De Bitcoin whitepaper, een toch wel beetje mysterieus document dat in 2008 door de nog mysterieuzere Satoshi Nakamoto, de bedenker van Bitcoin, online werd gezet met de naam: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. In de Bitcoin whitepaper worden methoden beschreven voor het gebruik van een peer-to-peer netwerk om te genereren wat werd beschreven als 'een systeem voor elektronische transacties zonder te vertrouwen op vertrouwen'. Kort na de loslating van de Bitcoin whitepaper, werd het Bitcoin netwerk gelanceerd op 3 januari 2009 doordat Satoshi Nakamoto het allereerste blok mijnde: het genesis blok.
Inmiddels zijn we 12 jaar verder en is niet alleen Bitcoin een waar fenomeen geworden, maar ook andere cryptomunten die Bitcoin proberen te evenaren. In hoeverre heeft de Bitcoin whitepaper hier mee te maken? En wat is de whitepaper eigenlijk? Daar kom je in dit artikel achter.
Bekijk snel:
Wat is de Bitcoin whitepaper?
Op 18 augustus 2008 werd de domeinnaam "bitcoin.org" geregistreerd. Op die domeinnaam werd vervolgens op 31 oktober 2008 de Bitcoin whitepaper: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System gepubliceerd. Om te begrijpen wat de Bitcoin whitepaper precies is, is het verstandig eerst duidelijk te maken wat een whitepaper is. Een whitepaper, in het Nederlands ook wel een witboek genoemd, is een document dat beschrijft hoe een beleid, een product, of een technologie een specifiek probleem oplost. De Bitcoin whitepaper deed precies dat: het beschreef de oplossing voor een probleem.
Het probleem
Satoshi Nakamoto mijnde op 3 januari 2009 het allereerste blok van de Bitcoin blokchain: het genesis blok (blok nummer 0). In ruil voor het mijnen van dit blok kreeg hij een mijnersbeloning van 50 Bitcoin. In de muntenbasis van dit blok werd, op de normale gegevens na, ook nog een bericht gezet:
The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks
Deze tekst verwijst naar een kop in The Times, gepubliceerd op 3 januari 2009. Dat het genesis blok dit bericht bevat heeft waarschijnlijk meerdere bedoelingen. Allereerst was dit een manier om bewijs te geven dat dit blok daadwerkelijk op die dag gecreëerd is.
Maar daarnaast is het ook een opmerking over de instabiliteit die veroorzaakt wordt door fractioneel reservebankieren. Fractioneel bankieren is het gebruik waarbij commerciële banken slechts een deel van de aan hun toevertrouwde middelen in direct beschikbare vorm aanhouden. Het overgrote deel van de middelen lenen ze uit, ongeacht hun verplichting om de door hun toevertrouwde middelen op eerste verzoek terug te betalen. Bij fractioneel bankieren is er dus maar een gedeelte van het uitgeleende geld gedekt.
Het is geen toeval dat Bitcoin ontworpen en uitgebracht is tijdens de financiële kredietcrisis van 2009. De kredietcrisis was namelijk niet alleen een crisis waarin er een tekort aan krediet, maar er was ook een tekort aan vertrouwen in de hele financiële wereld. In 2010 leidde dit zelfs tot het verlies van vertrouwen in overheden. Sommige landen zoals Griekenland, Spanje en Portugal dreigden failliet te gaan.
Dit is een belangrijk onderdeel van wat Satoshi Nakamoto wilde oplossen met Bitcoin. Hij was van mening dat handel op het internet bijna volledig afhankelijk is geworden van financiële instellingen die als vertrouwde derde partijen dienen om elektronische betalingen te verwerken. Het probleem wat Bitcoin probeert op te lossen is het huidige betalingssysteem dat een op vertrouwen gebaseerd model is.
