Veilige en efficiënte netwerken
Cryptografische technieken vormen de basis van blockchainnetwerken en cryptocurrency’s. Ze zorgen voor de beveiliging en betrouwbaarheid van transacties op de blockchain, zonder dat er een derde partij nodig is. Er worden verschillende cryptografische protocollen gebruikt om deze netwerken veilig en efficiënt te houden, waaronder:
Elliptische curve cryptografie (ECC)
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
Hashfuncties
Hashfuncties zijn een essentieel onderdeel van blockchaintechnologie. Ze maken gebruik van hashing-algoritmen om inputgegevens om te zetten in een vaste reeks letters en cijfers, een zogenaamde ‘hash’. Dit proces is onomkeerbaar. Dat wil zeggen dat het praktisch onmogelijk is om de originele input uit de hash te achterhalen. De meest gebruikte hashfunctie is SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit). Deze functie zorgt ervoor dat iedere transactie op de blockchain uniek is en voorkomt fraude. Bitcoin gebruikt SHA-256 om elke transactie te versleutelen en aan het blockchainnetwerk toe te voegen.
Elliptische curve cryptografie (ECC)
Elliptische curve cryptografie (ECC) is een methode die asymmetrische cryptografie gebruikt voor genereren van openbare en privésleutels. Dit protocol maakt het mogelijk om veilige sleutels te genereren die worden gebruikt bij het verzenden en ontvangen van transacties. In plaats van enorme sleutels te genereren (zoals bij traditionele cryptografische technieken) biedt ECC dezelfde veiligheid met kleinere sleutels, waardoor het blockchainnetwerk energiezuiniger en efficiënter kan functioneren. Veel moderne cryptomunten (waaronder Bitcoin) gebruiken ECC voor hun sleutelbeheer.
Symmetrische cryptografie
Bij symmetrische cryptografie wordt dezelfde sleutel gebruikt voor zowel het versleutelen als het ontsleutelen van gegevens. Deze cryptografische techniek is snel, maar vereist dat beide partijen dezelfde sleutel delen. In blockchaintechnologie wordt symmetrische cryptografie minder vaak gebruikt, omdat het sleuteldistributie-problemen oplevert. Voor bepaalde snelheidsgevoelige toepassingen of smart contracts kan symmetrische cryptografie echter wél uitkomst bieden.
Asymmetrische cryptografie
Asymmetrische cryptografie gebruikt een paar sleutels: een publieke en een private sleutel. De publieke sleutel wordt gedeeld met iedereen, terwijl de private sleutel geheim blijft. Transacties worden versleuteld met de publieke sleutel en kunnen alleen worden ontsleuteld door de private sleutel. Hierdoor kunnen transacties veilig en alleen door de beoogde ontvanger worden geopend. Een bekend voorbeeld van asymmetrische cryptografie is RSA. Echter, kiezen veel blockchain-ecosystemen vanwege de efficiëntie voor het eerdergenoemde elliptische curve cryptografie (ECC).
Digitale handtekeningen
Digitale handtekeningen zijn cryptografische technieken die worden gebruikt om de authenticiteit van een transactie te verifiëren. Ze zorgen ervoor dat de afzender van een transactie wordt geïdentificeerd en dat de transactie niet kan worden gewijzigd, nadat deze is ondertekend. Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) is een van de meest gebruikte protocollen voor het ondertekenen van transacties op de blockchain. Deze digitale handtekeningen bieden een sterke beveiliging.
Zero-knowledge proofs (zk-proofs)
Zero-knowledge proofs (zk-proofs) zijn cryptografische technieken die het mogelijk maken om te bewijzen dat je over bepaalde informatie beschikt, zonder die informatie daadwerkelijk te onthullen. Zk-proofs worden vaak gebruikt door privacy-coins, zoals bijvoorbeeld Zcash (ZEC). Bekende vormen van zero-knowledge proofs zijn ‘zk-SNARKs’, ‘zk-STARKs’ en ‘bulletproofs’.
Diffie-Hellman-protocol
Het Diffie-Hellman-protocol is een methode waarmee twee partijen veilig een cryptografische sleutel kunnen uitwisselen, zelfs als ze communiceren via een onbeveiligd kanaal. Diffie-Hellmann is een van de eerste methoden die symmetrische sleutels kunnen uitwisselen zonder dat een derde partij de sleutel kan onderscheppen. En hoewel deze cryptografische techniek niet direct in blockchain-transacties wordt gebruikt, wordt het wel vaak toegepast in aanvullende beveiligingslagen, zoals bijvoorbeeld VPN’s of andere communicatieprotocollen.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
Blockchainnetwerken zijn gedecentraliseerd en functioneren zonder dat er een centrale partij nodig is om beslissingen te nemen. Byzantine Fault Tolerance (BFT) is een cryptografische techniek die het mogelijk maakt dat een blockchain altijd blijft werken, zelfs als sommige van zijn deelnemers kwaadaardig of defect zijn. Een van de bekendste BFT-algoritmen is Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), dat onder andere wordt gebruikt door blockchainplatformen zoals Hyperledger. Dit protocol zorgt ervoor dat een blockchain betrouwbaar blijft, zelfs in het geval van een gedeeltelijk netwerkfalen.
