflicting προσπάθειες να δαπανηθεί η ίδια διαθέσιμη Bitcoin αξία.

Το Bitcoin χρησιμοποιεί UTXOs, Proof of Work και consensus rules ώστε το network να συγκλίνει σε μία αποδεκτή ιστορία δαπανών.

ΜαΘΗΜΑ 7 — ΤΙ ΕιΝΑΙ ΤΟ CONSENSUS;

Έχουμε χιλιάδες ανεξάρτητους computers.

Δεν υπάρχει κεντρικός administrator.

Μπορεί να μην έχουν καν την ίδια πληροφορία ακριβώς την ίδια στιγμή.

Πώς καταλήγουν σε κοινή εικόνα;

Αυτό είναι το πρόβλημα του:

consensus.

Consensus δεν σημαινει ψηφοφορια Nodes

Αυτή είναι μια πολύ σημαντική διόρθωση.

Το Bitcoin δεν λέει:

«Έχουμε 10.000 nodes, άρα χρειάζονται 5.001 ψήφοι.»

Οι nodes δεν έχουν μια απλή ψήφο ο καθένας.

Αντίθετα:

εφαρμόζουν consensus rules

και

επιλέγουν μεταξύ valid competing chains με βάση το accumulated Proof of Work.

Valid πρωτα, Work μετα

Αυτό είναι κρίσιμο.

Ένας node δεν ακολουθεί απλώς οποιαδήποτε αλυσίδα έχει περισσότερο Proof of Work.

Πρώτα πρέπει η αλυσίδα να είναι:

valid σύμφωνα με τους consensus rules.

Μόνο μεταξύ valid competing chains εξετάζεται το accumulated Proof of Work.

Άρα ένας miner δεν μπορεί να δημιουργήσει μια αλυσίδα με αυθαίρετους κανόνες και να πει:

«Έχει περισσότερο work, άρα πρέπει να την αποδεχτείτε.»

Αν είναι invalid, ο validating node την απορρίπτει.

Τι γινεται αν δυο Miners βρουν Block σχεδον ταυτοχρονα;

Μπορεί για λίγο διαφορετικοί nodes να γνωρίζουν διαφορετικό block ως tip.

Για παράδειγμα:

Block A

και

Block B

μπορεί να έχουν τον ίδιο parent.

Κάποιοι miners συνεχίζουν πάνω από το A.

Άλλοι πάνω από το B.

Όταν μία branch αποκτήσει περισσότερο cumulative Proof of Work, οι nodes που τη βλέπουν μπορούν να τη θεωρήσουν την best valid chain.

Η άλλη branch γίνεται stale.

«Longest Chain» ή «Most Work Chain»;

Συχνά θα ακούσεις:

«Το Bitcoin ακολουθεί τη μεγαλύτερη αλυσίδα.»

Αυτό είναι υπεραπλούστευση.

Η πιο σωστή περιγραφή είναι:

η valid chain με το μεγαλύτερο accumulated Proof of Work.

Δεν μετράμε απλώς πόσα blocks έχει κάθε chain.

Μετράει η συνολική εργασία που αντιπροσωπεύει.

Τι ειναι Fork;

Ο όρος fork μπορεί να σημαίνει διαφορετικά πράγματα.

Μπορεί να σημαίνει προσωρινή απόκλιση της chain tip.

Μπορεί επίσης να σημαίνει αλλαγή στους protocol rules.

Αργότερα θα δούμε:

Soft Fork.

Hard Fork.

Δεν πρέπει να θεωρούμε ότι κάθε fork είναι το ίδιο φαινόμενο.

Να θυμάσαι:

Στο Bitcoin, consensus δεν είναι μία απλή ψηφοφορία.

Οι nodes επαληθεύουν τους consensus rules και, μεταξύ valid competing histories, η επιλογή chain σχετίζεται με το μεγαλύτερο accumulated Proof of Work.

