Mistä lohkoketjuissa on kysymys?

Tavallinen kadunmieskin lienee kuullut kryptovaluutoista. Niistä tunnetuin on bitcoin. Viime aikoina talousuutisten otsikoissa on puhuttu esimerkiksi ylikuumentuneista markkinoista ja kryptovaluutta-hypen romahduksesta, ja sijoittajat ovat polttaneet näppejään. Jos kryptovaluuttojen toimintaperiaatteet ovat – hypestä huolimatta – jääneet hämäriksi, niiden taustalla oleva lohkoketjuteknologia on jäänyt vielä tuntemattomammaksi. Tai se, mitä kaikkea tuo teknologia mahdollistaa.

Lohkoketjuihin kannattaa kuitenkin tutustua. Tämä artikkelin tarkoituksena on avata teknologian tärkeimpiä periaatteita.

Lohkoketju on teknologia

Monissa bitcoinia tai muita kryptovaluuttoja käsittelevissä artikkeleissa käsitteet tuppaavat hämärtymään ja bitcoinin ja blockchainin välille vedetään helposti yhtäsuuruusmerkki. Ne eivät kuitenkaan ole sama asia. Blockchain eli lohkoketju on teknologia, bitcoin sen tunnetuin sovellus. Vastaavasti esimerkiksi tulostaminen on teknologia, ja esite on sitä hyödyntävä sovellus.

Lohkoketjuteknologian periaatteet on kehitetty jo aiemmin, mutta lentoon se lähti vuonna 2009, kun Satoshi Nakamoto -nimellä esiintynyt henkilö hyödynsi sitä ja perusti bitcoinin.

Lohkoketjuteknologiaa kutsutaan englanniksi termillä distributed ledger technology eli DLT. Suomeksi tämä tarkoittaa hajautettua kirjanpitoteknologiaa. Selvennetään asiaa seuraavan esimerkin avulla:

Yliopiston professorilla on opintorekisteri, paksu kansio, joka sisältää kaikki opiskelijoiden tiedot: henkilötiedot, arvosanat ja koesuoritukset, läsnäolomerkinnät, muut huomiot. Joka päivä professori ottaa kansion lukitusta kaapistaan, kiikuttaa sen luokkahuoneeseen, täydentää päivän aikana uusilla merkinnöillä ja lopulta päivän päätteeksi sulkee sen takaisin kaappiin ja lukitsee oven. Tämän opintorekisterin tiedot vaikuttavat opiskelijoiden arvosanoihin ja opintojen jälkeiseen työelämään ja on siksi korvaamattoman arvokas.

Mutta mitä jos kansion päälle kaatuu kahvimuki ja neste sotkee muistiinpanot? Mitä jos professorin käsiala on lukukelvotonta tai hän kirjaa epähuomiossa arvosanan väärälle opiskelijalle? Jos opiskelijat keksivät väärentää merkintöjä? Tulipalo? Tai mitä jos kansio yksinkertaisesti katoaa?

Hajautettu kirjanpitoteknologia selättää nämä tietojen varastoinnin erilaiset haasteet.

Kun opintorekisteri sijaitsee fyysisen kansion sijaan digitaalisella palvelimella, se on automaattisesti turvassa kahviroiskeilta ja tulenlieskoilta. Lisäturvaa ja luottamusta tuo se, että jokainen yliopiston professori, opiskelija ja opiskelijan vanhempi muodostaa solmun tietoverkossa. Jokaisella solmulla on käytettävissään identtinen, jatkuvasti päivittyvä kopio opintorekisteristä. Näin rekisteri ei voi kadota.

Periaatteessa jokainen solmu voi muokata ja tehdä uusia merkintöjä rekisteriin. Mutta se onnistuu vain, jos verkon kaikki muut solmut ovat sitä mieltä, että muutos tai merkintä on pätevä. Professori ei voi merkitä Kaisan arvosanaa Villen nimiin, eikä Ville pääse salaa korottamaan arvosanamerkintäänsä – koska muut solmut eivät anna suostumustaan väärinä pitämiinsä muutoksiin.

