Mikä on lohkoketju? Näin blockchain toimii selkokielellä

Lohkoketju eli blockchain on yksi viime vuosien puhutuimmista teknologioista, mutta sen toimintaperiaate jää monelle hämäräksi. Tässä oppaassa selitämme selkokielellä, mitä lohkoketju tarkoittaa, miten se tallentaa tietoa turvallisesti ilman keskitettyä valvojaa ja miksi samaa tekniikkaa käytetään niin kryptovaluutoissa kuin monilla muillakin aloilla. Mukana on konkreettisia esimerkkejä, jotta kokonaiskuva hahmottuu ilman teknistä taustaa.

Mitä lohkoketju tarkoittaa?

Lohkoketju on digitaalinen tilikirja eli tietokanta, johon kirjataan tapahtumia. Erona tavalliseen tietokantaan on se, että tilikirjaa ei säilytetä yhdellä palvelimella tai yhden yrityksen hallussa, vaan sen täydellinen kopio on jaettu sadoille tai tuhansille tietokoneille eri puolilla maailmaa. Näitä tietokoneita kutsutaan solmuiksi (node).

Nimi tulee siitä, että tapahtumat tallennetaan lohkoihin (block), ja lohkot ketjutetaan toisiinsa aikajärjestyksessä. Syntyy katkeamaton ketju, jonka jokainen osallistuja voi tarkistaa. Koska kopioita on monta ja ne verrataan jatkuvasti toisiinsa, yksittäinen taho ei voi huomaamatta muuttaa tietoja jälkikäteen. Tätä ominaisuutta kutsutaan hajautukseksi: valta ja vastuu on jaettu monelle sen sijaan, että yksi keskitetty toimija päättäisi kaikesta.

Havainnollinen vertaus on yhteinen tilikirja, josta jokaisella ryhmän jäsenellä on identtinen kopio. Kun yksi jäsen tekee uuden merkinnän, se lähetetään kaikille, ja vasta kun enemmistö on hyväksynyt sen aidoksi, merkintä lisätään jokaisen kopioon. Jos joku yrittäisi väärentää oman kopionsa, se ei täsmäisi muiden kanssa ja hylättäisiin.

Näin lohkoketju toimii vaihe vaiheelta

Lohkoketjun toiminta perustuu muutamaan yksinkertaiseen rakennuspalikkaan. Kun ne yhdistyvät, syntyy järjestelmä, jota on erittäin vaikea huijata.

Lohkot eli tietopaketit

Lohko on paketti, johon kerätään joukko tapahtumia tietyltä ajanjaksolta. Esimerkiksi kryptovaluutassa tapahtuma kertoo, kuka lähetti varoja, kenelle ja kuinka paljon, sekä aikaleiman. Kun lohko täyttyy, se suljetaan ja liitetään ketjun perään. Tämän jälkeen uusia tapahtumia aletaan kerätä seuraavaan lohkoon.

Tiiviste eli hash sitoo lohkot yhteen

Jokaiselle lohkolle lasketaan tiiviste (hash). Tiiviste on matemaattisen laskutoimituksen tuottama kiinteämittainen ”sormenjälki” lohkon sisällöstä. Esimerkiksi Bitcoin käyttää SHA-256-nimistä algoritmia. Tiivisteellä on kaksi tärkeää ominaisuutta: pienikin muutos sisällössä tuottaa täysin erilaisen tiivisteen, eikä tiivisteestä voi laskea takaisin alkuperäistä sisältöä.

Ratkaisevaa on, että jokainen lohko sisältää myös edellisen lohkon tiivisteen. Näin lohkot liittyvät toisiinsa kuin ketjun lenkit. Jos joku muuttaisi vanhaa tapahtumaa, kyseisen lohkon tiiviste muuttuisi, jolloin se ei enää täsmäisi seuraavassa lohkossa olevaan viittaukseen. Yhden lohkon muokkaaminen rikkoisi siis kaikki sen jälkeen tulevat lohkot, mikä tekee jälkikäteisestä väärentämisestä käytännössä mahdotonta.