ΜαΘΗΜΑ 8 — MINING, TARGET, DIFFICULTY ΚΑΙ HASHRATE

Στο Level 1 μάθαμε ότι οι miners χρησιμοποιούν υπολογιστική ισχύ.

Τώρα θα δούμε τι πραγματικά προσπαθούν να πετύχουν.

Τι ψαχνει ενας Miner;

Ο miner δημιουργεί ένα candidate block.

Στη συνέχεια προσπαθεί να βρει ένα block header του οποίου το hash είναι αριθμητικά:

μικρότερο ή ίσο από το current target.

Όσο χαμηλότερο είναι το target, τόσο δυσκολότερο είναι να βρεθεί κατάλληλο hash.

Τι αλλαζει ο Miner;

Συχνά λέμε ότι ο miner:

«αλλάζει το nonce μέχρι να βρει λύση.»

Αυτό είναι χρήσιμο για αρχάριο αλλά όχι πλήρες.

Το nonce είναι μόνο ένα από τα πεδία που μπορούν να μεταβληθούν.

Οι miners μπορούν επίσης να αλλάζουν άλλα δεδομένα του candidate block, για παράδειγμα δεδομένα που επηρεάζουν την coinbase transaction και κατά συνέπεια το Merkle root.

Άρα ο πραγματικός search space είναι πολύ μεγαλύτερος από το απλό nonce field.

Γιατι ειναι σαν λοταρια;

Το SHA-256 έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε δεν μπορείς να προβλέψεις εύκολα ποια αλλαγή θα δημιουργήσει κατάλληλο hash.

Άρα οι miners κάνουν τεράστιο αριθμό δοκιμών.

Hash.

Άλλο hash.

Άλλο hash.

Μέχρι κάποιος να βρει hash που ικανοποιεί το target.

Τι ειναι Hashrate;

Hashrate είναι ο ρυθμός με τον οποίο πραγματοποιούνται hashing attempts.

Για παράδειγμα:

hashes per second.

Στα σύγχρονα Bitcoin mining systems οι αριθμοί είναι τεράστιοι.

Όσο περισσότερο συνολικό hashrate υπάρχει, τόσο μεγαλύτερος είναι ο συνολικός αριθμός attempts που γίνονται κάθε δευτερόλεπτο.

Τι ειναι Difficulty;

Το difficulty είναι ένας πιο φιλικός τρόπος έκφρασης του πόσο δύσκολο είναι το current Proof of Work target σε σχέση με μια reference difficulty.

Target και difficulty κινούνται αντίστροφα.

Χαμηλότερο target:

μεγαλύτερη δυσκολία.

Υψηλότερο target:

μικρότερη δυσκολία.

Difficulty Adjustment

Το Bitcoin επαναπροσδιορίζει το Proof of Work target κάθε:

2.016 blocks.

Ο στόχος είναι τα 2.016 blocks να αντιστοιχούν περίπου σε:

δύο εβδομάδες

αν ο μέσος block interval βρίσκεται κοντά στα 10 λεπτά.

Αν τα προηγούμενα 2.016 blocks βρέθηκαν πολύ γρήγορα, το επόμενο difficulty μπορεί να αυξηθεί.

Αν βρέθηκαν πολύ αργά, μπορεί να μειωθεί.

Υπάρχουν επίσης όρια στο πόσο απότομα μπορεί να αλλάξει σε μία περίοδο adjustment.

Το Difficulty δεν ελεγχει το ακριβες Block Time

Αυτό είναι σημαντικό.

Το difficulty adjustment δεν μπορεί να επιβάλει:

«Το επόμενο block θα βγει σε ακριβώς 10 λεπτά.»

Το mining παραμένει probabilistic.

Απλώς ρυθμίζει τις πιθανότητες ώστε ο μακροχρόνιος μέσος block interval να κινείται προς τον στόχο.

Να θυμάσαι:

Οι miners αναζητούν block hash που ικανοποιεί το current target.