In de introductie van de Bitcoin whitepaper zegt Satoshi: "Handel op het internet is bijna volledig afhankelijk geworden van financiële instellingen die als vertrouwde derde partijen dienen om elektronische betalingen te verwerken." Uit deze zin is op te maken dat Bitcoin bedoeld is om een alternatief te zijn op het huidige financiële stelsel waarin internetbetalingen bijna volledig afhankelijk zijn van financiële instellingen.
Vervolgens komt een tweede onderdeel van het probleem boven water in dezelfde paragraaf:
"Met de mogelijkheid van omkeerbare betalingen spreidt de behoefte aan vertrouwen zich uit. Handelaren moeten op hun hoede zijn voor hun klanten en ze lastigvallen voor meer informatie dan ze anders nodig zouden hebben. Een bepaald percentage van fraude wordt als onvermijdelijk geaccepteerd." In het huidige financiële stelsel, waarin een vertrouwen nodig is in banken, is het mogelijk om transacties terug te draaien. Dit worden omkeerbare transacties genoemd.
Omkeerbare transacties zorgen ervoor dat de tussenpersonen, de banken, meer service moeten verlenen waardoor de kosten omhoog gaat. Tevens geeft Satoshi hier aan dat de behoefte aan vertrouwen nog groter wordt doordat de transacties omkeerbaar zijn.
Een veel terugkomend begrip in de introductie van de Bitcoin whitepaper is vertrouwen. Satoshi beschrijft Bitcoin vervolgens zo:
"Wat nodig is, is een elektronisch betalingssysteem gebaseerd op cryptografisch bewijs in plaats van vertrouwen, waardoor twee bereidwillige partijen rechtstreeks met elkaar transacties kunnen maken zonder de noodzaak van een vertrouwde derde partij. In dit artikel bieden we een oplossing voor het probleem van de dubbele uitgaven met behulp van een Peer-to-Peer gedistribueerde timestampserver om computationeel bewijs van de chronologische volgorde van transacties te genereren."
Met deze twee belangrijke, maar ook moeilijke zinnen wordt duidelijk wat Bitcoin is en waar het voor bedoeld is. Bitcoin is een vertrouwenloos betalingssysteem waarin transacties zonder tussenpersonen verricht kunnen worden zonder tussenpartij en waarbij dubbele transacties niet mogelijk zijn. Het probleem dat hier beschreven wordt is dus een financieel stelsel dat te veel rust op vertrouwen.
Tevens kaart Satoshi ook het dubbele transacties probleem aan. Dit is een van de uitdagingen van digitaal geld. Digitiaal geld, niet alleen Bitcoin, zijn digitale bestanden. Een eigenschap van digitale bestanden is dat ze gedupliceerd kunnen worden en daarmee twee keer uitgegeven kunnen worden. Bitcoin heeft het 'dubbele transacties' probleem opgelost met de blokchain en in de whitepaper wordt uitgelegd hoe dit te werk gaat.
De Bitcoin whitepaper is dus een digitaal document waarin Bitcoin wordt beschreven als de oplossing voor het probleem van het huidige financiële stelsel dat te veel rust op vertrouwen op financiële derde partijen.
Wat staat er in de Bitcoin whitepaper?
Na de introductie waarin het probleem wordt beschreven, gaat de Bitcoin whitepaper over hoe Bitcoin werkt en uit welke onderdelen Bitcoin, de allereerste crypto, bestaat. In deze paragraaf gaan we de whitepaper per hoofdstuk af en leggen we zo makkelijk mogelijk uit wat er in voor komt.
De officiële Bitcoin whitepaper is overigens voor iedereen in te zien op de officiële Bitcoin website. Bovendien is hij ook vertaald in het Nederlands. De stof is redelijk taai en technisch, vandaar dat wij de whitepaper hier zo eenvoudig mogelijk uitleggen.
