Kako Radi Bitcoin: Blockchain Tehnologija, Mreža i Rudarenje

Bitcoin je decentralizirana digitalna valuta koja se temelji na blockchain tehnologiji. U osnovi, blockchain je distribuirani registar svih transakcija, pri čemu se podatci grupiraju u blokove poredane u lanac. Prema Wikipedia definiciji, “blockchain je distribuirani registar koji sadrži rastući popis zapisa (blokova) koji su sigurno povezani kriptografskim hash-evima”. Svaki blok sadrži hash prethodnog bloka, vremenski žig i transakcijske podatke (organizirane u Merkleovo stablo). Zbog kriptografskog povezivanja blokova, transakcije u blockchainu su nepromjenjive: jednom zapisane, nemoguće ih je naknadno mijenjati bez promjene svih sljedećih blokova i konsenzusa mreže. Na taj način blockchain jamči sigurnost, transparentnost i otpornost sustava na prijevaru.

• Distribuirani registar: Svi podaci o transakcijama zapisuju se u niz blokova (“lanac blokova”), pri čemu svaki novi blok referencira hash prethodnog. Na taj se način gradi lanac nepovratnih zapisa.
• Kriptografska veza: Svaki blok uključuje kriptografski hash prethodnog bloka i Merkleov korijen transakcija, što osigurava integritet i povezanost blokova.
• Merkleovo stablo: Transakcije u bloku strukturirane su u stablo čiji je korijen ugrađen u zaglavlje bloka, što omogućuje učinkovitu i sigurnu provjeru svih transakcija u bloku.
• Nepovratnost: Zbog načina povezivanja blokova, podaci su otpornog na izmjenu – da bi se izmijenila transakcija u nekom bloku, trebalo bi promijeniti i sve blokove koji slijede i dobiti odobrenje većine mreže.

Bitcoin mreža i decentralizacija

Bitcoin mreža je peer-to-peer (P2P) sustav bez centralnog poslužitelja. Svi sudionici (čvorovi) izravno razmjenjuju informacije o blokovima i transakcijama. Prema službenoj dokumentaciji, “Bitcoin network protocol allows full nodes (peers) to collaboratively maintain a peer-to-peer network for block and transaction exchange.”. Drugim riječima, svaki potpuni čvor („full node”) preuzima i provjerava sve blokove i transakcije prije nego što ih proslijedi ostalim čvorovima.

Punim čvorom naziva se softverski klijent (npr. Bitcoin Core) koji drži cijelu blockchain povijest. Takvi čvorovi međusobno razmjenjuju nove blokove i transakcije, gradeći konsenzus o trenutnom stanju lanca. Osim punih čvorova, postoje i laganiji klijenti (SPV) koji provjeravaju samo minimalne informacije. Važno je da nijedno središnje tijelo ne upravlja Bitcoin mrežom – njen rad osigurava sama zajednica rudara i korisnika. Kako ističe Gemini, rudarenje „osigurava da nijedno pojedinačno tijelo ne kontrolira blockchain ili protokol, što Bitcoin čini otpornim na kontrolu (ili gašenje) od strane bilo koje vlade ili središnje vlasti”.

• Peer-to-Peer arhitektura: Čvorovi se povezuju direktno, razmjenjujući blokove i transakcije bez središnjeg poslužitelja.
• Punom čvoru: Svaki full node preuzima kompletan blockchain i samostalno validira sve blokove i transakcije prije daljnjeg slanja.
• Decentraliziranost: Nijedan entitet nema kontrolu nad mrežom – odluke i sigurnost mreže proizlaze iz zajedničkog rada čvorova i rudara.
• Otvorenost i transparentnost: Svi zapisi transakcija javno su dostupni u blockchainu i provjerljivi od bilo koga.

Transakcije u Bitcoin sustavu

Bitcoin transakcije predstavljaju prijenos vrijednosti između korisnika. Svaka transakcija definira koje se bitcoine prenose od jednog računa (adrese) na drugi. Kako objašnjava Bitcoin.com, “Bitcoin transakcije su poruke koje navode kretanje bitcoina od pošiljatelja do primatelja. Transakcije su digitalno potpisane kriptografijom i šalju se cijeloj mreži na verifikaciju”. Važno je da je povijest svake transakcije trajno zabilježena na blockchainu, pa se svaki bitcoin može pratiti unatrag do trenutka nastanka (rudarenja).

