Jak kryptoměny využívají kryptografii?

Když byl v roce 2009 spuštěn protokol Bitcoin, světu byl představen nový typ měnového systému, který je zabezpečen a vydáván zcela odlišným způsobem než tradiční peníze.

Fiat měny, jako je americký dolar nebo japonský jen, jsou zabezpečeny důvěrou v tradiční bankovní systém a vydávány příslušnými centrálními bankami jednotlivých zemí. Jakákoli nová měna vstupuje do oběhu na základě flexibilní měnové politiky, o které rozhoduje každá domácí vláda. V jistém smyslu jsou fiat měny podloženy důvěrou ve finanční sílu jednotlivých zemí a armád, které tuto sílu chrání.

Bitcoin na druhé straně a následně všechny kryptoměny, které vznikly po jeho spuštění, jsou zabezpečeny a vydávány pomocí vědecké praxe „kryptografie.“ 

Bitcoin v konečném důsledku funguje na předem určené, počítačem řízené měnové politice, kterou nemůže změnit žádná jednotlivá osoba, společnost ani vláda. Namísto důvěry ve vládu nebo instituce vkládají uživatelé Bitcoinu důvěru v kryptografii a transparentní soubor pravidel protokolu, které mu umožňují spolehlivě fungovat bez ohledu na jeho tržní cenu nebo náladu na trhu.

Kryptografie je studium šifrování a dešifrování informací. Stručně řečeno, je to praxe úpravy zprávy tak, aby jí rozuměl pouze odesílatel a zamýšlený příjemce nebo příjemci.

Pokud by šifrovaná zpráva byla zachycena někým jiným než zamýšleným příjemcem, kryptografie by téměř znemožnila zachytávači pochopit, jaké informace obsahovala.

Jeden z nejstarších příkladů kryptografie sahá do 7. století př. n. l., kdy staří Řekové omotávali kožené proužky s tajnými zprávami kolem tyčí – metoda šifrování známá jako scytale. Po rozvinutí by kožený proužek obsahoval změť písmen, kterou by dokázala rozluštit pouze osoba s podobnou tyčí stejného průměru.

Během války hrála kryptografie zásadní roli při zabezpečování komunikace, která mohla být zachycena mezi rozptýlenými silami. Ve druhé světové válce se použití kryptografie k dešifrování šifrovaných nacistických rádiových přenosů z šifrovacího stroje Enigma ukázalo jako klíčové pro ukončení invaze v Evropě.

Rychle vpřed do dnešní doby a kryptografie nyní hraje zásadní roli v zabezpečení a vydávání kryptoměn, jako je bitcoin. 

Kryptografie je důležitou součástí kryptoměn, používá se k: 

• Vytváření párů klíčů kryptopeněženky
• Vydávání nového bitcoinu prostřednictvím procesu těžby
• Digitálnímu podepisování transakčních zpráv

Celkový součet výpočetních zdrojů směřujících k těžbě bitcoinu pomáhá zabezpečit síť proti kybernetickým útokům. To je souhrnně známo jako „hash rate“ sítě. Čím více těžařů v síti, tím vyšší je hash rate a tím větší je množství výpočetního výkonu potřebného k přetížení sítě 51% většinou.

51% útok je jednou z největších hrozeb pro veřejné blockchainové sítě. Zlomyslní aktéři, kteří jsou schopni shromáždit dostatek zdrojů k ovládání alespoň 51 % hash rate blockchainu, získávají schopnost blokovat příchozí transakce, měnit pořadí transakcí a dvakrát utratit prostředky. Nicméně tím, že je proces výpočetně obtížný, bitcoinová síť brání škodlivým aktérům v převzetí kontroly nad sítí.

Hashování SHA-256 je také zodpovědné za to, že transakce založené na blockchainu jsou neměnné. 

Jakmile jsou transakce sdruženy do nových bloků a ověřeny všemi ostatními dobrovolníky v síti, každá transakční zpráva je hashována pomocí kryptografického algoritmu SHA-256. 

Tyto již hashované transakce jsou poté systematicky hashovány dohromady v párech, aby se vytvořilo něco, co je známé jako „Merkle Tree“. Páry transakcí jsou hashovány dohromady, dokud nakonec všechny transakce v bloku nejsou reprezentovány jedinou hashovací hodnotou. Tato jediná hodnota se stává Merkle Root a je uložena v hlavičce bloku.

Protože hashe jsou deterministické – což znamená, že stejný vstup vždy vytvoří stejnou jedinečnou výstupní hodnotu – jakýkoli pokus škodlivých aktérů o změnu bloku transakcí povede k zcela nové hodnotě Merkle Root. Ostatní dobrovolníci v systému by byli schopni vidět změněný Merkle Root ve srovnání s platným blokem a odmítnout ho, čímž by jednomyslně zabránili poškození.

Deterministická povaha kryptografických algoritmů umožňuje uživatelům sítě provádět transakce s bitcoinem bez potřeby důvěryhodného prostředníka k ověřování a zpracování plateb.

