Bitcoin whitepaper

Bitcoin whitepaper on Bitcoinin perustaja Satoshi Nakamoton vuonna 2008 julkaisema Bitcoinin esitellyt dokumentti. Tässä blogitekstissä käydään läpi mikä Bitcoin whitepaper on ja millainen on whitepaperin sisältö.

              
Mikä on Bitcoin whitepaper?
Bitcoin whitepaper on tasan 16 vuotta ennen tämän blogitekstin julkaisua, eli 31.10.2008, julkaistu dokumentti, jossa esitellään ensimmäistä kertaa Bitcoinin ja lohkoketjun toimintaa. Whitepaper-termin voidaan nähdä kryptovaluuttojen yhteydessä kuvaavan ikään kuin kryptovaluutan projektisuunnitelmaa. Tarkemmin ottaen Bitcoin whitepaperilla tarkoitetaan Satoshi Nakamoto -nimimerkkiä käyttäneen henkilön tai ryhmän julkaisemaa dokumenttia otsikolla: "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System". Nakamoto julkaisi whitepaperin lähettämällä sen kryptografiasta kiinnostuneiden sähköpostilistalle. Whitepaperista löytyy myös suomennus: "Bitcoin: Sähköinen käteisjärjestelmä vertaisverkossa". Bitcoin whitepaperia pidetään yleisesti merkittävimpänä Bitcoiniin, kryptovaluuttoihin ja lohkoketjuteknologiaan liittyvänä dokumenttina.
Linkki Bitcoin whitepaperin englanninkieliseen versioon: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
Linkki Bitcoin whitepaperin suomennukseen: https://bitcoin.org/files/bitcoin-paper/bitcoin_fi.pdf
Whitepaperin sisältö
Whitepaperin alkuperäinen englanninkielinen versio on yhdeksänsivuinen dokumentti, joka koostuu tiivistelmästä ja 12 kappaleesta.
Whitepaperin sisällysluettelo on seuraavanlainen:
Abstract (Tiivistelmä)
1. Introduction (Johdanto)
2. Transactions (Transaktiot)
3. Timestamp Server (Aikaleimapalvelin)
4. Proof-of-Work
5. Network (Verkko)
6. Incentive (Kannustin)
7. Reclaiming Disk Space (Levytilan uusiokäyttö)
8. Simplified Payment Verification (Yksinkertaistettu maksunvarmennus)
9. Combining and Splitting Value (Arvon yhdistäminen ja jakaminen)
10. Privacy (Yksityisyys)
11. Calculations (Laskelmat)
12. Conclusion (Päätelmät)
Käydään seuraavaksi läpi tiivistetysti läpi whitepaperin sisältö kappaleittain:
Abstract (Tiivistelmä)
Abstractissa, eli tiivistelmässä, Nakamoto tiivistää whitepaperin tarkoituksen ja sisällön. Tiivistetysti Nakamoton tavoitteena on luoda vertaisverkkoon pohjautuva teknologia (peer-to-peer, P2P), jonka avulla voidaan suorittaa suoria maksuja useiden osapuolten välillä ilman tarvetta luottaa kolmansiin osapuoliin kuten pankkeihin.
1. Introduction (Johdanto)
Johdantokappaleessa kritisoidaan perinteistä talousjärjestelmää, jossa ihmisten on pakko luottaa keskitettyihin toimijoihin. Nakamoton mukaan perinteisellä talousjärjestelmällä on tästä syystä useita ongelmia, kuten transaktioiden kulut ja hitaus, asiakastietojen pakollinen kerääminen sekä mahdottomuus tehdä peruuttamattomia transaktioita.
Nakamoton mukaan nämä ongelmat voidaan ratkaista järjestelmällä, joka perustuu luottamuksen sijasta kryptografiseen todisteeseen. Näin kaksi tahoa voi tehdä transaktiota suoraan keskenään, ilman tarvetta luottaa kolmanteen osapuoleen, kuten pankkiin. Näin on mahdollista ratkaista useita perinteisen talousjärjestelmän ongelmia.
2. Transactions (Transaktiot)
Transactions-kappaleessa Nakamoto kuvailee Bitcoinin ja samalla lohkoketjun perustoimintaperiaatteen. Whitepaperissa toimintaperiaate kuvaillaan seuraavasti: Kukin omistaja siirtää kolikon (eli bitcoinin) aina seuraavalle omistajalle tekemällä digitaalisen allekirjoituksen. Maksunsaaja voi varmentaa allekirjoitukset varmentaakseen kolikon omistusketjun.
