Miten kryptovaluutat käyttävät kryptografiaa?

Kun Bitcoin-protokolla otettiin käyttöön vuonna 2009, maailmalle esiteltiin uudenlainen valuuttajärjestelmä, joka on turvattu ja liikkeeseen laskettu täysin eri tavalla kuin perinteinen raha.

Fiat-valuutat, kuten Yhdysvaltain dollari tai Japanin jeni, on turvattu luottamuksella perinteiseen pankkijärjestelmään, ja kunkin maan keskuspankki laskee ne liikkeeseen. Uusi valuutta tulee liikkeeseen kunkin kotimaan hallituksen päättämän joustavan rahapolitiikan perusteella. Tietyllä tavalla fiat-valuuttojen takana on luottamus yksittäisten maiden taloudelliseen voimaan ja tätä voimaa suojeleviin armeijoihin.

Bitcoin puolestaan, ja sen jälkeen kaikki Bitcoinin lanseerauksen jälkeen luodut kryptovaluutat, on turvattu ja laskettu liikkeeseen käyttämällä tieteellistä "kryptografian" käytäntöä. 

Viime kädessä Bitcoin toimii ennalta määrätyn, tietokoneohjatun rahapolitiikan mukaisesti, jota kukaan yksittäinen henkilö, yritys tai hallitus ei voi muuttaa. Sen sijaan, että luotettaisiin hallitukseen tai instituutioihin, Bitcoinin käyttäjät luottavat kryptografiaan ja protokollan läpinäkyviin sääntöihin, jotka mahdollistavat sen luotettavan toiminnan markkinahinnasta tai markkinatunnelmasta riippumatta.

Kryptografia on tiedon salaamisen ja salauksen purkamisen tutkimusta. Lyhyesti sanottuna se on viestin muuttamista siten, että vain lähettäjä ja aiottu vastaanottaja tai vastaanottajat voivat ymmärtää sen.

Jos salattu viesti joutuisi jonkun muun kuin aiotun vastaanottajan käsiin, kryptografia tekisi sieppaajalle lähes mahdottomaksi ymmärtää, mitä tietoja se sisälsi.

Yksi varhaisimmista kryptografian esimerkeistä juontaa juurensa 7. vuosisadalle eKr., jolloin muinaiset kreikkalaiset käärivät nahkasuikaleita, joihin oli kirjoitettu salaisia viestejä, keppien ympärille – salaustapa, joka tunnettiin nimellä skytale. Kun nahkasuikale avattiin, siinä oli kirjaimia, jotka vain henkilö, jolla oli samanlainen, samanhalkaisijainen keppi, pystyi tulkitsemaan.

Sota-aikana kryptografialla on ollut elintärkeä rooli hajautettujen joukkojen välillä siepattavien viestien turvaamisessa. Toisessa maailmansodassa kryptografian käyttö Enigma-salauskoneen salaamien natsien radiolähetysten tulkitsemiseen osoittautui ratkaisevaksi Euroopan valloituksen lopettamisessa.

Siirryttäessä nykypäivään kryptografialla on perustavanlaatuinen rooli kryptovaluuttojen, kuten Bitcoinin, turvallisuudessa ja liikkeeseenlaskussa. 

Kryptografia on tärkeä osa kryptovaluuttoja, ja sitä käytetään: 

• Kryptolompakon avainparien luomiseen
• Uuden bitcoinin liikkeeseenlaskuun louhintaprosessin kautta
• Transaktioviestien digitaaliseen allekirjoittamiseen

Bitcoinin louhintaan suunnattujen laskentaresurssien kokonaismäärä auttaa turvaamaan verkon kyberhyökkäyksiä vastaan. Tätä kutsutaan yhteisesti verkon "hash rateksi". Mitä enemmän louhijoita verkossa on, sitä korkeampi hash rate ja sitä suurempi laskentateho tarvitaan verkon ylikuormittamiseen 51 %:n enemmistöllä.

51 %:n hyökkäys on yksi suurimmista uhista julkisille lohkoketjuverkoille. Haitalliset toimijat, jotka pystyvät keräämään riittävästi resursseja hallitakseen vähintään 51 % lohkoketjun hash ratesta, saavat kyvyn estää saapuvia transaktioita, muuttaa transaktioiden järjestystä ja käyttää varoja kahdesti. Tekemällä prosessista laskennallisesti vaikean Bitcoin-verkko kuitenkin estää pahantahtoisia toimijoita ottamasta verkkoa hallintaansa.