Hajautettu verkko ja solmut

Solmut ovat verkkoon kytkettyjä tietokoneita, jotka säilyttävät ketjun kopiota ja välittävät uusia tapahtumia eteenpäin. Kun uusi lohko ehdotetaan, solmut tarkistavat sen sääntöjen mukaisuuden ja päivittävät oman kopionsa. Mitä enemmän solmuja verkossa on, sitä vaikeampi sitä on kaataa tai manipuloida, koska tieto ei ole yhden palvelimen varassa.

Miksi vanhaa tietoa ei voi muuttaa

Tietoturva syntyy kolmen asian yhteisvaikutuksesta: tiivisteiden muodostama ketju, lukuisat identtiset kopiot ja sääntö, jonka mukaan verkon enemmistön on hyväksyttävä jokainen muutos. Väärentäjän pitäisi muuttaa samaa tietoa yhtä aikaa valtaosassa verkon solmuista ja laskea kaikki sitä seuraavat tiivisteet uudelleen nopeammin kuin rehellinen verkko etenee. Suurissa verkoissa tämä vaatisi epärealistisen määrän laskentatehoa tai pääomaa.

Konsensus: miten verkko sopii yhteisestä totuudesta

Koska lohkoketjulla ei ole keskusjohtoa, verkon on päästävä yksimielisyyteen siitä, mikä lohko lisätään seuraavaksi. Tätä sopimismenetelmää kutsutaan konsensusmekanismiksi. Kaksi yleisintä ovat Proof of Work ja Proof of Stake.

Proof of Work eli työn todiste

Proof of Work (PoW) on vanhin menetelmä, ja sitä käyttää muun muassa Bitcoin. Siinä erikoistuneet tietokoneet eli louhijat kilpailevat ratkaistakseen vaativan laskennallisen tehtävän. Ensimmäinen ratkaisun löytänyt saa oikeuden lisätä seuraavan lohkon ja palkkion. Bitcoinissa uusi lohko syntyy keskimäärin noin kymmenen minuutin välein. Menetelmä on erittäin turvallinen, mutta kuluttaa paljon sähköä, koska turva perustuu nimenomaan tehtyyn laskentatyöhön. Käsittelemme aihetta tarkemmin artikkelissa kryptovaluutan louhinta.

Proof of Stake eli osuuden todiste

Proof of Stake (PoS) korvaa laskentakilpailun taloudellisella panoksella. Osallistujat eli validoijat lukitsevat eli ”stäkkäävät” verkon omaa kryptovaluuttaa vakuudeksi. Verkko valitsee vakuuden perusteella, kuka saa vahvistaa seuraavan lohkon. Rehellisestä toiminnasta validoija saa palkkion, mutta sääntöjen rikkomisesta osa vakuudesta voidaan menettää. Tunnetuin esimerkki on Ethereum, joka siirtyi Proof of Workista Proof of Stakeen syyskuussa 2022. Muutos pienensi verkon sähkönkulutusta yli 99 prosentilla, koska raskasta louhintalaitteistoa ei enää tarvita.

Lohkoketjun lyhyt historia

Perusajatus on vanhempi kuin kryptovaluutat. Jo vuonna 1991 tutkijat Stuart Haber ja W. Scott Stornetta esittivät menetelmän, jolla digitaaliset asiakirjat voitiin aikaleimata ja ketjuttaa kryptografisesti niin, ettei niitä voinut jälkikäteen huomaamatta muuttaa.

Varsinainen läpimurto tuli vuonna 2008, kun nimimerkki Satoshi Nakamoto julkaisi Bitcoinia kuvaavan tutkimuspaperin. Bitcoin-verkko ja sen ensimmäinen lohko käynnistyivät tammikuussa 2009, ja tämä oli ensimmäinen laajassa käytössä oleva lohkoketju. Vuonna 2015 julkaistu Ethereum laajensi käyttöä ohjelmoitaviin sopimuksiin, mikä avasi tekniikan monille uusille sovelluksille. Jos haluat tutustua tarkemmin digitaaliseen rahaan, lue erillinen oppaamme siitä, mikä Bitcoin on.

