Wat is een consensus algoritme?

with Geen reacties

Steeds meer mensen raken geïnspireerd door de blockchain. Niet per se vanwege de verfijnde cryptocurrency-technologie, maar vooral vanwege de maatschappelijke, sociale en financiële mogelijkheden die het met zich meebrengt. Decentrale gedistribueerde netwerken maken de weg vrij voor een digitale infrastructuur waarmee de meest complexe, lastige, zakelijke en persoonlijke problemen kunnen worden opgelost. Echter zijn er ook een aantal zaken ten aanzien van de blockchain waar we toch echt niet al te gemakkelijk aan voorbij zouden moeten gaan, omdat achter de vele mogelijkheden en kansen, ook een aantal behoorlijke risico’s schuilgaan. Een van de belangrijkste aspecten van blockchaintechnologie is het zogenaamde consensus algoritme, het algoritme dat ervoor moet zorgen dat decentrale gedistribueerde grootboeken altijd up to date zijn.

Wheel of disruption
Blockchain is een disruptieve technologie

Disruptie op grote schaal

Hoe zullen die “decentrale” blockchain-structuren precies worden geïntegreerd binnen onze “centrale” samenleving, zonder al te veel negatieve disruptie voor overheden en bedrijfstakken? Is het überhaupt wel mogelijk om dergelijke digitale structuren op een soepele manier te verweven met onze bestaande systemen en processen. De blockchain is namelijk echt fundamenteel anders. Dat komt onder andere door de geavanceerde cryptocurrency-techniek en het consensusmechanisme, maar zeker ook door het transparante karakter ervan. Hoe gaan de wisselwerkingen tussen de verschillende industrieën straks verlopen? Als we de mogelijkheden van de blockchain eens goed onder het licht houden, dan kun je alleen maar vaststellen dat decentrale gedistribueerde netwerken die industrieën op grote schaal radicaal zullen transformeren, zoals we dat nog niet eerder gezien hebben.

Industrie 4.0 en blockchaintechnologie
Industrie 4.0 en blockchaintechnologie zullen de manieren van fabricage en distributie compleet veranderen

 

Digitale verbondenheid

Veel discussies over de blockchaintechnologie gaan vooral over digitale betalingseenheden zoals Ethereum, Bitcoin of andere cryptomunten maar de ware kracht van de blockchain ligt in de veelzijdigheid van de transacties. Onze wereld vandaag de dag is digitaal verbonden met alles en iedereen. Een kleine verandering aan processen of systemen aan de andere kant van de aardbol, kan al enorme gevolgen hebben voor onze eigen kleine leefwereld hier. Iedereen maakt op zijn of haar eigen manier gebruik van alle digitale mogelijkheden die wij op dit moment tot onze beschikking hebben. Iedereen heeft zijn eigen taak en in onze huidige economie is vaak duidelijk wie waar verantwoordelijk voor is, op welk moment dan ook.

De wereld digitaal verbonden.
Wat is Ethereum?

Consensusmechanisme

Een blockchain kan alleen maar functioneren met behulp van het consensus algoritme. Iedereen die ooit een huis heeft gekocht weet hoeveel verschillende partijen er bij een dergelijke aankoop betrokken zijn en iedere partij heeft uiteraard recht op zijn vergoeding. Met de blockchain zal de verdeling van de vergoeding aan derde partijen (de partijen die noodzakelijkerwijs dan nog van belang zijn voor bepaalde vormen van validatie of het verifiëren van sommige transacties) heel anders gaan verlopen. Niet de “centrale” instanties bepalen hoe verschillende zaken moeten worden uitgevoerd, maar het consensusmechanisme. En dat is echt een ander kopje thee en misschien zelfs wel een beetje eng.

Huis te koop
Een veranderende economie

IBM en blockchaintechnologie

IBM werkt op dit moment samen met verschillende grote banken aan de ontwikkeling van een blockchainplatform dat zich voornamelijk richt op de financiële wereld. Er wordt onderzocht welke decentrale applicaties (dapps) voor de bankensector kunnen worden ontwikkeld en hoe deze financiële dapps naadloos kunnen worden geïntegreerd in allerlei verschillende zakelijke processen. Er ontstaan toepassingen voor asset management, handel, verzekeringen, betalingssystemen en financiële applicaties die kunnen worden gekoppeld aan zogenaamd “smart property”. Daarnaast worden er smart contracts ontwikkeld voor de gezondheidszorg, de muziekindustrie, overheidsinstanties en de publieke zaak. Het gaat dan bijvoorbeeld om geboorteakten, huwelijksakten, overlijdensakten of persoonlijke identificatiemiddelen.

