Het Byzantine Generals Problem is een concept dat de basis vormt voor het consensusmechanisme binnen blockchain-ecosystemen. Wie zich voor het eerst verdiept in blockchaintechnologie, wordt al snel geconfronteerd met complexe terminologie. Voor mensen zonder IT-achtergrond of kennis van programmeren kan dit overweldigend zijn. Dat is niet verrassend, aangezien blockchain een zeer technische en complexe technologie is. Een van de meest uitdagende onderdelen van decentraal gedistribueerde netwerken is het consensus-protocol. Dit protocol is essentieel voor de werking van het netwerk en speelt een cruciale rol in het waarborgen van de veiligheid van blockchain-transacties. Het uitleggen van dit verfijnde mechanisme is geen eenvoudige taak, maar in dit artikel waag ik een poging.
Consensus: overeenstemming binnen het netwerk
Consensusmechanismen zijn algoritmen die ervoor zorgen dat alle betrokken partijen in een blockchainnetwerk overeenstemming bereiken over de geldigheid van gedeelde informatie. Deze informatie, vaak transactiedata, wordt verspreid over alle computers (nodes) in het netwerk. Neem bijvoorbeeld Bitcoin: binnen het Bitcoin-netwerk moeten alle nodes overeenstemming bereiken over de juistheid van een aangeleverde transactie voordat deze wordt goedgekeurd. Zodra consensus is bereikt, beschikken alle nodes over dezelfde informatie. Dit zorgt ervoor dat het netwerk functioneert als een betrouwbaar, gecentraliseerd register, ondanks de decentrale opzet.
Validatieproces: hoe een transactie wordt goedgekeurd
Bij Bitcoin houdt consensus in dat een transactie geldig wordt verklaard en wordt opgenomen in de blockchain. De blockchain is een keten van blokken, waarbij elk blok transactiedata bevat. Elk nieuw blok dat wordt toegevoegd, wordt gecontroleerd en gevalideerd door de nodes in het netwerk. Dit validatieproces kan op verschillende manieren verlopen, afhankelijk van het consensusmechanisme dat het netwerk gebruikt. Bitcoin maakt gebruik van het mechanisme Proof of Work (PoW). Hierbij voeren miners, een speciale groep nodes, complexe berekeningen uit om transacties te valideren. Deze berekeningen leiden tot een unieke code, een zogenaamde ‘hash‘, die dient als bewijs dat het werk is gedaan.
Onveranderlijkheid van de blockchain
Zodra een blok aan de blockchain is toegevoegd, ligt de daarin opgenomen informatie permanent vast. Dit betekent dat gegevens niet meer kunnen worden gewijzigd, wat de betrouwbaarheid van de blockchain waarborgt. Iedereen kan erop vertrouwen dat de vastgelegde transacties in de blockchain juist zijn, omdat eerdere blokken niet kunnen worden gemanipuleerd zonder de hele keten ongeldig te maken.
Het energieverbruik van Proof of Work
Het valideren van blokken binnen het Bitcoin-netwerk vereist veel rekenkracht en energie. Proof of Work berust op het oplossen van complexe wiskundige puzzels door miners. Deze miners gebruiken gespecialiseerde hardware om de benodigde berekeningen uit te voeren. Dit proces is zeer energie-intensief, wat een van de nadelen is van dit consensusmechanisme.
Moeilijkheidsgraad en hashrate
Bij het minen van blokken zoeken miners naar een bepaalde input die een geldige hash oplevert. Deze input omvat een lijst van eerdere transacties en andere data. De moeilijkheidsgraad van de puzzels bepaalt hoe snel nieuwe blokken worden gevonden, wat gemiddeld elke tien minuten gebeurt bij Bitcoin. De snelheid waarmee dit gebeurt, wordt aangeduid als de hashrate. Een hogere moeilijkheidsgraad betekent dat miners meer rekenkracht nodig hebben om een blok te valideren.
Wat is het Byzantine Generals Problem?
Een van de uitdagingen in gedistribueerde systemen, zoals blockchainnetwerken, is het omgaan met fouten en onbetrouwbare deelnemers. Dit wordt aangeduid als een Byzantine fault, een term die voortkomt uit het Byzantine Generals Problem. Dit gedachte-experiment illustreert hoe een groep generaals, verspreid rondom een kasteel, moet coördineren om op exact hetzelfde moment aan te vallen. De uitdaging is dat sommige generaals onbetrouwbaar kunnen zijn of valse informatie kunnen versturen. Hoe kunnen de generaals toch een gezamenlijke, betrouwbare beslissing nemen?
Blockchain als oplossing voor het Byzantine Generals Problem
Blockchaintechnologie lost dit probleem op met behulp van gedistribueerde grootboeken en consensusmechanismen zoals Proof of Work. In blockchain werkt dit als volgt: alle nodes in het netwerk moeten overeenstemming bereiken over de inhoud van een blok voordat het wordt toegevoegd aan de keten. Miners lossen complexe berekeningen op om de juistheid van het blok te bewijzen. Het resultaat van deze berekeningen is een hash, die de betrouwbaarheid van de gegevens bevestigt.
Betrouwbaarheid van boodschappen
Terug naar het voorbeeld van het kasteel: Proof of Work zorgt ervoor dat alleen betrouwbare boodschappen (transacties) worden verzonden en gevalideerd. Dit betekent dat de generaals in ons voorbeeld met zekerheid kunnen vertrouwen op de integriteit van de instructies, waardoor een goed gecoördineerde aanval mogelijk wordt. Voor blockchainnetwerken betekent dit dat ze fouttolerant blijven functioneren, zelfs als een deel van het netwerk niet naar behoren werkt.
Lees ook:
Exploits in blockchain: aanvallen op smart contracts
Bronnen:
Blockchain Revolution, Don Tapscott en Alex Tapscott
The Bitcoin Standard, Saifedean Ammous
Blockchain Basics, Daniel Dresher
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!
Laat een reactie achter