Tehnički gledano, svaka Bitcoin transakcija sadrži niz ulaza (inputs) i izlaza (outputs). Ulaz se odnosi na prijašnji neiskorišteni izlaz neke ranije transakcije, dok izlazi definiraju nove UTXO-e (Unspent Transaction Outputs) – koliko bitcoina ide kojoj adresi. Prilikom potpisivanja transakcije, pošiljatelj koristi svoj privatni kriptografski ključ (ECDSA, krivulja secp256k1) da autorizira prijenos, stavljajući svoj digitalni potpis u transakciju. Svaki potpuni čvor potom provjerava valjanost potpisa, raspoloživost sredstava (UTXO) i pohranjuje transakciju u lokalni mempool dok je rudar ne uključi u novi blok.

• UTXO model: Bitcoin koristi model neiskorištenih izlaza (UTXO) kao stanje računa. Svaki UTXO predstavlja neiskorišteni iznos bitcoina koji je netko primio, ali još nije potrošio. Skup svih trenutnih UTXO-ova čvorovi prate kako bi spriječili dvostruko trošenje – jedan bitcoin ne može biti potrošen više puta.
• Kriptografski potpis: Transakcije se potpisuju ECDSA algoritmom. Prihvaćeni je model gdje se iz privatnog ključa generira javni ključ, koji se hashira (SHA-256 pa RIPEMD-160) da bi se dobila adresa primatelja. Potpis potvrđuje vlasništvo nad bitcoina.
• Prosljeđivanje i verifikacija: Nakon slanja, transakcija se emitira svim povezanim čvorovima. Full nodovi ju provjeravaju (potpis, raspoloživa sredstva, itd.) i pohranjuju u mempool. Rudar ju može uključiti u sljedeći blok.
• Nepovratnost i transparentnost: Jednom potvrđena u bloku, transakcija je trajno zabilježena. Sve transakcije su javno vidljive u blockchainu, što omogućuje neovisnu provjeru protoka sredstava.

Bitcoin rudarenje (Proof of Work)

Rudarenje bitcoina je proces kojim se istovremeno umnožavaju novi bitcoini i potvrđuju transakcije. To je mehanizam PoW (proof-of-work) u kojem rudari (posebni čvorovi) koriste računala da bi riješili zahtjevan kriptografski problem. Prema Gemini vodiču, “računala na mreži – čvorovi poznati kao ‘rudari’ – natječu se u rješavanju računski intenzivne zagonetke. Prvi koji pronađe prihvatljivo rješenje može napisati blok novih transakcija u blockchain … i dobiti unaprijed definirani iznos novoizrudarenih bitcoina, nazvan ‘block reward’”. Cijelo to natjecanje traje približno 10 minuta – blokovi se u prosjeku nalaze svakih ~10 minuta.

Blok koji rudar pokušava otkriti sastoji se od zaglavlja (header) i tijela. Header je 80 bajtova duga struktura podataka koja sadrži verziju protokola, hash prethodnog bloka, Merkleov korijen transakcija, vremenski žig, cilj težine (target) i nonce (random vrijednost). Rudar mijenja nonce i druge podatke u headeru kako bi ishodni hash (dvostruki SHA-256) bio manji od ciljanog broja (target) koji određuje težinu rudarenja. Težina (difficulty) mjeri koliko je teško pronaći takav hash: “difficulty is a measure of how difficult it is to find a hash below a given target”. Težina se automatski prilagođava svakih 2016 blokova (otprilike 2 tjedna) kako bi se održao prosječni interval od 10 minuta po bloku.