Arts, IBM Watson Health voor oncologie.
IBM Watson Health voor oncologie

Kunstmatige intelligentie en machine learning

De komende jaren zal de ontwikkeling van blockchainstructuren razendsnel gaan, onder invloed van de opkomende kunstmatige intelligentie en machine learning. Dat zal in zo’n hoog tempo gaan dat we ons heel goed moeten afvragen of die snelheid van blockchainintegratie wel verantwoordelijk is. Is onze maatschappij daar wel op berekend? Blockchain is een zeer geavanceerde techniek en we moeten er voor waken dat deze technologieën niet alleen begrijpelijk zijn voor specialisten, maar ook voor de gewone man of vrouw. En dat zal nog een behoorlijke kluif worden. Als blockchain op grote schaal wordt geïntroduceerd en ook daadwerkelijk onze wereldwijde economie volledig gaat hervormen, dan ontstaat er een risico dat deze techniek alleen echt begrepen wordt door een beperkte groep mensen. Als er dan dingen mis gaan dan kunnen er hele grote problemen ontstaan. Een blockchain is immers onveranderbaar.

Kunstmatige intelligentie
De website van Hanson Robotics

Hanson Robotics

Hanson Robotics is een toonaangevende ontwikkelaar op het gebied van robotica en kunstmatige intelligentie. De robots die zij de afgelopen jaren hebben ontwikkeld zijn soms bijna niet van echte mensen te onderscheiden. Volgens de ontwikkelaars bij Hanson Robotics zullen robots en kunstmatige intelligentie over niet al te lange tijd een alledaags onderdeel zijn van ons dagelijkse leven. Ze leven dan met ons samen, leren ons dingen, bedienen ons, zorgen voor de nodige entertainment en vormen een aangenaam gezelschap. Deze robots zullen zich onder ons bevinden zonder dat we dat in de gaten hebben. Ze zullen slim zijn, vriendelijk en verstandig.

Technologische singulariteit. How will machine intelligence touch our world?
De website van de Singularity University

SingularityNET

Dit is hoe Hanson Robotics de integratie van robots en kunstmatige intelligentie voor zich ziet, maar het blijft natuurlijk koffiedik kijken. Het is natuurlijk ook mogelijk dat kunstmatige intelligentie helemaal niet zou positief uitpakt en dat het uitmondt in een technologische singulariteit waar niemand meer vat op heeft. Hanson Robotics heeft SingularityNET ontwikkelt een platform dat zich richt op de integratie van kunstmatige intelligentie binnen decentrale gedistribueerde netwerken. De verwachtingen hiervan zijn hooggespannen.

Machine learning workflow diagram
De website van Google DeepMind

Op welke manier gaan blockchain en kunstmatige intelligentie een wisselwerking met elkaar aan?

“Intelligente” transacties komen eraan. Of we dat nu willen of niet. Gezien de enorme voordelen is die ontwikkeling denk ik ook niet meer tegen te houden. De combinatie van kunstmatige intelligentie en blockchaintechnologie biedt een digitale infrastructuur voor the internet of things en maakt de weg vrij voor de vierde industriële revolutie. Google DeepMind ontwikkelt een systeem voor auditing in de gezondheidszorg, waarmee data op een veilige manier kan worden gedistribueerd naar alle belanghebbenden, terwijl de kunstmatige intelligentie deze gegevens op een hele vernuftige manier analyseert. Hierdoor kunnen dan bijvoorbeeld bepaalde medische voorspellingen ten aanzien van een ziekteverloop worden gedaan. Je kunt je wel voorstellen welke mogelijkheden dat allemaal met zich meebrengt. Behandelplannen kunnen dan veel specifieker worden toegespitst op de patiënt.