Menetelmät ja säännöt, joilla tarvittava kaikkien solmujen antama suostumus saadaan muutosten tekemiseen, erottelevat eri DLT-teknologiat toisistaan.

Lohkoketju on siis kaikessa yksinkertaisuudessaan tietokanta, tapa varastoida informaatiota. Lohkoketjun tarkoitus on ratkaista perinteisen tietovarastoinnin ongelmat – luottamus ja turvallisuus.

Näin lohkoketju toimii

Kirjaimellisesti ymmärrettynä lohkoketju tarkoittaa palasista eli lohkoista muodostuvaa ketjua eli rekisteriä. Se on tietokoneverkosto, joka koostuu solmuista (eli ihmisistä ja yksittäisistä tietokoneista) ja joka pystyy hallitsemaan ja päivittämään tietoja ainutlaatuisella ja turvallisella tavalla luomalla aina uusia tietolohkoja, jotka linkitetään ketjun jatkeeksi.

Palataan yliopistolle: opiskelijat ovat tenttineet kurssin ja professori haluaa päivittää opintorekisteriin eli ketjuun opiskelijoiden arvosanat. Jotta päivitys onnistuu, jokaisen oppilaan (eli solmun) on tarkistettava ja hyväksyttävä merkinnät oikeiksi. Kun hyväksynnät on tehty, siitä syntyy uusi, hyväksyntätiedot sisältävä lohko, joka asettuu ketjun jatkoksi ja päivittää jokaisessa solmussa sijaitsevan rekisterikopion.

Kun laajennetaan lohkoketjuajattelua yliopistoesimerkin ulkopuolelle, yksi lohko voi sisältää vaikkapa tiedot kiinteistön omistusoikeuden siirrosta, vakuutuskorvausten määrästä tai vaikkapa vastamunitun kananmunaerän siirrosta kasvattajalta kauppiaalle.

Miksi lohkoketju on luotettava?

Mikä tekee lohkoketjuteknologiasta haavoittumattoman peukalointiyrityksille tai varkauksille?

Ketju eli rekisteri koostuu siis lohkoista. Jokainen lohko on ikään kuin rekisterin sivu, jonka sisältö koostuu tietueista, eli rekisterin yksittäisistä riveistä. Rivit voivat sisältää tietoa esimeriksi omistusoikeudesta tai liiketoiminnan transaktioista.
 

Tutkitaan lohkoja tarkemmin. Jokainen ketjun lohko sisältää:

• perustiedot, eli esimerkiksi bitcoinin tapauksessa tiedot koskevat tehtyjä toimintoja: kuka myy, kuka ostaa, kuinka monta transaktiota on tapahtunut
• yksilöllisen lohkokoodin, jota kutsutaan tiivisteeksi (englanniksi hash); se on ikään kuin sormenjälki, joka tunnistaa yksilöllisesti lohkon sisältämät tiedot
• edellisen lohkon tiivisteen, jolloin lohko asettuu osaksi ketjua.

Lohkotunnisteen tärkein ominaisuus on, että se liittyy erottamattomasti lohkon sisältämiin tietoihin.

Jos opiskelija Ville yrittää mennä muuttamaan omaa arvosanaansa, se muuttaa kyseisen lohkon sormenjälkeä eli tiivistettä. Koska Villen arvosanalohkon tiiviste sisältyy myös ketjun seuraavaan lohkoon, käykin niin, että ketju katkeaa, koska lohkojen tiivisteet eivät enää vastaa toisiaan.

Jos siis Ville haluaisi muuttaa arvosanaansa jäämättä kiinni, hänen pitäisi pystyä muuttamaan oman arvosanalohkonsa lisäksi kaikkien sitä seuraavien lohkojen tiivisteitä, jotta ketjutus pysyy katkeamattomana. Tämä on vaikeaa, mutta nykyisten tietokoneiden laskentateholla ei suinkaan mahdotonta - yksi tietokone pystyy laskemaan satojatuhansia tiivisteitä sekunnissa.

