Bitcoinin turvallisuus

Bitcoinin turvallisuuteen liittyy monia eri tekijöitä ja se on riippuvainen Bitcoin-verkon eri toimijoiden toiminnasta. Tässä tekstissä käsitellään Bitcoinin turvallisuuteen liittyviä asioita.

              
Bitcoinin turvallisuus
Käydään ensin läpi hieman Bitcoinin toiminnan perusperiaatteita, jotka auttavat ymmärtämään myös, mistä asioista Bitcoinin turvallisuus koostuu. Aloitetaan siis tärkeästä kysymyksestä: mikä Bitcoin on? Yksinkertaistettuna Bitcoin on hajautettu ja avoin tilikirja, jota voidaan kutsua lohkoketjuksi. Bitcoinin toiminta perustuu avoimeen lähdekoodiin, joka tarkoittaa käytännössä sitä, että kenen tahansa on mahdollista ehdottaa muutoksia Bitcoinin ohjelmistokoodiin ja täten luoda erilainen versio nykyisin tunnetusta Bitcoinista. Käsitellään seuraavaksi hieman tarkemmin Bitcoinin toimintaa ja erityisesti Bitcoin-verkon keskeisiä toimijoita.
Bitcoin-louhijat
Ensimmäinen Bitcoin-verkon keskeinen toimijaryhmä on louhijat, jotka ovat Bitcoinin-verkkoa ylläpitäviä toimijoita. Tiivistetysti louhijoiden tehtävänä on lisätä uudet bitcoin-transaktiot osaksi Bitcoinin lohkoketjua sekä luoda uusia bitcoineja. Yksinkertaistetusti transaktioiden lisääminen Bitcoinin lohkoketjuun tapahtuu lisäämällä tiedot transaktioista uuteen lohkoon, joka liitetään Bitcoinin lohkoketjun viimeisimmäksi lohkoksi edellisen lohkon perään. Tätä transaktioiden lisäämistä lohkoketjuun uuden lohkon muodossa kutsutaan louhinnaksi. Louhintaa tehdään, koska Bitcoin toimii Proof of Work -konsensusalgoritmilla. Proof of Work -konsensusalgoritmin ideana on, että uusien bitcoinien luominen vaatii louhijoita käyttämään tähän prosessiin laskentatehoa. Nykyään louhijoiden käyttämät laitteet on suunniteltu ainoastaan Bitcoinin louhimista varten, ja uuden sukupolven laitteiden hinnat ovat tuhansissa euroissa. Bitcoin eroaa merkittävästi esimerkiksi perinteisistä fiat-valuutoista, kuten eurosta ja dollarista, joita on mahdollista luoda käytännössä rajattomasti lisää ilman Proof of Workiin olennaisena osana kuuluvaa uhrausta. 
Louhinta voidaan nähdä louhijoiden välisenä kilpailuna siitä, kuka löytää ensimmäisenä oikean ratkaisun ongelmaan, joka oikeuttaa lisäämään transaktiot uuden lohkon muodossa osaksi Bitcoinin lohkoketjua. Tarkemmin tarkasteltuna louhijat käyttävät laskentatehoa arvatakseen oikein numeron, joka oikeuttaa uuden Bitcoin-lohkon luomiseen. Tämän numeron arvaamisen vaikeutta säädellään Bitcoin-verkossa automaattisen vaikeudensäädön avulla, joka takaa sen, että uusi lohko luodaan keskimäärin kymmenen minuuttia edellisen lohkon jälkeen. 
Louhijoiden kannustimena tähän toimintaan on jokaiseen uuteen Bitcoin-lohkoon sisältyvä lohkopalkkio sekä uuden lohkon transaktioista maksettavat kulut. Uuden lohkon löytäjä palkitaan siis transaktiokulujen lisäksi lohkopalkkiolla, jolla tarkoitetaan uusia kyseisen lohkon luomisen yhteydessä luotuja bitcoineja. On myös tärkeää huomioida, että lohkopalkkio on ainoa tapa, jolla bitcoineja tulee lisää. Tällä hetkellä yhden lohkon lohkopalkkio on 6,25 bitcoinia ja tämä lohkopalkkio puolittuu Bitcoinin puoliintumisen yhteydessä aina 210 000 lohkon jälkeen eli noin neljän vuoden välein. Edellinen lohkopalkkion puoliintuminen tapahtui vuoden 2020 toukokuussa. Lohkopalkkion säännöllisestä puoliintumisesta johtuen bitcoinien maksimimäärä, eli 21 miljoonaa kappaletta, on ollut tiedossa Bitcoinin historian alusta asti. 90 prosenttia, eli 18,9 miljoonaa bitcoinia, oli louhittu vuoden 2021 lopulla, ja viimeinen bitcoin tullaan louhimaan noin vuonna 2140. 