• Blok header i nonce: U zaglavlju bloka, nonce (4 bajta) je broj koji rudar mijenja kako bi dobio željeni hash. Ostali podaci (verzija, hash prethodnog bloka, Merkle korijen, timestamp, target) ostaju uglavnom nepromijenjeni prilikom svakog pokušaja.
• SHA-256 funkcija: Bitcoin koristi SHA-256 algoritam za rudarenje. Rudar računa dvostruki hash zaglavlja bloka i provjerava je li rezultat manji od cilja. Ovaj postupak je energetski skup; što je veća računalna snaga (hashrate), to su veće šanse za pronalazak rješenja.
• Cilj težine (target): Difficulty određuje broj vodećih nula koje hash mora imati. Što je veća difficulty, to je manje vjerojatno pronaći valjani hash. Primjerice, Bitcoin težina prilagođava se tako da se u prosjeku otkopava jedan blok svaka 10 minuta.
• Nagrada i naknade: Za otkrivanje bloka rudar dobiva nagradu u novim bitcoinima (tzv. block reward) te sve transakcijske naknade sadržane u bloku. Početna nagrada iznosila je 50 BTC, a svakih 210000 blokova (otprilike četiri godine) ona se prepolovi. Danas je nagrada 6.25 BTC po bloku. Dodatno, korisnici plaćaju naknadu kako bi im rudari prioritetnije obradili transakcije.
• Rudarski hardver: U početku su rudari koristili CPU/GPU, no danas su specijalizirani hardveri (ASIC) jedino isplativi za rudarenje. ASIC-ovi su optimizirani za SHA-256 i uvelike povećavaju sigurnost mreže, ali i koncentriraju rudarsku moć.

Sigurnost i otpornost sustava

Bitcoin mreža postiže sigurnost i otpornost zahvaljujući decentraliziranoj strukturi i ekonomskim poticajima. S obzirom na to da nijedan entitet ne kontrolira većinu mreže, teško je izvršiti prevare poput dvostrukog trošenja. Kao što napominje Gemini, rudarenje osigurava da “nijedno pojedinačno tijelo ne kontrolira blockchain ili protokol” i time Bitcoin čini otpornim na cenzuru ili gašenje od strane vlada ili središnjih vlasti.

Jedan od potencijalnih rizika je tzv. 51% napad, gdje bi jedna entitet (ili koalicija) zauzela većinu hashratea i pokušala preinačiti transakcije. Taj bi se napad teorijski mogao dogoditi, ali bi bio iznimno skup i neisplativ: rudari su ekonomski potaknuti da mrežu čuvaju, ne da je napadnu. Ako bi netko pokušao ostvariti kontrolu nad mrežom, riskirao bi uništiti vlastitu investiciju – bez vrijednosti bitcoina, nagrade ne bi vrijedile ništa. Također, čak i ako bi nešto pošlo po zlu, zajednica može reagirati forkiranjem lanca. Ukupni broj punih čvorova (danas desetke tisuća širom svijeta) dodatno otežava svaki pokušaj sabotiranja mreže.

• Distribuirano čuvanje podataka: Tisuće nodova diljem svijeta imaju kopiju blockchaina i neovisno provjeravaju transakcije. Niti jedan sustav (kao što su banke ili kartične mreže) nema ovakav stupanj otpora na greške ili napade.
• Ekonomija rudarenja: S obzirom na kapitalne troškove hardvera i energije, rudari nastoje maksimizirati profit poštenim radom. Pošteni rudar ostvaruje zaradu pronalaskom blokova; nerazumni potezi (poput namjernog kreiranja dvostrukog bloka) vodi ka gubitku svih ulaganja.
• Širenje rudarske moći: Iako su rudarski poolovi koncentrirali moć, Bitcoin protokol dopušta bilo kome (svaki pojedinac s rudarskim uređajem) da sudjeluje. S vremenom, sustavi poput Lightning Networka također omogućuju skaliranje mreže bez žrtvovanja decentralizacije.
• Konsenzus i otpornost: Svaka promjena u protokolu (hard fork) zahtijeva konsenzus zajednice. Primjerice, guranjem većine prema decentralizaciji zadržane su male veličine blokova unatoč pritiscima za većom propusnošću. Zajednica je, po potrebi, spremna za fork (kako se vidjelo pri kreiranju Bitcoin Casha 2017.), ali temeljna ideja ostaje decentralizirana i nepromjenjiva knjiga.

Zaključak

Bitcoin je primjer blockchain tehnologije koja je omogućila nastanak globalnog, decentraliziranog financijskog sustava bez središnje kontrole. Međusobno integrirajući P2P mrežu čvorova, model neiskorištenih izlaza (UTXO) i dokaz rada, Bitcoin mreža omogućuje sigurne, transparentne transakcije. Rudari osiguravaju stabilnost i sigurnost mreže trošenjem računalne snage (te energije), za što dobivaju nove bitcoine – čime je ugrađena ekonomija koja održava mrežu poštenom i otpornom. Ovime blockchain tehnologija i bitcoin rudarenje skupa rješavaju problem povjerenja u digitalne transakcije – bez potrebe za bankama, državama ili drugim posrednicima.