Number only used Once
Een nonce (dat staat voor ‘Number only used Once’) is een willekeurig gegenereerd getal dat wordt gebruikt in het mining-proces en de verificatie van transacties in een blockchainnetwerk. Het is een waarde die continu wordt aangepast totdat er een bepaalde voorwaarde wordt vervuld. De nonce fungeert als een puzzelstukje dat miners (mijnwerkers die blokken delven op de blockchain) moeten oplossen, om nieuwe blokken aan de blokketen toe te voegen, en om te bewijzen dat ze werk hebben verricht. Dit werk is bekend als Proof of Work (PoW).
Waarom is de nonce belangrijk voor blockchains?
Hoe werkt de nonce?
Om een nieuw blok aan de blockchain toe te voegen, moeten de miners complexe cryptografische berekeningen uitvoeren. Het doel van deze berekeningen is om een zogenaamde hashwaarde te genereren, die aan een specifieke voorwaarde voldoet. Meestal vereist deze voorwaarde dat de hashwaarde een bepaald aantal nullen aan het begin heeft. Echter is het genereren van een hashwaarde een ‘eenzijdige functie’, waardoor de miners de uitkomst niet gemakkelijk kunnen raden. Daarom moeten ze willekeurige nonces proberen, totdat ze een hashwaarde vinden die aan de voorwaarde voldoet.
Eenzijdige functie
Een eenzijdige functie (ook wel ‘one-way-functie’) genoemd, is een wiskundige bewerking die relatief eenvoudig van invoer naar uitvoer kan worden berekend, maar waarbij het praktisch onmogelijk is om vanuit de uitvoer (de hashwaarde) terug te keren naar de originele invoer. Met andere woorden: het is eenvoudig om een output te genereren op basis van een gegeven input, maar het is extreem moeilijk om de input te achterhalen, als alleen de output bekend is. Blockchainnetwerken maken veel gebruik van deze eenzijdige functies om hashwaarden te genereren.
Beveiliging van de blockchain
Eenzijdige functies zijn van cruciaal belang voor de beveiliging van blockchain-ecosystemen, omdat ze het mogelijk maken om gegevens te bevestigen en te valideren, zonder dat gevoelige informatie wordt onthuld. Bij het verifiëren van cryptocurrency-transacties kunnen blockchainnetwerken gebruikmaken van eenzijdige functies, om efficiënt te controleren of de gegevens in een blok ongewijzigd zijn gebleven sinds het werd geproduceerd (zonder de exacte inhoud van de transacties openbaar te maken). Eenzijdige functies spelen dan ook een essentiële rol in de beveiliging en werking van blokketens, omdat ze helpen bij het waarborgen van de integriteit en vertrouwelijkheid van gegevens.
Hashfunctie
Een hashfunctie is een type eenzijdige functie die een reeks gegevens omzet in een unieke, vaste lengte hashwaarde. Deze hashwaarde wordt vervolgens gebruikt om gegevens te identificeren en te verifiëren, zonder dat de oorspronkelijke gegevens worden blootgegeven. De hashwaarde is uniek en wordt gegenereerd op basis van de specifieke gegevens die als invoer worden gebruikt. In een blockchainnetwerk wordt een hashfunctie gebruikt om gegevens van een transactieblok om te zetten in een hashwaarde. Deze hashwaarde fungeert als een unieke vingerafdruk voor het blok, en wordt opgenomen in het volgende blok van de blokketen. Hierdoor wordt de blockchain gevormd, waarbij iedere hashwaarde van een blok gekoppeld is aan het vorige. Dit zorgt voor transparantie en onveranderlijkheid (permanentie) van de in het gedecentraliseerde netwerk opgeslagen gegevens.
Voorbeeld van een nonce
Stel dat een blockchainnetwerk een hashwaarde vereist die begint met twee nullen. Een miner kiest een willekeurig getal als nonce, bijvoorbeeld 100. De miner combineert dit nonce-getal met de gegevens van de transacties in het blok, en voert vervolgens een hashfunctie uit om een hashwaarde te genereren. Als de resulterende hashwaarde niet begint met twee nullen, dan probeert de miner een ander nonce-getal, bijvoorbeeld 235. De miner herhaalt dit proces totdat hij uiteindelijk een hashwaarde vindt, die voldoet aan de vereiste voorwaarde (bijvoorbeeld 00A1B2C3). Zodra hij deze hashwaarde heeft gevonden, kan hij het nieuwe blok toevoegen aan de blockchain en worden de transacties officieel bevestigd.
Nodes valideren de geldigheid van het blok
Nadat de hashwaarde is gevonden en het nieuwe blok aan de blockchain is toegevoegd, verspreiden de nodes (knooppunten) in het netwerk deze nieuwe informatie naar de andere nodes in het netwerk. De andere nodes valideren vervolgens de geldigheid van het blok, door de hashwaarde van het blok te controleren en de regels van het protocol te volgen. Als het blok geldig is, dan voegen de nodes het toe aan hun eigen kopie van de blockchain. Vervolgens gaan de nodes verder met het minen en creëren van nieuwe blokken, waarbij ze voortbouwen op de eerdere blokken in de keten. Dit proces herhaalt zich continu in het netwerk, waardoor de blockchain steeds groter en veiliger wordt. Naarmate de blockchain groeit wordt het voor aanvallers steeds moeilijker om eerdere blokken te wijzigen.
Consensus
Consensus is het proces waarbij alle nodes in het blockchainnetwerk het eens worden over de juiste staat van de blockchain. De nodes bereiken consensus door middel van het verifiëren van transacties en het creëren van nieuwe blokken, waarbij ze wiskundige puzzels oplossen (zoals het vinden van een geldige nonce).
Waarom is de nonce belangrijk voor blockchains?
De nonce speelt een cruciale rol in blockchains vanwege de beveiligings- en consensus-mechanismen die het biedt. Door de miners willekeurige nonces te laten produceren, voorkomen blockchainnetwerken dat iemand eenvoudig valse blokken kan creëren. Hierdoor wordt het bijna onmogelijk om de blockchain te manipuleren en transacties in het netwerk te wijzigen, zonder consensus van het netwerk. Bovendien zorgt de nonce-aanpak ervoor dat mining een competitief proces is, waarbij de miners met elkaar concurreren om de volgend geldige nonce te vinden. Dit creëert een gedecentraliseerde omgeving waarin eerlijkheid en integriteit worden beloond, terwijl de veiligheid en betrouwbaarheid van het netwerk worden gewaarborgd.
Conclusie
De nonce is in principe maar een heel klein en schijnbaar eenvoudig element binnen een blockchain-ecosysteem, maar het speelt een zeer belangrijke rol bij het verifiëren van transacties en de beveiliging van het netwerk. Dit willekeurige getal helpt miners bij het genereren van hashwaarden die aan specifieke voorwaarden voldoen, waardoor nieuwe blokken aan de blockchain kunnen worden toegevoegd. Hierdoor ontstaat een robuust en veilig gedecentraliseerd netwerk, waarin de vastgelegde transacties betrouwbaar en onveranderbaar zijn. Een nonce is dan ook een fundamenteel aspect van blockchaintechnologie.
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!