SHA-256-hajautus on myös vastuussa lohkoketjupohjaisten transaktioiden muuttumattomuudesta. 

Kun transaktiot on niputettu uusiin lohkoihin ja kaikki muut verkon vapaaehtoiset ovat vahvistaneet ne, jokainen transaktioviesti hajautetaan SHA-256-kryptografisella algoritmilla. 

Nämä jo hajautetut transaktiot hajautetaan sitten järjestelmällisesti pareittain luodakseen jotain, joka tunnetaan nimellä "Merkle-puu". Transaktiopareja hajautetaan, kunnes lopulta kaikki lohkon transaktiot edustavat yhtä hajautusarvoa. Tästä yhdestä arvosta tulee Merkle-juuri, ja se tallennetaan lohkon otsikkoon.

Koska hajautukset ovat deterministisiä – mikä tarkoittaa, että sama syöte luo aina saman ainutlaatuisen tulostusarvon – kaikki pahantahtoisten toimijoiden yritykset muuttaa transaktiolohkoa johtavat täysin uuteen Merkle-juuriarvoon. Muut järjestelmän vapaaehtoiset pystyisivät näkemään muutetun Merkle-juuren verrattuna kelvolliseen lohkoon ja hylkäämään sen, estäen yksimielisesti korruption.

Kryptografisten algoritmien deterministinen luonne antaa verkon käyttäjille mahdollisuuden suorittaa bitcoin-transaktioita ilman luotettavan välittäjän tarvetta maksujen vahvistamiseen ja käsittelyyn.

Pysymällä hajautettuna ja poistamalla ihmisen osallistumisen transaktiot voidaan käsitellä huomattavasti nopeammin, ja maksut ovat usein paljon halvempia kuin perinteiset pankkiratkaisut.

Bitcoin käyttää elliptisen käyrän kryptografiaa (ECC) ja Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256) -algoritmia julkisten avainten luomiseen vastaavista yksityisistä avaimistaan.

Julkista avainta käytetään kryptolompakon osoitteen luomiseen saapuvien transaktioiden vastaanottamista varten, kun taas yksityistä avainta tarvitaan transaktioiden allekirjoittamiseen ja varojen omistajuuden todistamiseen.

Voit ajatella yksityistä avainta pankkisi PIN-koodina ja julkista avainta pankkitilinumerona. Hakkeri tarvitsee molemmat tehdäkseen jotain epätoivottavaa taloudellesi.

Yksityinen avain on avainparin ratkaiseva osa, ja se tallennetaan kryptolompakkoon. Teknisesti kryptolompakko tallentaa henkilön pääsyn kryptovaroihinsa – ei itse kryptovaluuttaa. Varat itsessään ovat yksinkertaisesti lohkoketjuun tallennettuja tietomerkintöjä, jotka voidaan tunnistaa ja avata lompakkoon tallennetuilla avaimilla. 

ECC on erityisen matemaattisen käyrän käyttö, joka on vaakasuunnassa symmetrinen. Jos piirrät minkä tahansa viivan tämän käyrän läpi, se leikkaa muodon enintään kolme kertaa. ECC on tärkeä osa kryptovaluuttaa ja se, mikä antaa käyttäjille mahdollisuuden luoda julkisen avaimen.

Bitcoin-avainparin luomiseksi sinun on ensin luotava yksityinen avain.

Bitcoinin yksityinen avain on satunnaisesti luotu 256-bittinen luku (välillä 1 ja 2²⁵⁶, eli kaksi potenssiin kaksisataaviisikymmentäkuusi – uskomattoman suuri luku!). Krakenin kaltaisissa palveluissa tämä luku luodaan automaattisesti uutta kryptolompakkoa perustettaessa.

Julkinen avain luodaan sitten tästä luvusta elliptisen käyrän kertolaskulla. Tämä sisältää lähtöpisteen ottamisen elliptiseltä käyrältä (tunnetaan generaattoripisteenä) ja sen kertomisen satunnaisella yksityisen avaimen luvulla uuden pisteen tuottamiseksi käyrälle.

Tästä uudesta pisteestä tulee julkinen avain, jolla on tietyt x- ja y-koordinaatit. Yksityisen avaimen löytäminen julkisen avaimen tuntien on lähes mahdotonta, koska satunnaisen 256-bittisen luvun arvaaminen olisi niin vaikeaa. On arviolta yksi 150 000 miljardista miljardista miljardista miljardista miljardista miljardista miljardista mahdollisuus osua oikeaan.