Hoofdstuk 1: Transacties
Het eerste hoofdstuk van de Bitcoin whitepaper is getiteld: 'transacties'. Hierin wordt de werking van Bitcoin uitgelegd. In dit artikel gaan we niet al te lang stilstaan bij hoe Bitcoin precies werkt. Lees hier meer over hoe Bitcoin werkt. In het kort gebeurt de digitale transitie van waarde van de ene persoon naar de andere persoon doordat de verzender zijn private key gebruikt om een hash en de public key van de ontvanger digitaal te ondertekenen.
In onderstaande afbeelding is weergegeven hoe dit werkt. Overigens is deze stof best wel technisch en het is dan ook niet noodzakelijk om alle technische aspecten van Bitcoin volledig te begrijpen.
Het probleem is natuurlijk dat de ontvanger niet kan verifiëren dat een van de eigenaren de munt niet dubbel heeft uitgegeven. Een veelvoorkomende oplossing is om een vertrouwde centrale autoriteit of munt te introduceren die elke transactie controleert op dubbele uitgaven. Satoshi zegt hierover:
"Het probleem met deze oplossing is dat het lot van het hele geldsysteem afhangt van het bedrijf dat de munt beheert, waarbij elke transactie net als een bank door hen heen moet gaan. De enige manier om de afwezigheid van een transactie te bevestigen, is om op de hoogte te zijn van alle transacties. Om dit zonder een vertrouwde partij te bereiken, moeten transacties openbaar worden aangekondigd, en we hebben een systeem nodig voor deelnemers om overeenstemming te bereiken over een enkele geschiedenis van de volgorde waarin ze zijn ontvangen."
Met deze zinnen beschrijft Satoshi de blokchain: een openbare en transparante database waarin deelnemers van het netwerk (nodes) het er met elkaar over eens zijn wat de enige echte versie is.
Hoofdstuk 2: Tijdstempelserver
Het tweede hoofdstuk van de Bitcoin whitepaper gaat verder in op de oplossing voor het dubbele uitgaven probleem. Hier komt namelijk de tijdstempelserver aan bod.
"We hebben een manier nodig voor de ontvanger om te weten dat de vorige eigenaren geen eerdere transacties hebben ondertekend."
Blokken in een blockchain bestaan uit:
- De hash van het vorige blok
- Data (transactiegegevens bij Bitcoin)
- Een eigen hash gebaseerd op de vorige hash
De tijdstempelserver bestempelt de tijd van een blok en laat deze tijdstempel aan iedere deelnemer van het netwerk zien. Op het moment dat een blok wordt aangepast, verandert ook de hash van dat blok, dat er vervolgens voor zorgt dat de hash van het volgende blok ook verandert. Dankzij de tijdstempelserver weet je dus dat de gegevens op de tijd van de tijdstempel bestonden.
Blokken op een blokchain zijn cryptografisch verbonden aan elkaar; als het ene blok veranderd dan zorgt dit ervoor dat de volgende ook veranderd. De tijdstempselserver zorgt ervoor dat transacties zo goed als volledig onomkeerbaar zijn. Als iemand een blok wilt aanpassen dan moet hij alle blokken daarna ook aanpassen.
Hoofdstuk 3: Proof of Work
In het derde hoofdstuk komt Proof of Work, het consensusalgoritme van Bitcoin aan bod. In de vorige paragraaf zeiden we dat als iemand een blok in het verleden wilt aanpassen, hij dan alle blokken daarna ook moet aanpassen. Proof of Work is hier aan toegevoegd zodat het aanmaken van nieuwe blokken veel rekenkracht kost. Satoshi Nakamoto zegt hierover:
"Proof-of-Work betreft het zoeken naar een waarde dat wanneer hashed, de hash begint met een aantal nul-bits. Voor onze timestamp-netwerk implementeren we de Proof-of-Work door een nonce in het blok toe te voegen totdat een waarde wordt gevonden die de hash van het blok de vereiste nul bits geeft."
De nonce is een 32-bits waarde die wordt meegenomen in de hashfunctie om er voor te zorgen dat er extra werk wordt gedaan om de juiste hash te berekenen. De miners op het Bitcoin netwerk proberen allemaal de nonce te raden. Onderstaande afbeelding geeft hier wat meer duidelijkheid over.