Bitcoin-nodet
Bitcoin-verkon toinen keskeinen toimijaryhmä on nodet. Nodet ovat palvelimia, jotka tallentavat Bitcoinin lohkoketjun historiaa. Bitcoin voidaan nähdä siis nodejen muodostamana maailmanlaajuisena verkkona. Kenen tahansa on mahdollista liittää oma nodensa Bitcoin-verkkoon, koska Bitcoin on avoin järjestelmä. Nodeja oli vuoden 2022 maaliskuussa Bitcoin-verkossa maailmanlaajuisesti yli 15 000 kappaletta ja nodeen tarvittavat komponentit ovat hankittavissa noin 150 eurolla. Nodejen tehtävänä on käytännössä valvoa Bitcoin-verkkoon lähetettyjä transaktioita ja lähettää näistä tiedot eteenpäin toisille nodeille. Nodet siis valvovat, että Bitcoin-verkko toimii yhteisesti sovittujen konsensussääntöjen mukaisesti.
Louhijat ja nodet Bitcoinin turvallisuuden takaajina
Tarkastellaan nyt edellä esiteltyjen nodejen ja louhijoiden roolia Bitcoinin turvallisuudessa. 
Olennainen osa Bitcoinin turvallisuutta liittyy niin Bitcoin-louhijoiden kuin -nodejenkin hajautuneisuuteen. Bitcoin-verkon ylläpitotyöstä vastaavat louhijat sijaitsevat ympäri maailmaa, ja yhdessä maassa tai maanosassa tehtävät louhintakiellot voivat pudottaa väliaikaisesti Bitcoinin turvallisuutta, mutta eivät todennäköisesti tuhota verkkoa tai vaikuttaa sen normaaliin toimintaan. Hyvänä esimerkkinä tällaisesta tapahtumasta oli Kiinan vuonna 2021 asettamat louhintakiellot. Joidenkin arvioiden mukaan ennen kieltoja jopa yli puolet Bitcoinin louhinnasta tapahtui Kiinassa ja Bitcoin jatkoi kielloista ja väliaikaisesta kokonaislaskentatehon puolittumisesta huolimatta toimintaansa normaalisti. Verkon kokonaislaskentateho palautui myös tästä noin 50 prosentin pudotuksesta takaisin ennen kieltoja olleelle tasolle noin puolessa vuodessa.
Myös tuhannet Bitcoinin avointa tilikirjaa ympäri maailmaa ajavat nodet pitävät huolen siitä, että Bitcoin-verkon konsensussääntöjä noudatetaan myös äärimmäisissä poikkeustilanteissa. Vaikka siis jossakin maassa tai maanosassa onnistuttaisiin tuhoamaan satoja tai tuhansia, yleensä ihmisten kodeissa olevia nodeja, jatkaisi Bitcoinin-verkko todennäköisesti toimintaansa normaalisti. 
Bitcoin-louhijoiden ja -nodejen toimintaedellytykset eivät olisi myöskään täysin mennyttä esimerkiksi alueellisten internet-katkojen aikana, sillä molempien toiminta on mahdollista esimerkiksi satelliittien avulla. Myös tästä löytyy käytännön esimerkki vuoden 2022 alusta, kun Kazakstanissa oli useamman päivän ajan internet-katkoja. Katkoista syntyi ongelmia useille maassa sijaitseville louhijoille, mutta osa louhijoista pystyi kuitenkin jatkamaan toimintaansa normaalisti, koska heillä oli käytössään satelliittiyhteys. 
SHA-256
Louhijoiden ja nodejen lisäksi olennainen osa Bitcoinin turvallisuutta on Bitcoinin käyttämä SHA-256 -kryptografinen tiivistefunktio. SHA-256 on käytössä Bitcoin-verkossa sekä louhinnassa että Bitcoin-osoitteiden luomisessa. SHA-256 toiminnon perusideana on, että toimintoon voidaan syöttää satunnaisen muotoinen ja mittainen sisääntuloarvo, josta SHA-256 muodostaa kiinteän mittaisen ulostuloarvon. SHA-256 on tehokas toiminto, sillä se on "yksisuuntainen". Tällä tarkoitetaan, että kuka tahansa voi käyttää SHA-256:a syöttämällä sisääntuloarvon ja saamalla tällöin ulostuloarvon. Tästä seuraa, että oikean ulostuloarvon tarkistaminen sisääntuloarvon avulla on erittäin helppoa ja nopeaa. Tämä ei kuitenkaan toimi toiseen suuntaan, koska ulostuloarvosta on käytännössä mahdotonta muodostaa alkuperäinen lähtöarvo, sillä jo yhdenkin merkin ero syötetyssä sisääntuloarvossa tekee ulostuloarvosta täysin erilaisen.
