Jak funguje Bitcoin po technické stránce

Detailní akademický popis fungování bitcoinové sítě zvěřenil anonymní tvůrce Bitcoinu vystupující pod přezdívkou Satoshi Nakamoto v dokumentu nazývaném white paper. Tímto dokumentem celému světu Bitcoin představil již v roce 2008. Pro běžného smrtelníka co se nepohybuje v IT světě je tento dokument samozřejmě těžko stravitelný a vysvětlit fungování bitcoinové sítě srozumitelným jazykem je poměrně těžký úkol.

Naprosto dokonale shrnul fungování Bitcoinu Kicom ve svém pátem videu v Úvodu do Bitcoinu. Pokud máte rádi videoformát, tak nenajdete lepší vysvětlení této problematiky.

Kicom vysvětluje jak funguje Blockchain.

Bitcoinová síť

Základním stavebním kamenem bitcoinové sítě jsou nody, což si můžete představit jak jednoduché servery/počítače. Tyto servery jsou navzájem propojené sítí - dokáží tedy mezi sebou komunikovat posíláním zpráv. Důležité je, že všechny tyto uzly sítě jsou v rovném postavení - neexistuje zde žádná autorita, žádný uzel není důležitější než jiný a žádný není důvěryhodnější než kterýkoliv další. Což mimo jiné znamená, že defaultně nikdo nikomu nevěří, každý uzel počítá s tím, že jsou všichni v síti podvodníci. A přesto se všichni dokáží shodnout na tom, co je pravda :)

Blockchain

Blockchain je veřejně dostupná účetní kniha, jejíž kopii vlastní úplně všechny výše zmíněné nody, tedy uzly bitcoinové sítě. Tato účetní kniha je rozdělena do bloků, které jsou uspořádány chronologicky za sebou a každý block navazuje na ten předchozí a tím tvoří tzv. řetězec bloků, tedy blockchain.

Každý blok v řetězci obsahuje transakce (kolik peněz odešlo z jaké adresy a kam) a také hash předchozího bloku, pomocí kterého na sebe bloky navazují. Tato datová struktura má tu vlastnost, že kdyby někdo chtěl změnit historii, tedy padělat kterýkoliv blok v řetězci, musí přepočítat všechny následující bloky až do současnosti, což je prakticky nemožné kvůli obrovskému výpočetnímu výkonu, který by to vyžadovalo.

Jak si umělá inteligence představuje blockchain

Kryptografie a digitální podpisy

Klíčovou roli v zabezpečení bitcoinové sítě hraje kryptografie. Síť je veřejná a tak si doslova každý může generovat své bitcoinové adresy na které může přijímat měnu, nebo naopak z ní posílat. Bezpečnost transakcí je pak zajištěna pomocí privátního a veřejného klíče.

• Privátní klíč si uživatel nechá vygenerovat typicky nějakým softwarem (bitcoinovou „peněženkou“). Jedná se o alfanumerický řetězec, který musí být uchováván v bezpečí, protože kdokoli s přístupem k tomuto klíči může spravovat bitcoinové prostředky přidružené k dané adrese.
• Veřejný klíč je vytvořen pomocí privátního klíče a je sdílen veřejně. Z veřejného klíče se dají generovat bitcoinové adresy, na které lze posílat bitcoiny.

Když chce odesílatel poslat bitcoiny ze své adresy, tak vytvoří transakci, do které zadá, kolik bitcoinů posílá z jaké adresy a kam. Celou transakci pak podepíše svým soukromým klíčem. Vytvoří tak svůj digitální podpis. Takto podepsanou transakci následně odešle uzlům bitcoinové sítě. Uzly, které transakci obdrží, pak nejprve pomocí veřejného klíče odesílatele ověří, že je podpis platný (tedy že byl vytvořený správným soukromým klíčem), že je transakce validní (uživatel má dost prostředků na její provedení) a následně transakci zařadí do fronty k ostatním čekajícím transakcím.

Těžba

Máme tedy seznam transakcí, které čekají až je někdo zapíše do veřejné účetní knihy. Na scénu přichází těžaři, kteří mezi sebou soupeří o právo zapsat transkace do dalšího bloku v tomto blockchainu.

Jak těžba funguje

1. Soutěž: Jak už bylo zmíněno, každý blok v řetězci navazuje na ten předchozí pomocí hashe, což je dopředu neznámý textový řetězec. Tento řetězec však musí splňovat určitá kritéria. Existuje tedy jenom hodně malá část vyhovujících řešení. Protože se nedá nijak spočítat, musí těžaři správný výsledek „hádat“. Celá soutěž pak spočívá pouze v tom, kdo uhodne správné řešení jako první.
2. Zápis do blokchainu a odměna: První těžař, který najde správný hash, vytvoří další blok. Ten má jen omezenou velikost, takže se do něj nemusí vejít všechny čekající transakce. Transakce si tak typicky seřadí podle výše poplatků. Poplatky si určuje sám odesílatel, který si tak tím, že nastaví vyšší poplatek, může zajistit prioritní odbavení. Vítězný těžař pak obdrží tyto poplatky a také nově vytvořené bitcoiny, jejichž množství v čase neustále klesá díky tzv. halvingu.
3. Úprava složitosti sítě: Celá síť je naprogramovaná tak, aby statisticky byl každý nový blok vytěžen jednou za 10 minut. Pokud těžaři začnou těžit rychleji, třeba že nakoupí silnější stroje, tak se počet vyhovujících řešení sníží, aby bylo statisticky a tedy i výpočetně náročnější najít to správné. Podobným způsobem se složitost může snižovat, pokud těžaři nebudou stíhat.

Celý tento proces využívá konceptu Proof of work (PoW) tedy důkaz prací. Každý těžař, který vypočítal nový blok, tak musel prokazatelně spálit velké množství energie, vynaložil tedy spoustu práce. Tím je zajištěna celá bezpečnost sítě. Pokud by někdo chtěl měnit historii v blockchainu, musel byl znovu přepočítat všechny bloky až do současnosti a splálit tak nesmyslné množství energie. Jinými slovy se dá říct, že čím více elektřiny bitcoinová síť pálí, tím bezpečnější také je.