Internet of things
De blockchain als digitale infrastructuur voor decentrale slimme apparaten

De algoritmen in de schoolbanken

Als blockchaintechnologie en kunstmatige intelligentie samensmelten, dan kunnen zij een “schild” vormen tegen cyberaanvallen. Bij machine learning kunnen algoritmen namelijk worden “getraind” om automatisch real-time bedreigingen op te merken. De algoritmen leren in dat geval van het gedrag van de aanvallers. Er kan direct een schild worden opgeworpen. Ondertussen ontmantelen de decentrale gedistribueerde blockchains de ingebouwde kwetsbaarheden van “centrale” databases. Dat houdt in dat een aanvaller zich toegang moet verschaffen tot meerdere ingangen in plaats van één. Dat maakt een cyberaanval direct een stuk moeilijker.

Cyber security

Blockchain-as-a-service

Microsoft heeft de ambitie om de allerbeste Blockchain-as-a-Service aan te bieden aan het mainstream publiek, via de cloud. Hiermee ontstaat een digitale basisstructuur voor iedereen om op een relatief goedkope en toegankelijke manier met blockchaintechnologie te gaan experimenteren, aan de hand van herbruikbare templates. De modules van Microsoft’s Blockchain-as-a-Service zijn niet gecodeerd door Microsoft zelf, maar zijn gebaseerd op de publieke blockchain van Ethereum, die is voorzien van een brede database voor ontwikkelaars. Ethereum kan (in tegenstelling tot een aantal andere blockchains) een interactie aangaan met Azure, het cloud computingplatform van Microsoft. Ook concurrenten zoals IBM bieden op dit moment Blockchain-as-a-Service aan.

Blokken
Microsoft’s Blockchain as a Service

Blockchain gehypet

Blockchain en kunstmatige intelligentie kunnen ook bijdragen aan de ontwikkeling van een “rechtstreekse” democratie. Decentrale gedistribueerde netwerken en kunstmatige intelligentie kunnen samen gigantisch veel data wereldwijd transporteren en daarbij de elektronische stemmen na bijvoorbeeld landelijke verkiezingen, exact monitoren en deze in real-time aan de bevolking publiceren. Dergelijke toepassingen zijn zeker nog toekomstmuziek, maar absoluut niet ondenkbaar. Sommige technologieën worden in korte tijd heel erg populair en zo “gehypet” vanaf de allereerste dag dat ze ontstaan, maar blijken uiteindelijk niet geschikt voor integratie op hele grote schaal. Andere technologieën komen langzaam op, worden mondjesmaat en stap voor stap in verschillende industrieën geïntegreerd, en blijken uiteindelijk de ideale oplossing voor een heleboel specifieke problemen. Hoe we de blockchain en kunstmatige intelligentie in dit licht moeten zien is nog moeilijk te zeggen, maar samen zorgen ze wel voor een zee aan mogelijkheden!

Consensus ahead, consensus algoritme.

Consensus algoritmen voor gedistribueerde netwerken

Er wordt veel onderzoek gedaan naar consensus algoritmen voor gedistribueerde systemen. Wellicht heb je al weleens gehoord van Paxos of Raft algoritmen. De blockchain implementeert echter een ander algoritme: het proof-of-work consensus algoritme dat verwerkt is in blokken. Een consensus algoritme is een proces waarmee binnen een blockchainnetwerk overeenstemming kan worden bereikt. De algoritmen zijn speciaal ontworpen om “vertrouwen” te bewerkstelligen tussen “onbetrouwbare” computernodes in het netwerk. Deze algoritmen lossen het zogenaamde “consensus-probleem” op en zijn dus een van de meest belangrijke elementen van gedistribueerde systemen.

Peer to peer, nodes, consensus algoritme.

fault-tolerant-technologie

Om die consensus te bereiken is het noodzakelijk dat consensus algoritmen er al bij voorbaat vanuit gaan dat sommige processen en systemen ontoegankelijk zijn en dat bepaalde communicatie tussen verschillende nodes verloren zal gaan. Daarom moeten consensus algoritmen “foutbestendig” zijn. Door deze zogenaamde “fault-tolerant-technologie” kunnen computer systemen, elektronische processen en netwerken ongehinderd blijven functioneren, als er onverhoopt binnen de blockchain ergens een kink in de kabel is. Deze foutbestendigheid voorkomt ook dat er problemen ontstaan die te maken hebben met de software of de logica. Hierdoor is er geen sprake meer van een “single point of failure” en blijven systemen gewoon functioneren als er problemen ontstaan.