Hashrate = ρυθμός hashing attempts.

Difficulty = μέτρο της δυσκολίας του Proof of Work σε σχέση με το target.

ΜαΘΗΜΑ 9 — ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ UTXO MODEL;

Αυτό είναι ένα από τα σημεία όπου το Bitcoin διαφέρει σημαντικά από έναν παραδοσιακό τραπεζικό λογαριασμό.

Το wallet σου μπορεί να γράφει:

Balance: 1 BTC.

Αλλά το Bitcoin protocol δεν διατηρεί απλώς ένα account balance δίπλα στο όνομά σου.

Χρησιμοποιεί:

UTXOs.

UTXO σημαίνει:

Unspent Transaction Output.

Τι ειναι ενα UTXO;

Μια Bitcoin transaction δημιουργεί outputs.

Ένα output που δεν έχει ακόμη δαπανηθεί μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως input σε μια μελλοντική συναλλαγή.

Αυτό είναι ένα:

UTXO.

Άρα το spendable Bitcoin που ελέγχει ένα wallet μπορεί να αποτελείται από πολλά διαφορετικά UTXOs.

Παραδειγμα

Ας πούμε ότι το wallet σου ελέγχει:

0,5 BTC

0,3 BTC

0,2 BTC

σε τρία διαφορετικά UTXOs.

Το wallet μπορεί να σου εμφανίζει:

1 BTC balance.

Αλλά από κάτω υπάρχουν τρία ξεχωριστά spendable outputs.

Τωρα θελεις να στειλεις 0,6 BTC

Το wallet μπορεί να επιλέξει, για παράδειγμα:

0,5 BTC

0,3 BTC

ως inputs.

Συνολικά:

0,8 BTC.

Η transaction μπορεί να δημιουργήσει:

0,6 BTC → παραλήπτης

0,1998 BTC → change

και η διαφορά:

0,0002 BTC

να αποτελέσει transaction fee.

Το Fee δεν ειναι ξεχωριστο Output

Αυτή είναι μια σημαντική τεχνική διόρθωση.

Στο Bitcoin το transaction fee δεν είναι συνήθως ένα output που γράφει:

«αυτό πάει στον miner.»

Το fee προκύπτει από τη διαφορά:

Σύνολο Inputs − Σύνολο Outputs = Transaction Fee.

Για παράδειγμα:

Inputs:

0,8000 BTC

Outputs:

0,6000 BTC προς παραλήπτη

0,1998 BTC ως change

Άρα:

0,8000 − 0,7998 = 0,0002 BTC fee.

Ο miner που συμπεριλαμβάνει τη συναλλαγή μπορεί τελικά να διεκδικήσει τα fees του block μέσω της coinbase transaction.

Τι ειναι το Change;

Το change είναι νέο output που επιστρέφει υπό τον έλεγχο του sender.

Δεν «επιστρέφει» απαραίτητα στην ίδια address.

Τα wallets συχνά δημιουργούν νέα change address για καλύτερο privacy και address management.

Τα UTXOs δεν εχουν «ονομα ιδιοκτητη»

Αυτό είναι επίσης σημαντικό.

Ένα UTXO δεν γράφει:

«Ανήκει στη Μαρία.»

Περιλαμβάνει locking conditions.

Για να δαπανηθεί, η νέα transaction πρέπει να ικανοποιήσει τις αντίστοιχες spending conditions.

Στις συνηθισμένες περιπτώσεις αυτό σχετίζεται με την παρουσία κατάλληλης digital signature.

Να θυμάσαι:

Bitcoin balance = το άθροισμα των UTXOs που μπορεί να δαπανήσει το wallet σου.

Και:

Fee = Inputs − Outputs.