Tämä riski on otettu huomioon. Proof-of-work (PoW) on niin sanottu konsensusalgoritmi, ylimääräinen turvallisuustoimenpide. Se määrittelee oletusajan, joka tarvitaan uuden lohkon luomiseen, esimerkiksi bitcoinin tapauksessa se on 10 minuuttia. Eli vaikka käytössä olisi maailman nopein tietokone, se ei auta, sillä jokaisen lohkon luomiseksi tai muuttamiseksi pitää odottaa aina uudet 10 minuuttia. Jos muokattavana olisi esimerkiksi 10 000 lohkoa, se tekisi yhteensä 100 000 minuuttia - eli lähes 70 vuorokautta.

Tiivisteiden ja PoW-algoritmin yhdistelmä tekee lohkoketjusta jo varsin varman, mutta ei tässä vielä kaikki: lisäturvaa tuo hajautettu teknologia (aiemmin mainittu DLT). Kuten aiemmin yliopistoesimerkissä kerrottiin, jokaisella solmulla on oma kopionsa rekisteristä ja jokaisen solmun on vielä hyväksyttävä tai hylättävä muutokset. Lohkojen sisältämiä tietoja on siis käytännössä mahdotonta väärentää.

Lohkoketjusovellukset: elintarvikkeiden jäljitettävyydestä älykkäisiin sopimuksiin

Lohkoketjuteknologian tietoturvatakuu avaa mahdollisuuksia vaikka minkälaisille sovelluksille.

Lohkoketjua voidaan hyödyntää esimerkiksi jäljitettävyyden ja elintarviketurvallisuuden takaamiseen läpi koko toimitusketjun. Rekisteri voi sisältää tiedot elintarvikkeen alkuperästä, viljelyn tai kasvatuksen eri vaiheista sekä logistiikasta tuottajalta aina kaupan hyllylle saakka - ja kaikki tämä päivittyy reaaliajassa. Isot päivittäistavaraketjut Walmart ja Carrefour käyttävät jo tällaista sovellusta tarjotakseen toimittajille, sääntelyviranomaisille ja kuluttajille tietoa syömämme ruoan alkuperästä.

Toinen jo olemassa oleva sovellus on konttien seuranta: IBM on perustanut TradeLens-nimisen yhteisyrityksen maailman suurimman konttikuljetusyrityksen Maerskin kanssa. TradeLensin tavoitteena on automatisoida logistiikkavirtoja ja poistaa meriliikenteestä jätettä tuottavia pullonkauloja. On arvioitu, että merellä liikkuu vuosittain 4000 miljardin dollarin arvosta tavaraa. Jopa 20 % kuljetuskustannuksista  koostuu logistiikkaan liittyvien asiakirjojen hallinnasta (New York–Amsterdam-reitillä jopa 50 %). Lohkoketjuteknologiaa hyödyntämällä nämä kustannukset voitaisiin pienentää murto-osaan.

Näiden jo käytössä olevien sovellusten lisäksi mahdollisuudet ovat lähes rajattomat: lohkoketjua voidaan hyödyntää kaikkialla, missä on tarpeen tallentaa ja ylläpitää tietoja ilman huolta väärennöksistä tai muista väärinkäytöksistä, ilmeisenä esimerkkinä terveydenhuolto ja potilastiedot.

Lohkoketjujen avulla voidaan laatia ja allekirjoittaa myös älykkäitä sopimuksia ilman kolmansia osapuolia, kuten pankkeja tai notaareja. Sopimus astuu voimaan, kun osapuolet (solmut) merkitsevät sopimuksen ehdot hyväksytyiksi.

Lohkoketjun heikoin lenkki?

Sanotaan, että jokainen ketju on yhtä heikko kuin sen heikoin lenkki on. Lohkoketjun tapauksessa sanonta ei päde. Jokainen lohkoketjun lenkki, jopa se kaikkein heikoin, on vahva ja turvallinen, koska se on osa muuttumatonta ketjua.

Ehkäpä heikoin lenkki onkin meidän oma, rajallinen ymmärryksemme niistä mahdollisuuksia, joita lohkoketjuteknologia yhteiskunnille, sosiaaliselle ja taloudelliselle kehitykselle voi tarjota.