Erilaiset lohkoketjut

Kaikki lohkoketjut eivät ole samanlaisia. Ne jaetaan yleensä sen mukaan, kuka saa osallistua ja nähdä tiedot.

Julkiset lohkoketjut

Julkiseen lohkoketjuun voi liittyä kuka tahansa ilman lupaa, ja kaikki tapahtumat ovat avoimesti nähtävillä. Bitcoin ja Ethereum ovat julkisia. Ne ovat läpinäkyviä ja hyvin hajautettuja, mutta usein hitaampia ja raskaampia kuin suljetut vaihtoehdot.

Yksityiset ja luvanvaraiset lohkoketjut

Yksityiseen eli luvanvaraiseen lohkoketjuun pääsevät vain hyväksytyt osallistujat. Yritykset ja viranomaiset käyttävät niitä esimerkiksi sisäiseen kirjanpitoon tai toimitusketjujen seurantaan, kun halutaan lohkoketjun jäljitettävyys mutta rajattu näkyvyys. Tällaiset verkot ovat nopeampia, mutta vähemmän hajautettuja.

Mihin lohkoketjua käytetään?

Vaikka lohkoketju tunnetaan parhaiten kryptovaluutoista, tekniikka soveltuu moneen tilanteeseen, jossa tietoa pitää tallentaa luotettavasti ilman keskitettyä välittäjää.

• Kryptovaluutat: digitaalisen rahan, kuten bitcoinin, siirtäminen ja saldojen ylläpito.
• Älysopimukset: ohjelmakoodi, joka suorittaa sovitun toiminnon automaattisesti ehtojen täyttyessä, esimerkiksi vapauttaa maksun toimituksen varmistuttua.
• Toimitusketjut: tuotteen matkan jäljittäminen alkuperästä kauppaan niin, ettei merkintöjä voi jälkikäteen muuttaa.
• Digitaalinen identiteetti ja todistukset: tutkintotodistusten tai omistusoikeuksien varmentaminen.
• Äänestykset ja rekisterit: läpinäkyvät ja tarkistettavat kirjaukset.

Lohkoketjun vahvuudet ja rajoitukset

Teknologia ratkaisee tiettyjä ongelmia hyvin, mutta se ei sovi kaikkeen. Alla keskeiset puolet puolueettomasti.

Vahvuudet:

• Tiedot on vaikea väärentää jälkikäteen tiivisteketjun ansiosta.
• Ei tarvita yksittäistä luotettua välittäjää, kun verkko valvoo itse itseään.
• Julkisissa verkoissa tapahtumat ovat läpinäkyviä ja kenen tahansa tarkistettavissa.
• Verkko toimii vuorokauden ympäri eikä kaadu yhden palvelimen vikaan.

Rajoitukset:

• Monet julkiset verkot käsittelevät vain rajallisen määrän tapahtumia sekunnissa, mikä voi hidastaa niitä ruuhkassa.
• Proof of Work -verkot kuluttavat paljon energiaa.
• Virheellistä tai väärään osoitteeseen lähetettyä tapahtumaa ei yleensä voi peruuttaa.
• Käyttäjä vastaa itse salaisista avaimistaan; niiden katoaminen voi tarkoittaa varojen lopullista menetystä.

Turvallisuus ja yksityisyys

Lohkoketjun turva perustuu hajautukseen ja kryptografiaan, mutta siihen liittyy myös väärinymmärryksiä. Teoreettinen hyökkäystapa on niin sanottu 51 prosentin hyökkäys, jossa yksittäinen taho hankkisi hallintaansa yli puolet verkon laskentatehosta tai vakuuksista ja voisi näin vaikuttaa siihen, mitkä tapahtumat vahvistetaan. Suurissa verkoissa tämä on käytännössä kohtuuttoman kallista ja siksi harvinaista.