Díky decentralizaci a odstranění lidského zapojení mohou být transakce zpracovávány výrazně rychleji a poplatky jsou často mnohem levnější než tradiční bankovní řešení.

Bitcoin používá elliptic curve cryptography (ECC) a Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256) k generování veřejných klíčů z jejich příslušných soukromých klíčů.

Veřejný klíč se používá k vytvoření adresy kryptopeněženky pro příjem příchozích transakcí, zatímco soukromý klíč je potřeba k podepisování transakcí a prokázání vlastnictví prostředků.

Soukromý klíč si můžete představit jako PIN kód vaší banky a veřejný klíč jako číslo vašeho bankovního účtu. Hacker potřebuje obojí, aby mohl s vašimi financemi provést něco nekalého.

Soukromý klíč je klíčovou součástí páru klíčů a je uložen v kryptopeněžence. Technicky vzato, kryptopeněženka ukládá přístup osoby k jejím krypto prostředkům – nikoli samotnou kryptoměnu. Samotné prostředky jsou jednoduše datové záznamy zaznamenané na blockchainu a lze je identifikovat a odemknout pomocí klíčů uložených ve vaší peněžence. 

ECC je použití speciální matematické křivky, která je horizontálně symetrická. Pokud touto křivkou nakreslíte jakoukoli čáru, protne tvar maximálně třikrát. ECC je důležitou součástí kryptoměn a umožňuje uživatelům generovat veřejný klíč.

Pro vygenerování páru klíčů Bitcoinu musíte nejprve vytvořit soukromý klíč.

Soukromý klíč Bitcoinu je náhodně generované 256bitové číslo (mezi 1 a 2²⁵⁶, neboli dvě na mocninu dvě stě padesát šest – neuvěřitelně velké číslo!). Na službách jako Kraken se toto číslo vytváří automaticky při nastavení nové kryptopeněženky.

Veřejný klíč je poté generován z tohoto čísla pomocí násobení eliptickou křivkou. To zahrnuje vzít počáteční bod na eliptické křivce (známý jako generující bod) a vynásobit ho náhodným číslem soukromého klíče, aby se vytvořil nový bod na křivce.

Tento nový bod se stává veřejným klíčem se specifickými souřadnicemi x a y. Nalezení soukromého klíče při znalosti veřejného klíče je téměř nemožné kvůli tomu, jak obtížné by bylo uhodnout náhodné 256bitové číslo. Existuje přibližně jedna ze 150 000 miliard miliard miliard miliard miliard miliard miliard miliard šance, že se to podaří.

Teoreticky by kvantovému počítači s více než 13 000 000 fyzických qubitů trvalo jeden den, než by toto číslo našel. K dnešnímu dni jeden z nejpokročilejších kvantových počítačů na světě, procesor IBM Eagle, disponuje pouze 127 qubity (neboli 0,00097 % požadovaného množství qubitů).

Jinými slovy, systémy používané kryptoměnami jsou, alespoň prozatím, zcela bezpečné.

Pro vytvoření adresy bitcoinové peněženky jsou souřadnice x a y prohnány algoritmem SHA-256. 

Tato kryptografická hashovací funkce byla vyvinuta a publikována Národní bezpečnostní agenturou Spojených států (NSA) v roce 2001 a v podstatě převádí jakýkoli vstup (v tomto případě souřadnice veřejného klíče) na jedinečný, pevně daný 256bitový kód.

Tento kód je prezentován v 64znakovém hexadecimálním formátu, obsahujícím směs čísel 0 až 9 a písmen A-F.

Kryptografické funkce ECC a SHA-256 jsou známé jako funkce „trapdoor“ nebo „deterministické“. To znamená, že fungují pouze jednosměrně a nelze je obrátit, aby odhalily původní vstupy.

Zatímco je možné vytvořit veřejný klíč ze soukromého klíče, je nemožné obrátit proces a odhalit soukromý klíč. Totéž platí pro pokus o zjištění, jaký veřejný klíč byl použit k vytvoření adresy bitcoinové peněženky. Pouze držitel veřejného klíče má tyto informace a může je použít k prokázání vlastnictví adresy bitcoinové peněženky.

Potřebujete to lépe pochopit? Představte si, že někdo smíchal dohromady různé barevné barvy z výběru, jak jsme již poznamenali, 150 000 miliard miliard miliard miliard miliard miliard miliard miliard možností, aby vytvořil jednu jedinečnou barvu. 

Pokud byste znali přesné množství správných barev, byli byste schopni reprodukovat přesně stejnou barvu. Ale co kdybyste neznali? Pokus o obrácení procesu by byl téměř nemožný. 

To je v podstatě to, jak tyto kryptografické funkce typu trapdoor fungují a co umožňuje, aby jejich vstupy byly nerozpoznatelné ve srovnání s výstupem.

Nové jednotky bitcoinu vstupují do oběhu prostřednictvím procesu zvaného těžba.

Těžba je součástí konsenzuálního mechanismu proof-of-work, který používá blockchain Bitcoinu k výběru poctivých účastníků pro přidávání nových datových bloků.