ΜΑΘΗΜΑ 10 — BLOCKCHAIN EXPLORERS ΚΑΙ Η ΠΛΗΡΗΣ ΕΙΚΟΝΑ

Τώρα έχουμε αρκετές γνώσεις ώστε να κοιτάμε μια Bitcoin transaction και να καταλαβαίνουμε τι περίπου συμβαίνει από κάτω.

Ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για αυτό είναι:

Blockchain Explorer.

Τι ειναι Blockchain Explorer;

Ένας blockchain explorer είναι software ή website που παίρνει blockchain data και τα παρουσιάζει σε μορφή πιο εύκολη για τον άνθρωπο.

Μπορεί να σου επιτρέψει να αναζητήσεις:

transaction ID,

block hash,

block height,

address,

και άλλα δημόσια δεδομένα.

Τι μπορεις να δεις;

Σε μια Bitcoin transaction μπορείς συνήθως να δεις:

τα inputs,

τα outputs,

το transaction fee,

το fee rate,

το block στο οποίο μπήκε,

την κατάσταση confirmation,

και άλλες τεχνικές πληροφορίες.

Ειναι ο Explorer μερος του Consensus;

Όχι.

Αυτό είναι πολύ σημαντικό.

Ο explorer είναι εφαρμογή παρουσίασης δεδομένων.

Δεν αποφασίζει ποια transaction είναι valid.

Δεν είναι ο Bitcoin network.

Και δεν πρέπει να θεωρούμε ότι επειδή ένας explorer εμφανίζει κάτι, αυτό αποτελεί από μόνο του cryptographic proof ότι είναι σωστό.

Αν θέλεις πραγματικά ανεξάρτητη verification, χρησιμοποιείς δικό σου validating node ή infrastructure που εμπιστεύεσαι για τα δεδομένα που σου παρουσιάζει.

Ας ενωσουμε τωρα ολοκληρη τη διαδικασια

Η Μαρία θέλει να στείλει Bitcoin στον Γιώργο.

Το wallet της εξετάζει τα UTXOs που μπορεί να δαπανήσει.

Επιλέγει τα κατάλληλα inputs.

Δημιουργεί outputs.

Ένα output μπορεί να πηγαίνει στον Γιώργο.

Ένα άλλο μπορεί να αποτελεί change πίσω σε address που ελέγχει η Μαρία.

Η διαφορά μεταξύ συνολικών inputs και outputs γίνεται transaction fee.

Το wallet δημιουργεί τις απαραίτητες signatures ώστε να ικανοποιηθούν οι spending conditions των inputs.

Η συναλλαγή μεταδίδεται στο peer-to-peer network.

Οι nodes που τη λαμβάνουν κάνουν ελέγχους.

Αν τη δεχτούν σύμφωνα με τους consensus rules και τις mempool policies τους, μπορούν να την κρατήσουν στο mempool και να τη μεταδώσουν σε άλλους peers.

Οι miners κατασκευάζουν candidate blocks.

Επιλέγουν transactions.

Δημιουργούν coinbase transaction.

Υπολογίζουν Merkle root.

Δημιουργούν block header.

Και ξεκινούν Proof of Work.

Πραγματοποιούν τεράστιο αριθμό hashing attempts.

Τελικά ένας miner βρίσκει block header hash που ικανοποιεί το target.

Μεταδίδει το block.

Οι validating nodes δεν λένε:

«Έκανε mining, άρα το block είναι σωστό.»

Το επαληθεύουν.

Είναι valid το Proof of Work;

Οι transactions είναι valid;

Το block δημιουργεί μόνο το επιτρεπόμενο subsidy;

Οι spending conditions ικανοποιούνται;

Υπάρχει double spend;

Ακολουθεί όλους τους consensus rules;

Αν ναι, ο node μπορεί να το δεχτεί ως μέρος της valid chain που ακολουθεί.

Η συναλλαγή αποκτά μία confirmation.

Όταν χτιστεί άλλο block πάνω από αυτό:

δύο confirmations.