Hashrate
Bitcoinin turvallisuutta käsiteltäessä nousee esiin usein ensimmäisenä tunnuslukuna Bitcoinin hashrate, jolla tarkoitetaan louhijoiden Bitcoin-verkon ylläpitoon käyttämää kokonaislaskentatehoa. Hashraten ja Bitcoinin turvallisuuden välillä onkin selvä yhteys: mitä korkeampi hashrate on, sitä turvallisempana Bitcoin-verkkoa voidaan pitää. Tämän lisäksi Bitcoin-verkon turvallisuudella (ja sitä kuvaavalla hashrate-tunnusluvulla) on mielenkiintoinen kaksisuuntainen yhteys Bitcoinin hinnan kanssa: mitä korkeammaksi Bitcoinin esimerkiksi euromääräinen hinta nousee, sitä arvokkaammaksi bitcoineissa mitattuna neljä vuotta kiinteä lohkopalkkio euroissa nousee. Tämä vaikuttaa Bitcoinin turvallisuuteen seuraavasti: mitä korkeampi esimerkiksi euromääräinen lohkopalkkio on, sitä enemmän louhijoilla on kannustinta käyttää laskentatehoa verkon ylläpitoon. Täten Bitcoinin hinnan kohotessa myös Bitcoin-verkon hashrate, eli Bitcoinin turvallisuuden, tulisi nousta. Tämä yhteys toimii myös toisinpäin: mitä korkeammaksi Bitcoin-verkon hashrate nousee, sitä arvokkaammaksi ja paremmaksi Bitcoin koetaan, minkä taas pitäisi nostaa Bitcoinin hintaa. Tämä hinnan ja hashraten välinen yhteys on havaittavissa varsin selkeästi, kun tutkitaan Bitcoinin historiallista hintakehitystä ja hashratea. 
Tästä turvallisuuden ja Bitcoinin hinnan yhteydestä voidaan sivuta luontevasti yhtä Bitcoinin ainutlaatuisimmista ominaisuuksista, joka erottaa sen esimerkiksi kullasta. Mikäli Bitcoinin ja kullan hinnat esimerkiksi kaksinkertaistuisivat yhdessä yössä, lisäisi tämä luonnollisesti valtavasti kiinnostusta Bitcoinin ja kullan louhintaa kohtaan. Kullan tapauksessa lisääntynyt louhinta tarkoittaisi myös sitä, että kultaa löydettäisiin aiempaa enemmän lisää, ja täten kullan tarjonta lisääntyisi kasvaneen hinnan (ja kysynnän) seurauksena. Bitcoinin tapauksessa lisääntynyt louhinta ei vaikuttaisi automaattisen vaikeudensäädön ansiosta juurikaan uusien bitcoinien määrään. Uusi lohko löydetään siis edelleen keskimäärin kymmenen minuuttia edellisen lohkon jälkeen, ja uusien bitcoinien tulo lohkopalkkion muodossa säilyy seuraavaan lohkopalkkion puoliintumiseen asti muuttumattomana. Lisääntynyt kysyntä ei siis lisää uusien bitcoinien määrää, toisin kuin kullan ja useiden muiden omaisuuserien tapauksessa, mikä voi huomattavasti kasvaneen kysynnän tapauksessa voimistaa Bitcoinin hinnannousua verrattuna muihin omaisuusluokkiin. 
Yhteenveto
Bitcoinin toimintaan ja turvallisuuteen liittyy varsin monenlaisia asioita, joiden kokonaisvaltainen ymmärtäminen vaatii aikaa. Bitcoinin turvallisuudesta vastaavat keskeisimmät toimijat ovat verkkoa ylläpitävät louhijat ja verkkoa valvovat nodet. Nämä toimijat sijaitsevat ympäri maailmaa ja varmistavat täten verkon hajautuneisuuden, joka on tärkeää erityisesti erilaisissa poikkeustilanteissa. Louhijoiden ja nodejen lisäksi louhinnassa ja osoitteiden luomisessa käytettävä SHA-256 -kryptografinen tiivistefunktio on tärkeässä osassa Bitcoinin toimintaa ja turvallisuutta. Olennaisimpana tunnuslukuna Bitcoinin turvallisuutta tarkasteltaessa on puolestaan verkon kokonaislaskentatehoa kuvaava hashrate, jolla on myös mielenkiintoinen kaksisuuntainen yhteys Bitcoinin hinnan kanssa. Tärkeänä osana Bitcoin-verkon toimintaa ja turvallisuutta on myös ainutlaatuinen automaattinen vaikeudensäätöominaisuus, joka erottaa Bitcoinin esimerkiksi kullasta, sillä kysynnän määrä ei vaikuta uusien bitcoinien määrään. Bitcoin on toiminut käytännössä ongelmitta koko historiansa ajan sekä selvinnyt esimerkiksi Kiinan louhintakiellon aiheuttamasta hashraten puolittumisesta. Bitcoin toiminee ongelmitta myös tulevaisuudessa, ja verkon hashrate jatkanee uusien ennätysten tekoa, kun entistä useammat haluavat päästä louhijoina ylläpitämään maailman ensimmäistä avointa ja hajautettua rahajärjestelmää. 
      
Ville Viitaharju
Kryptovaluutta-asiantuntija