Teoreettisesti ottaen kvanttitietokone, jossa on yli 13 000 000 fyysistä kubittia, tarvitsisi päivän tämän luvun löytämiseen. Tähän mennessä yksi maailman edistyneimmistä kvanttitietokoneista, IBM Eagle -prosessori, sisältää vain 127 kubittia (eli 0,00097 % tarvittavasta kubittimäärästä).

Toisin sanoen kryptovaluuttojen käyttämät järjestelmät ovat ainakin toistaiseksi täysin turvallisia.

Bitcoin-lompakko-osoitteen luomiseksi x- ja y-koordinaatit käsitellään SHA-256-algoritmilla. 

Tämän kryptografisen hajautusfunktion kehitti ja julkaisi Yhdysvaltain kansallinen turvallisuusvirasto (NSA) vuonna 2001, ja se muuntaa olennaisesti minkä tahansa syötteen (tässä tapauksessa julkisen avaimen koordinaatit) ainutlaatuiseksi, kiinteämittaiseksi 256-bittiseksi koodiksi.

Tämä koodi esitetään 64 merkin heksadesimaalimuodossa, joka sisältää sekoituksen numeroita 0–9 ja kirjaimia A–F.

ECC- ja SHA-256-kryptografiset funktiot tunnetaan "loukkuovi"- tai "deterministisinä" funktioina. Tämä tarkoittaa, että ne toimivat vain yhteen suuntaan, eikä niitä voi kääntää paljastamaan alkuperäisiä syötteitä.

Vaikka julkisen avaimen luominen yksityisestä avaimesta on mahdollista, prosessia on mahdotonta kääntää ja paljastaa yksityistä avainta. Sama pätee yrittäessä selvittää, mitä julkista avainta käytettiin bitcoin-lompakko-osoitteen luomiseen. Vain julkisen avaimen haltijalla on tämä tieto, ja hän voi käyttää sitä todistaakseen bitcoin-lompakko-osoitteen omistajuuden.

Tarvitsetko paremman tavan ymmärtää tätä? Kuvittele, että joku olisi sekoittanut erilaisia värejä valikoimasta, kuten aiemmin totesimme, 150 000 miljardia miljardia miljardia miljardia miljardia miljardia miljardia vaihtoehtoa luodakseen yhden ainutlaatuisen värin. 

Jos tietäisit oikeiden maalien tarkat määrät, voisit toistaa täsmälleen saman värin. Mutta entä jos et tietäisi? Prosessin kääntäminen olisi lähes mahdotonta. 

Tämä on olennaisesti se, miten nämä loukkuovi-kryptografiset funktiot toimivat ja mikä mahdollistaa niiden syötteiden tunnistamattomuuden verrattuna tulokseen.

Uudet bitcoin-yksiköt tulevat kiertoon prosessin kautta, jota kutsutaan louhinnaksi.

Louhinta on osa Bitcoinin lohkoketjun käyttämää proof-of-work-konsensusmekanismia, jolla valitaan rehelliset osallistujat lisäämään uusia datalohkoja.

Se tekee tämän käyttämällä SHA-256-hajautusta. Tuhannet verkon vapaaehtoiset – tunnetaan louhinta-solmuina – kilpailevat keskenään käyttäen tietokoneita, jotka on rakennettu erityisesti tuottamaan triljoonia hajautuksia sekunnissa.

Louhijat ottavat ensin lohkon otsikon – osan, joka sisältää kaikki lohkon ylätason tiedot, mukaan lukien sen aikaleiman, louhijoille asetettavan tavoitearvon ja muut keskeiset komponentit – ketjun uusimmasta lohkosta ja säätävät niin kutsutun noncen lukua. 

Nonce on muistisääntö, joka edustaa vain kerran käytettyä lukua. Se on lohkon otsikon osa, jota voidaan muuttaa uuden hajautetun arvon luomiseksi.

Kryptografiaan perustuvan louhintakilpailun tavoite on yksinkertainen. Louhijat käyttävät koneitaan säätääkseen automaattisesti noncen lukua lohkon otsikossa ja ajavat sen SHA-256-hajautusalgoritmin läpi tuottaakseen arvon.

Se louhija, joka tuottaa arvon, jossa on sama tai enemmän nollia edessä verrattuna tavoitearvoon, voittaa kilpailun. Jos arvo ei ylitä tavoitearvoa, louhijat säätävät noncen lukua uudelleen, hajauttavat lohkon otsikon uudelleen ja tuottavat uuden arvon.