Και όσο περισσότερο accumulated Proof of Work χτίζεται πάνω από τη συναλλαγή, τόσο μειώνεται γενικά η πιθανότητα να αντικατασταθεί από reorganization.

Η πραγματικη εικονα

Τώρα μπορούμε να δούμε ότι το Bitcoin δεν βασίζεται σε ένα μόνο τεχνολογικό τέχνασμα.

Δεν είναι απλώς:

blockchain.

Δεν είναι απλώς:

cryptography.

Δεν είναι απλώς:

mining.

Είναι συνδυασμός πολλών μηχανισμών.

UTXOs

καθορίζουν ποια outputs μπορούν να δαπανηθούν.

Digital Signatures

αποδεικνύουν ότι ικανοποιούνται συγκεκριμένες spending conditions.

Nodes

επαληθεύουν τους consensus rules.

Mempools

κρατούν προσωρινά unconfirmed transactions σύμφωνα με local policies.

Blocks

οργανώνουν transactions σε ιστορική σειρά.

Hashes

συνδέουν δεδομένα και χρησιμοποιούνται στο Proof of Work.

Miners

προτείνουν blocks μέσω Proof of Work.

Difficulty Adjustment

κρατά τον μακροχρόνιο ρυθμό παραγωγής blocks κοντά στον στόχο.

Consensus Rules

καθορίζουν τι θεωρείται valid.

Accumulated Proof of Work

βοηθά τους nodes να επιλέγουν μεταξύ valid competing histories.

Όλα αυτά λειτουργούν μαζί.

ενα τελευταιο σημαντικο σημειο

Η λέξη:

decentralized

δεν σημαίνει:

«Δεν υπάρχει κανένας κανόνας.»

Συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο.

Ένα decentralized protocol χρειάζεται εξαιρετικά συγκεκριμένους κανόνες.

Η διαφορά είναι ότι δεν υπάρχει μία κεντρική εταιρεία που εκτελεί τους κανόνες για όλους.

Οι συμμετέχοντες μπορούν να τους επαληθεύουν μόνοι τους.

Τι γνωριζεις πλεον;

Αν έχεις καταλάβει το Level 2, μπορείς να εξηγήσεις:

τι υπάρχει μέσα σε ένα Bitcoin block,

τι είναι cryptographic hash,

τι κάνει ένας full node,

γιατί δεν υπάρχει ένα μοναδικό mempool,

τι σημαίνει confirmation,

τι είναι reorganization,

τι είναι το double-spending problem,

τι σημαίνει consensus,

γιατί δεν λέμε απλώς «longest chain»,

τι είναι target,

difficulty,

hashrate,

UTXO,

change output,

και πώς πραγματικά υπολογίζεται το transaction fee.

Αυτό σημαίνει ότι έχεις πλέον περάσει από το:

«Ξέρω τους βασικούς όρους του Bitcoin.»

στο:

«Καταλαβαίνω τη βασική αρχιτεκτονική με την οποία λειτουργεί.»

Και τώρα είσαι έτοιμος να γνωρίσεις έναν διαφορετικό τύπο blockchain.

Ένα blockchain που δεν σχεδιάστηκε μόνο για τη μεταφορά ενός ψηφιακού asset.

Αλλά και για την εκτέλεση προγραμματιζόμενων εφαρμογών.

Να θυμάσαι:

Ένα blockchain όπως το Bitcoin δεν λειτουργεί επειδή όλοι οι συμμετέχοντες εμπιστεύονται ο ένας τον άλλο.

Λειτουργεί επειδή υπάρχουν συγκεκριμένοι κανόνες που μπορούν να επαληθευτούν ανεξάρτητα.

Και στο Bitcoin, η σωστότερη εικόνα δεν είναι:

«Το blockchain αποφασίζει.»

Είναι:

Nodes επαληθεύουν κανόνες, miners προτείνουν Proof-of-Work blocks και το δίκτυο συγκλίνει σε μια valid history μέσω συγκεκριμένων consensus rules.