Dělá to pomocí hashování SHA-256. Tisíce dobrovolníků sítě – známých jako těžební uzly – soutěží proti sobě pomocí počítačů, které jsou speciálně navrženy k generování bilionů hashů za sekundu.

Těžaři nejprve vezmou hlavičku bloku – část, která obsahuje všechny informace nejvyšší úrovně o bloku, včetně jeho časového razítka, cílové hodnoty, kterou mají těžaři překonat, a dalších klíčových komponent – z nejnovějšího bloku v řetězci a upraví číslo něčeho, co se nazývá nonce. 

Nonce je mnemotechnická pomůcka, která představuje číslo použité pouze jednou. Je to část hlavičky bloku, kterou lze změnit k vytvoření nové hashované hodnoty.

Cíl těžební soutěže založené na kryptografii je jednoduchý. Těžaři používají své stroje k automatické úpravě čísla nonce v hlavičce bloku a proženou ho hashovacím algoritmem SHA-256, aby vytvořili hodnotu.

Kterýkoli těžař, který vytvoří hodnotu, která má stejný nebo větší počet nul na začátku ve srovnání s cílovou hodnotou, vyhrává soutěž. Pokud hodnota nepřekoná cílovou hodnotu, těžaři znovu upraví číslo nonce, znovu hashují hlavičku bloku a vytvoří novou hodnotu.

Tento proces se opakuje, dokud někdo neuspěje.

Nově vytěžený bitcoin je udělen každému úspěšnému těžaři na základě pevného plánu vydávání předprogramovaného do zdrojového kódu Bitcoinu jeho tvůrcem, Satoshi Nakamotem. 

Kryptografie hraje zásadní roli při zpracování bitcoinových transakcí a udržování sítě v bezpečí prostřednictvím procesu těžby. Více se dozvíte v článku Kraken Learn Center Co je těžba Bitcoinu?

Digitální podpisy jsou klíčové pro to, aby odesílatelé mohli prokázat, že vlastní odpovídající soukromý klíč k určitému veřejnému klíči, aniž by museli někomu odhalit svůj soukromý klíč.

Bitcoin používá algoritmus digitálního podpisu eliptické křivky (ECDSA) k kryptografickému schvalování a odesílání transakcí z kryptopeněženky.

To zahrnuje, že odesílatel vezme hashovanou transakční zprávu – která obsahuje adresu peněženky příjemce, množství odesílaného BTC, veškeré připojené poplatky a odkud bitcoin původně pocházel – přidá k ní svůj soukromý klíč a vytvoří digitální podpis pomocí dalšího jednosměrného matematického procesu.

Konkrétněji to zahrnuje proces podobný výše zmíněnému vytvoření veřejného klíče ze soukromého klíče, s přidáním několika dalších kroků.

Vytvoří se náhodné číslo (podobné soukromému klíči), které se poté vynásobí stejným generujícím bodem použitým k vytvoření veřejného klíče peněženky, aby se vytvořil nový bod na eliptické křivce. Nazvěme to Bod A. 

Souřadnice X bodu A se poté vynásobí soukromým klíčem odesílatele a přidá se k hashované transakční zprávě. Vše se poté vydělí náhodným číslem vygenerovaným na začátku, aby se vytvořila nová hodnota. Tato hodnota slouží jako digitální podpis.

Pro ověření digitálního podpisu příjemce odvodí dva body na eliptické křivce. Nejprve se zpráva vydělí hodnotou digitálního podpisu, aby se získal generující bod. Poté se souřadnice X generujícího bodu vydělí hodnotou digitálního podpisu, aby se odhalil druhý bod na křivce.

Nakonec vykreslení čáry přes tyto dva body vytvoří třetí a poslední bod na eliptické křivce. Tento konečný bod by měl mít přesně stejnou souřadnici X jako Bod A, čímž se prokáže, že digitální podpis byl vytvořen pomocí správného odpovídajícího soukromého klíče.

Naštěstí digitální kryptopeněženka provádí celý tento ověřovací proces automaticky, bez jakéhokoli vstupu od uživatele.

Kryptografie hraje zásadní roli nejen při zabezpečování kryptoměnových sítí před korupcí, ale také poskytuje nevyvratitelný způsob prokázání vlastnictví prostředků, aniž by uživatelé museli prozradit své citlivé informace o soukromém klíči.

Bez ní by kryptoměnové sítě pravděpodobně byly nuceny spoléhat na důvěryhodné, centralizované prostředníky k zabezpečení svých informací a usnadnění plateb – což zcela odporuje decentralizované povaze veřejných kryptoměn založených na blockchainu.

Nyní, když rozumíte technologii pohánějící kryptoměny, je čas začít s nejtransparentnější a nejdůvěryhodnější burzou digitálních aktiv.

Jste připraveni udělat další krok na vaší krypto cestě s důvěryhodnou a transparentní burzou? Klikněte na tlačítko níže a začněte s Krakenem ještě dnes!