Blockchain, a shared single source of truth
De blockchain biedt nieuwe kansen en mogelijkheden. Maar wat zijn de risico’s van decentrale gedistribueerde netwerken op grote schaal?

Het consensus algoritme zorgt voor synchronisatie tussen de nodes

Een consensus algoritme neemt automatisch aan dat maar een gedeelte van de nodes binnen de blockchain zal reageren en vereist bijvoorbeeld een minimale reactie van 51 procent van de nodes. Consensus algoritmen zijn dus onmisbaar voor toepassingen binnen blockchains. Ze bepalen of een gedistribueerde transactie mag worden uitgevoerd of juist niet. De algoritmen wijzen nodes aan als “hoofd node” voor bepaalde gedistribueerde taken en zorgen voor synchronisatie tussen de nodes, waardoor de blockchain altijd up to date blijft.

Matt Cutts over Google Search en PageRank, Consensus algoritme.
Matt Cutts over Google Search en PageRank

Google’s PageRank

Het consensus algoritme ondersteunt ook nu al veel verschillende processen en systemen in onze “centrale” digitale wereld. Een goed voorbeeld daarvan is Google’s PageRank waarmee webpagina’s kunnen worden geclassificeerd en getoond in de zoekresultaten. PageRank verwijst naar de algoritmische methode waarmee Google de pagina’s “rankt”, maar ook naar de numerieke waarde (score) die aan webpagina’s wordt meegegeven. Bitcoin, Ethereum en alle andere cryptocurrency-platformen zijn afhankelijk van consensus algoritmen om overeenstemming te bereiken tussen de nodes. Iedere node houdt een kopie van het gedistribueerde grootboek bij en alle updates en validaties binnen het netwerk worden gelijktijdig doorgevoerd.

Bitcoin en het consensus algoritme.
Hoe werken Bitcoin transacties?

Bitcoin en proof of work

Bitcoin gebruikt het proof of work algoritme om de veiligheid binnen het netwerk te waarborgen. Hierbij worden mechanismen gebruikt die ervoor zorgen dat de inspanningen van “mining” worden vertegenwoordigd, binnen de blokken die door de “miner” worden aangeleverd. Speciale software op de computers van de miners stelt hen in staat om ingewikkelde algoritmen op te lossen, die de transactie binnen de blockchain mogelijk maken. Het blok is een zogenaamde “hash proof of work” die wordt geproduceerd tijdens een zeer intensief proces. Hoewel iedereen blokken kan toevoegen aan het grootboek, is de hoeveelheid aan computerkracht die nodig is om “onechte” consensus te bewerkstelligen veel te groot. Het dus loont niet de moeite voor partijen met minder goede bedoelingen.

Hyperledger Fabric en het consensus algoritme
Wat is Hyperledger Fabric?

Byzantine fault tolerance en proof of stake

Een ander consensus algoritme is het “Byzantine fault tolerance algoritme”. Dit algoritme wordt onder andere toegepast bij de Corda blockchain en Hyperledger Fabric. Daarnaast kennen we nog het proof of stake algoritme, dat een alternatief moet bieden voor het proof of work mechanisme en het “gedelegeerde proof of stake” algoritme. Dit laatste consensus algoritme zorgt voor een stevig, flexibel en snel consensus protocol.

 

Op de hoogte blijven van de blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor onze blogpost!

 

Meld je aan voor de blogpost!
Ik ga ermee akkoord dat mijn naam en e-mailadres worden gedeeld met Mailchimp.
Met de blogpost van Uitleg Blockchain blijf je automatisch op de hoogte van de nieuwste ontwikkelingen omtrent de blockchain technologie.
We hebben een hekel aan spam. Uw e-mailadres zal niet worden verkocht of gedeeld met anderen (afgezien van het marketing automation platform dat wij gebruiken voor onze e-maillijst).

Leave a Reply