Tätä prosessia toistetaan, kunnes joku onnistuu.

Vasta louhittu bitcoin myönnetään jokaiselle onnistuneelle louhijalle kiinteän liikkeeseenlaskuaikataulun perusteella, joka on ohjelmoitu Bitcoinin lähdekoodiin sen luojan, Satoshi Nakamoton, toimesta. 

Kryptografialla on elintärkeä rooli bitcoin-transaktioiden käsittelyssä ja verkon turvaamisessa louhintaprosessin kautta. Voit tutustua Kraken Learn Centerin artikkeliin Mitä Bitcoinin louhinta on? saadaksesi lisätietoja.

Digitaaliset allekirjoitukset ovat ratkaisevan tärkeitä, jotta lähettäjät voivat todistaa omistavansa vastaavan yksityisen avaimen tiettyyn julkiseen avaimeen ilman, että heidän tarvitsee paljastaa yksityistä avaintaan kenellekään.

Bitcoin käyttää elliptisen käyrän digitaalisen allekirjoituksen algoritmia (ECDSA) hyväksyäkseen ja lähettääkseen transaktioita kryptolompakosta kryptografisesti.

Tämä edellyttää, että lähettäjä ottaa hajautetun transaktioviestin – joka sisältää vastaanottajan lompakko-osoitteen, lähetettävän BTC:n määrän, mahdolliset liitetyt maksut ja sen, mistä bitcoin alun perin tuli – lisää siihen yksityisen avaimensa ja luo digitaalisen allekirjoituksen käyttämällä toista yksisuuntaista matemaattista prosessia.

Tarkemmin sanottuna se sisältää prosessin, joka on samanlainen kuin edellä mainittu julkisen avaimen luominen yksityisestä avaimesta, muutamalla lisävaiheella.

Luodaan satunnainen luku (samankaltainen kuin yksityinen avain), joka kerrotaan samalla generaattoripisteellä, jota käytettiin lompakon julkisen avaimen luomiseen, jotta saadaan uusi piste elliptiselle käyrälle. Kutsutaan tätä pistettä A:ksi. 

Pisteen A X-koordinaatti kerrotaan sitten lähettäjän yksityisellä avaimella ja lisätään hajautettuun transaktioviestiin. Kaikki tämä jaetaan sitten alussa luodulla satunnaisluvulla uuden arvon tuottamiseksi. Tämä arvo toimii digitaalisena allekirjoituksena.

Digitaalisen allekirjoituksen todentamiseksi vastaanottaja johtaa kaksi pistettä elliptiselle käyrälle. Ensin viesti jaetaan digitaalisen allekirjoituksen arvolla generaattoripisteen saamiseksi. Sitten generaattoripisteen X-koordinaatti jaetaan digitaalisen allekirjoituksen arvolla toisen pisteen paljastamiseksi käyrällä.

Lopuksi, piirtämällä viivan näiden kahden pisteen läpi saadaan kolmas ja viimeinen piste elliptiselle käyrälle. Tämän viimeisen pisteen X-koordinaatin tulisi olla täsmälleen sama kuin pisteen A, mikä todistaa, että digitaalinen allekirjoitus luotiin käyttämällä oikeaa vastaavaa yksityistä avainta.

Onneksi digitaalinen kryptolompakko suorittaa kaiken tämän varmennusprosessin automaattisesti, ilman käyttäjän panosta.

Kryptografia on olennainen osa paitsi kryptovaluuttaverkkojen suojaamista korruptiolta, myös kiistattoman tavan tarjoamista varojen omistajuuden todistamiseen pakottamatta käyttäjiä luopumaan arkaluonteisista yksityisen avaimen tiedoistaan.

Ilman sitä kryptovaluuttaverkot joutuisivat todennäköisesti luottamaan luotettuihin, keskitettyihin välittäjiin tietojensa turvaamisessa ja maksujen helpottamisessa — mikä on täysin ristiriidassa julkisten lohkoketjupohjaisten kryptovaluuttojen hajautetun luonteen kanssa.

Nyt kun ymmärrät kryptovaluuttojen taustalla olevan teknologian, on aika aloittaa läpinäkyvimmän ja luotetuimman digitaalisen omaisuuden pörssin käyttö.

Oletko valmis ottamaan seuraavan askeleen kryptomatkallasi luotettavan ja läpinäkyvän pörssin kanssa? Napsauta alla olevaa painiketta aloittaaksesi Krakenin käytön jo tänään!