Sponge-constructie
Een sponge-constructie is een cryptografische techniek die wordt gebruikt in het ontwerp van cryptografische hashfuncties en streamciphers. Streamciphers zijn encryptie-algoritmen die gegevens bit voor bit of byte voor byte versleutelen. Ze zijn snel en efficiënt en worden vaak gebruikt voor de real-time verwerking van gegevens. De sponge-constructie is specifiek ontworpen om flexibele en efficiënte cryptografische functies te creëren, en biedt een manier om gegevens van variabele lengte te verwerken.
Bit-slicing
Bit-slicing is een techniek waarbij een cryptografisch algoritme in verschillende parallelle bitrepresentaties wordt uitgevoerd. Hierdoor worden de efficiëntie en de snelheid van de verwerking verhoogd. Bit-slicing wordt vaak gebruikt in symmetrische cryptografie, zoals Advanced Encryption Standard (AES), om de prestaties te verbeteren. AES is een van de meest krachtige en betrouwbare cryptografische algoritmen ter wereld.
Proof of Work (PoW)
Proof of Work (PoW) is het consensusmechanisme dat wordt gebruikt door Bitcoin en vele andere cryptomunten. Miners moeten complexe wiskundige puzzels oplossen om een nieuwe transactie aan de blockchain toe te voegen. Dit proces kost veel rekenkracht. Doordat het erg moeilijk en duur is om het netwerk te compromitteren blijft het netwerk veilig. PoW is echter zeer energie-intensief. Mede om die reden werd Proof of Stake (PoS) ontwikkeld, een alternatief en energiezuiniger consensusmechanisme. PoW is echter geen cryptografische techniek op zichzelf, maar gebruikt cryptografie als onderdeel van zijn werking, zoals hashfuncties.
Proof of Stake (PoS)
Proof of Stake (PoS) is een efficiënter alternatief voor Proof of Work (PoW). In plaats van dat miners rekenkracht gebruiken om transacties te valideren, wordt de kans om een blok aan een blockchain toe te voegen gebaseerd op hoeveel cryptocurrency’s iemand in bezit heeft (validators). Proof of Stake is echter geen cryptografische techniek op zichzelf, maar maakt wel gebruik van cryptografische protocollen om de veiligheid en integriteit van het netwerk te waarborgen. Blockchainplatformen zoals Ethereum (ETH) zijn inmiddels overgestapt van PoW naar PoS om het energieverbruik te verminderen en de schaalbaarheid te verbeteren.
Versterking van cryptografische fundamenten
De cryptografische technieken die worden gebruikt binnen blockchaintechnologie ontwikkelen zich voortdurend. Van de basisprincipes van hashing en digitale handtekeningen, tot de geavanceerde methoden zoals zero-knowledge proofs, de technologie groeit snel. De nieuwe cryptografische technieken verbeteren niet alleen de veiligheid, maar ook de efficiëntie en schaalbaarheid van blockchain-ecosystemen. Bovendien spelen bovengenoemde cryptografische protocollen een cruciale rol in het bevorderen van het vertrouwen en transparantie binnen gedecentraliseerde netwerken. Om die reden blijven blockchainontwikkelaars zoeken naar nieuwe manieren om de cryptografische fundamenten verder te versterken.
Lees ook:
Wat is het verschil tussen encryptie en hashfuncties?
Homomorfe encryptie: een geavanceerde vorm van cryptografische versleuteling
Merkle-trees (hash-bomen): de integriteit van transactiegegevens waarborgen
Merkle root (root-hash): een digitale vingerafdruk van transacties
Hashtabellen: efficiënt opslaan en ophalen van gegevens
Hashlengtes: de kans op hashbotsingen minimaliseren
XOR (exclusive OR): een krachtige logische bewerking
ParaTimes: creëren en implementeren van parallelle blockchains
Exploits in blockchain: aanvallen op smart contracts
Preimage-aanvallen: de beveiliging van cryptografische hashfuncties doorbreken
Bit-rotatie: creëren van variatie in hashwaarden
Permutaties: eenvoudige, krachtige bewerkingen in hashfuncties
Substitutie: vervangen van gegevens door andere waarden binnen het hashing-systeem
Bit-shifting: een bewerking binnen cryptografische algoritmen
Bitwise-operaties: manipulatie van individuele bits in binaire getallen
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!