Op Blockchain Demo kan je zelf met de invoer van een blockchain spelen.
Satoshi zegt daarna:
"Het proof-of-work lost ook het probleem op van het bepalen van representatie bij het nemen van meerderheidsbeslissingen. Proof-of-work is in essentie één-CPU-éénstem. De meerderheidsbeslissing wordt vertegenwoordigd door de langste chain die de grootste Proof of Work heeft geïnvesteerd. Als een meerderheid van de CPU-energie wordt gecontroleerd door eerlijke nodes, zullen de eerlijke nodes het snelst groeien en de concurrerende nodes overtreffen."
Hierin wordt het consensus gedeelte beschreven. De meerderheidsbeslissing is namelijk de consensus (overeenstemming) in wat de enige echte chain. In het laatste deel van dit hoofdstuk wordt de hashrate beschreven:
"Om de toenemende hardwaresnelheid en de variërende interesse in lopende nodes in de loop van de tijd te compenseren, wordt de moeilijkheidsgraad van het werk bepaald door een voortschrijdend gemiddelde dat is gericht op een gemiddeld aantal blokken per uur. Als ze te snel worden gegenereerd, neemt de moeilijkheidsgraad toe."
Satoshi doelt hiermee op de computerkracht die ieder jaar sterker wordt. Het aanmaken van blokken moet ongeveer op één blok per 10 minuten blijven liggen, en daarom moet de moeilijkheidsgraad toenemen naarmate de hardwaresnelheid groeit.
Hoofdstuk 4: Netwerk
In het vierde hoofdstuk wordt de werking van het netwerk in stappen uitgelegd. De stappen voor het uitvoeren van het netwerk zijn als volgt:
- Nieuwe transacties worden uitgezonden naar alle nodes.
- Elke node verzamelt nieuwe transacties in een blok.
- Elke node werkt aan het vinden van een moeilijk Proof-of-Work voor zijn blok.
- Wanneer een node een Proof-of-Work vindt, zendt de node het blok naar alle nodes.
- Nodes accepteren het blok alleen als alle transacties daarin geldig zijn en nog niet zijn uitgegeven.
- Nodes drukken hun acceptatie van het blok uit door te werken aan het creëren van het volgende blok in de chain met behulp van de hash van het geaccepteerde blok als de vorige hash.
Tevens wordt ook de 'Longest Chain Rule' uitgelegd: "Nodes beschouwen de langste chain altijd als de juiste en blijven werken aan de uitbreiding ervan."
Hoofdstuk 5: Incentive
Incentive is Engels voor 'stimulans' of 'drijfveer'. In dit hoofdstuk wordt dan ook de drijfveer voor miners van het Bitcoin netwerk beschreven. Zo vertelt Satoshi dat het aanmaken van een nieuwe blok ervoor zorgt dat de maker daarvan hiervoor een beloning krijgt; de blok reward.
Een andere drijfveer voor miners van het Bitcoin netwerk zijn de transactiekosten. "Als de output van een transactie kleiner is dan de input, is het verschil de transactiekosten die worden toegevoegd aan de stimuleringswaarde van het blok dat de transactie bevat."
Hoofdstuk 6: Schijfruimte terugwinnen
Om de grootte van een blockchain niet tot immense proporties te laten komen is het van belang om gebruikte transacties op een gegeven moment weg te gooien. "Om dit te vergemakkelijken zonder de hash van het blok te verbreken worden transacties gehasht in een Merkle Tree met alleen de root in de hash van het blok"
De data van een transactie wordt op de blockchain opgeslagen door de hashes ervan op te slaan. De Merkle Tree is een van de manieren om dit te doen en maakt het mogelijk om grote hoeveelheden data efficiënt en veilig op te slaan. Lees hier meer voor een uitgebreidere uitleg van de Merkle Tree.