Siinä missä allekirjoitusten avulla voidaan vahvistaa kolikkojen omistajuus, niiden avulla ei voida estää, todennäköisesti keskeisintä digitaaliseen valuuttaan liittyvää haastetta eli niin sanottua double-spending-ongelmaa. Käytännössä tällä tarkoitetaan, että joku kuluttaa saman kolikon kaksi kertaa. Perinteisessä talousjärjestelmässä double-spending-ongelma ratkaistaan siten, että keskitetty toimija tarkistaa jokaisen transaktion kaksinkertaisen kuluttamisen varalta. 
Nakamoto esittelee tälle kuitenkin myös vaihtoehdon, joka ei vaadi keskitettyyn toimijaan luottamista. Tämän vaihtoehdon edellytyksenä on, että maksunsaaja pystyy selvittämään, ovatko kolikon edelliset omistajat allekirjoittaneet hänelle siirrettävälle kolikolle aiempia transaktioita. Näin ollen maksunsaajan tulee olla tietoinen kaikista aiemmista transaktioista. Tämä on mahdollista ainoastaan, kun transaktiot ovat julkisia. Lisäksi tarvitaan menetelmä, jonka avulla verkon osallistujat pääsevät sopuun samasta järjestyksestä, jossa transaktiot ovat tapahtuneet.
3. Timestamp Server (Aikaleimapalvelin)
Timestamp Server -kappaleessa Nakamoto esittää ratkaisuksi transaktioiden järjestyksen selvittämiseen hyödyntäen aikaleimapalvelinta (engl. timestamp server). Aikaleimapalvelin toimii siten, että otetaan transaktioista koostuvan lohkon tiedot ja muunnetaan nämä kryptografiseksi tiivisteeksi eli hashiksi. Tämän jälkeen tiiviste aikaleimataan ja julkaistaan lohkon muodossa kaikkien tarkasteltavaksi. Jokainen lohko sisältää myös edellisen lohkon aikaleiman, minkä seurauksena muodostuu lohkojen ketju eli lohkoketju. Näin päästään julkisen aikaleimapalvelimen avulla sopuun siitä, missä järjestyksessä transaktiot ovat tapahtuneet ja täten eroon double-spenging-ongelmasta.
4. Proof-of-Work
Proof-of-Work-kappaleessa käydään läpi Proof of Work -konsensusmekanismi, jolla taataan verkon turvallisuus. Nakamoto kuvailee, että Proof of Work -konsensusmekanismissa lohko luodaan käyttämällä tähän laskentatehoa. Näin ollen lohkoa ei voida muuttaa, ellei tähän käytetä samaa määrää laskentatehoa. Koska lohkot ovat ketjussa, yhtäkään lohkoa ei ole mahdollista muuttaa ilman, että tekisi uudelleen työn, jonka kaikki tätä seuranneet lohkot ovat vaatineet. Näin tehdään vaikeaksi ja kalliiksi Bitcoinin kannalta haitallisten toimijoiden toiminta.
5. Network (Verkko)
Network-kappaleessa Nakamoto kuvailee vaiheittain Bitcoin-verkon toiminnan. Bitcoin-verkossa transaktiot lähetetään kaikille verkon toimintaan osallistuville nodeille, tämän jälkeen transaktiot kerätään lohkoksi ja validoidaan vaativan Proof of Work -konsensusmekanismin avulla ennen kuin ne lisätään lohkona lohkoketjuun. Nodet tunnustavat tämän jälkeen kyseisen lohkoketjun oikeaksi versioksi Bitcoin-verkon historiasta.
6. Incentive (Kannustin)
Incentive-kappaleessa käsitellään sitä, miten verkon toiminnan kannalta kriittiset toimijat saadaan kannustettua toimimaan verkon kannalta parhaalla tavalla. Tämä on haasteellista, kun kyseessä verkko, jossa ei ole keskitettyä toimijaa, joka palkitsisi oikeanlaisesta toiminnasta. Whitepaperissa esitetään, että verkon kannalta kriittisiä toimijoita (eli louhijoita) palkitaan heidän tekemästä työstä uusilla kolikoilla (eli bitcoineilla) sekä transaktiomaksuilla. Tämän palkitsemisperiaatteen ansiosta louhijat toimivat samaan aikaan sekä itsensä että verkon hyväksi.