Yksityisyyden osalta julkinen lohkoketju ei ole täysin nimetön vaan pseudonyymi: tapahtumat näkyvät julkisesti osoitteiden välillä, mutta osoite ei suoraan paljasta henkilöllisyyttä. Käyttäjän vastuulla on suojata salaiset avaimensa, jotka todistavat oikeuden hänen varoihinsa. Avainten turvallinen säilytys on syytä hoitaa huolellisesti, ja aihetta käsittelee tarkemmin opas bitcoin-lompakon valinnasta.

Yleisiä väärinkäsityksiä lohkoketjusta

• ”Lohkoketju ja Bitcoin ovat sama asia.” Bitcoin on yksi sovellus, joka hyödyntää lohkoketjua. Lohkoketju on laajempi teknologia, jolla on monia muitakin käyttökohteita.
• ”Lohkoketju on täysin anonyymi.” Useimmat julkiset ketjut ovat pseudonyymejä, ja tapahtumat ovat avoimesti seurattavissa.
• ”Tietoja voi muokata jälkikäteen.” Vahvistettuja lohkoja ei käytännössä voi muuttaa rikkomatta koko ketjua.
• ”Kaikki lohkoketjut kuluttavat valtavasti energiaa.” Vain Proof of Work -verkot ovat energiaintensiivisiä; Proof of Stake käyttää murto-osan.

Kenelle lohkoketjun ymmärtäminen on hyödyllistä?

Perusteiden tunteminen auttaa monenlaisia lukijoita. Kryptovaluutoista kiinnostuneelle se selventää, miksi digitaalinen raha toimii ilman pankkia ja miten bitcoinin kurssia seurataan. Sijoittamista harkitsevan kannattaa ymmärtää tekniikan vahvuudet ja riskit ennen päätöksiä, ja käytännön askeleita kuvaa opas siitä, miten ostaa bitcoinia. Myös yritysten työntekijöille, opiskelijoille ja teknologiasta uteliaille perusteet antavat pohjan arvioida, missä lohkoketjusta on aidosti hyötyä ja missä ei.

Usein kysytyt kysymykset (UKK)

Mikä on lohkoketju lyhyesti sanottuna?

Lohkoketju on hajautettu digitaalinen tilikirja, jossa tapahtumat tallennetaan aikajärjestyksessä lohkoihin. Lohkot sidotaan toisiinsa kryptografisilla tiivisteillä, ja tilikirjan kopioita säilytetään monella tietokoneella, joten tietoja on erittäin vaikea väärentää jälkikäteen.

Mitä eroa on lohkoketjulla ja Bitcoinilla?

Lohkoketju on taustalla oleva teknologia, kun taas Bitcoin on yksi sitä hyödyntävä kryptovaluutta. Samaa tekniikkaa käytetään monissa muissakin sovelluksissa, kuten älysopimuksissa ja toimitusketjujen seurannassa.

Onko lohkoketju turvallinen?

Suuret ja hajautetut lohkoketjut ovat hyvin turvallisia, koska tietojen muuttaminen vaatisi valtaosan verkon tehosta tai vakuuksista. Riskit liittyvät yleensä käyttäjän omiin virheisiin, kuten salaisten avainten katoamiseen tai huijauksiin, eivät itse teknologiaan.

Kuluttaako lohkoketju aina paljon energiaa?

Ei. Runsas sähkönkulutus koskee lähinnä Proof of Work -verkkoja, kuten Bitcoinia. Proof of Stake -verkot, kuten nykyinen Ethereum, käyttävät vain murto-osan energiasta.

Voiko lohkoketjuun tallennettua tietoa poistaa?

Vahvistettua tietoa ei käytännössä voi poistaa tai muuttaa, koska se rikkoisi lohkojen muodostaman ketjun. Tämä pysyvyys on tarkoituksellista ja yksi lohkoketjun keskeisistä ominaisuuksista.