Hoofdstuk 7: Vereenvoudigde betalingsverificatie
Dankzij de Merkle Tree hoeft een gebruiker alleen een kopie te hebben van de blok-headers van de langste chain. De blok-header bestaat uit de vorige hash, de Merkle Root en de nonce. In onderstaande afbeelding is deze schematisch weergeven.
Hoofdstuk 8: Waarde combineren en splitsen
Hierin geeft Satoshi aan dat het onpraktisch zou zijn om voor elke overdracht een afzonderlijke transactie te doen. Satoshi geeft als oplossing: "Om de waarde te kunnen splitsen en combineren bevatten transacties meerdere inputs en outputs."
Hoofdstuk 9: Privacy
In dit hoofdstuk van de Bitcoin whitepaper staat Nakamoto stil bij de privacy van Bitcoin. Het traditionele bankmodel bereikt een niveau van privacy door de toegang tot informatie te beperken tot de betrokken partijen en de vertrouwde banken. Maar omdat de transacties op de blockchain publiekelijk zijn valt deze methode af. Satoshi heeft daarom als oplossing om de public key anoniem te houden. "Het publiek kan zien dat iemand een bedrag naar iemand anders stuurt, maar zonder informatie die de transactie aan iemand linkt."
Bovendien verandert de public key na elke transactie zodat er geen gemeenschappelijke eigenaar aan gekoppeld kan worden.
Hoofdstuk 10: Berekeningen
In het laatste hoofdstuk van de Bitcoin whitepaper wordt het nog een stuk technischer en ingewikkelder. In dit hoofdstuk komen namelijk een aantal berekeningen voor die betrekking hebben op hoe groot de kans is dat een kwaadwillige een langere chain kan aanhouden. De kans dat een aanvaller slaagt, neemt exponentieel af naarmate er meer geldige blokken aan de ketting worden toegevoegd.
Hoofdstuk 11: Conclusie
In het laatste hoofdstuk vat Satoshi Nakamoto zijn onderzoek samen:
"We hebben een systeem voor elektronische transacties voorgesteld die trouweloos is. We zijn begonnen met het gebruikelijke kader van munten die bestaat uit digitale handtekeningen, die sterke controle over eigendom biedt, maar onvolledig is zonder een manier om dubbele uitgaven te voorkomen. Om dit op te lossen hebben we een Peer-to-Peer-netwerk met gebruik van Proof-of-Work aangeboden om een openbare geschiedenis van transacties vast te leggen die snel rekenkundig onpraktisch wordt voor een aanvaller om te veranderen als eerlijke nodes de meerderheid van de CPU-kracht besturen."
Wat verder interessant is aan de Bitcoin whitepaper is dat Satoshi het altijd over 'wij' en 'we' heeft. Dit zou er op kunnen duiden dat Nakamoto een groep is. Echter is dit geen zekerheid gezien het feit dat er in academische geschriften vaak in de wij-vorm wordt gesproken.
Conclusie
De Bitcoin whitepaper is een document geschreven door Satoshi Nakamoto dat volledig omschrijft wat Bitcoin is, hoe het werkt en waarvoor het bedoeld is. Vandaag de dag is het document in 45 verschillende talen vertaald, waaronder het Nederlands. Het document begint de introductie met een omschrijving van het huidige probleem en legt vervolgens de oplossing uit per onderdeel.
De behandelde onderwerpen in dit artikel zijn best wel technisch en taai. Hopelijk is dit artikel duidelijk en eenvoudig genoeg uitgelegd zodat je het kunt begrijpen. Als je toch nog vragen hebt, nodigen we je graag uit om in onze AllesOverCrypto Facebook groep een balletje op te gooien. Daar zijn AOC’ers en leden van de groep altijd bereid om je vragen te beantwoorden. Zie je daar dan!
Met dank aan Igor Batrakov/shutterstock.com voor de bannerafbeelding.