7. Reclaiming Disk Space (Levytilan uusiokäyttö)
Reclaiming Disk Space -kappaleessa Nakamoto käsittelee hyvin teknistä aihetta, joka liittyy Bitcoinin lohkoketjun vaatimaan tallennustilaan. Käytännössä tällä tarkoitetaan siis transaktiohistoriaa, jonka vaatima tallennustila on jatkuvassa kasvussa. Vanhojen transaktioiden poistamisen sijasta Nakamoto ehdotti Merkle tree -tietorakenteen käyttöä, joka mahdollistaa kaikkien transaktioiden säilyttämisen tallennustilan kannalta tehokkaalla tavalla. Käytännössä Merkle tree on kryptografiaa hyödyntävä tehokas tiedon tallennustapa, jonka avulla on helppo tarkistaa, onko jotain tallennetun datan osaa muutettu.
8. Simplified Payment Verification (Yksinkertaistettu maksunvarmennus)
Simplified Payment Verification -kappaleessa käydään läpi, miten Bitcoin-verkkoa on mahdollista käyttää ilman koko Bitcoinin lohkoketjun historiaa sisältävää full nodea. Nakamoto kuvailee tässä kappaleessa teknisesti, miten Bitcoinin käyttö onnistuu ilman full nodea. Näin ollen Bitcoinia on mahdollistaa käyttää esimerkiksi oman kryptovaluuttalompakon kautta.
9. Combining and Splitting Value (Arvon yhdistäminen ja jakaminen)
Combining and Splitting Value -kappale käsittelee Bitcoinin UTXO-pohjaista transaktiomallia. Tämän ansiosta 1 bitcoin jakautuu kahdeksaan desimaalin, jolloin bitcoinin pienin osa on 0,00000001 bitcoinia (satoshi). Näin ollen on mahdollista ostaa tai siirtää yhden kokonaisen bitcoinin sijasta esimerkiksi vain euron arvosta bitcoinia, joka vastaa vuoden 2024 lokakuussa noin 0,000015 bitcoinia.
10. Privacy (Yksityisyys)
Privacy-kappaleessa käsitellään Bitcoinin yksityisyyttä ja verrataan tätä perinteisen pankkijärjestelmän yksityisyyteen. Perinteisessä pankkijärjestelmässä yksityisyyttä saavutetaan rajoittamalla transaktioiden tietojen saatavuus transaktioon osallistuviin osapuoliin sekä luotettuun kolmanteen osapuoleen kuten pankkiin. Bitcoin eroaa merkittävästi tästä, sillä Bitcoinin kaikki transaktiot ovat kaikkien saatavilla, koska Bitcoin pyrkii olemaan avoin ja läpinäkyvä järjestelmä. Tarkemmin ottaen tämä tarkoittaa, kuten Nakamotokin whitepaperissa toteaa, että kun joku lähettää jonkin määrän bitcoinia jollekulle toiselle, siirto on kaikkien nähtävissä, mutta ilman tietoja, jotka lähtökohtaisesti yhdistäisivät tapahtuman johonkin tiettyyn tahoon.
11. Calculations (Laskelmat)
Calculations-kappale sisältää varsin edistyneitä todennäköisyyslaskelmia liittyen siihen, miten epätodennäköistä Bitcoinin verkkoa vastaan hyökkäävän onnistuminen on. Käytännössä Nakamoto käsittelee tässä kappaleessa skenaariota, jossa hyökkääjä yrittää luoda vaihtoehtoisen lohkoketjun rehellistä ketjua nopeammin. Kappaleessa esitettyjen todennäköisyyslaskelmien avulla selviää myös, kuinka monta lohkoa transaktion sisältävän lohkon jälkeen on ilmestyttävä (eli kuinka monta vahvistusta), jotta vastaanottaja voisi olla varma siitä, ettei lähettäjä voi enää muuttaa transaktiota.
12. Conclusion (Päätelmät)
Conclusion-kappaleessa Nakamoto tiivistää whitepaperin olennaisen sisällön. Digitaalisten allekirjoitusten mahdollistavat bitcoinien omistajuuden todistamisen. Proof of Work -konsensusmekanismia hyödyntävän julkisen vertaisverkon avulla ratkaistaan puolestaan double-spending-ongelma. Konsensusmekanismin avulla pannaan myös täytäntöön kaikki verkon tarvittavat säännöt ja kannustimet.
Yhteenveto
Bitcoinin, kryptovaluutat ja lohkoketjuteknologian 16 vuotta sitten alulle panneen Bitcoin whitepaperin vaikutukset ovat kiistattomat. Nakamoton julkaiseman whitepaperin vaikutukset eivät rajoitu kuitenkaan ainoastaan kryptovaluuttaekosysteemiin, sillä vuonna 2008 esitellyllä Bitcoinilla on ollut viime vuosina peruuttamaton vaikutus myös koko sijoitusmarkkinaan.

Ville Viitaharju
Kryptovaluutta-asiantuntija