Presentasjon av Bitcoin og blokk-kjedeteknologi for Tekna Bergen, 14.11.2017

1. www.vestforsk.no
Bitcoin og blokk-kjede
- teknologien bak
Svein Ølnes, Vestlandsforsking, 14.11.2017

2. www.vestforsk.no

3. www.vestforsk.no

4. www.vestforsk.no
 Forskingsinstitutt lokalisert i Sogndal, stifta i 1985
 Forskingsområde:
 Klima og miljø
 Reiseliv
 Teknologi og samfunn
 Rundt 30 tilsette
 Del av forskings-infrastrukturen i Norge
Vestlandsforsking

5. www.vestforsk.no
 Forskar ved Vestlandsforsking sidan 1996
 Forskingsfelt: IT i offentleg sektor
 Interessert i Bitcoin/blokk-kjede sidan 2011
 har følgt utviklinga nøye sidan då
 interessert i skjeringspunktet teknologi, økonomi og samfunn
 har gjennomført master-programmet Digital Currencies ved
universitetet i Nicosia
 ser Bitcoin/blokk-kjedeteknologi som eit viktig område også for
offentleg sektor
 eig bitcoin, ether(eum), litecoin ++ og ei Bitcoin-gravemaskin (!)
Om meg

6. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

7. www.vestforsk.no
Bitcoin – «alle blokk-kjeders mor»
Publisert 31.10.2008 (Halloween Day)
Sett i drift 03.01.2009
Har gått kontinuerleg sidan

8. www.vestforsk.no
Kva er Bitcoin?
1. Valuta
 Heildigitale kontantar («Internett-pengar»)
 Ingen sentralbank, 100 % programstyrt
 bitcoin med liten ‘b’
2. Infrastruktur
 Blokk-kjeda som underliggjande teknologi (Blockchain)
 Open infrastruktur for innovasjon («permissionless»)
 Bitcoin med stor ‘B’
3. Kan lagra annan informasjon enn økonomisk/valuta
 Det er dette som er interessant for offentleg sektor!

9. www.vestforsk.no
Tverrfagleg!

10. www.vestforsk.no
Sentral, desentral og distribuert
Paul Baran: «On Distributed Communications Network»
[Baran fann opp «pakke-svitsjing», saman med/uavh. av Donald Davies, UK]

11. www.vestforsk.no
Frå klient-tenar til likeverdige nodar
Tradisjonell web-teknologi
Likeverdige nodar, ingen sentral tenar

12. www.vestforsk.no
Grunnleggjande arkitektur
1. Node-til-node-teknologi («peer-to-peer»)
2. Blokk-kjede som lagringsstruktur
3. Konsensus-modell for kontroll og sikring
 I Bitcoin kalla Nakamoto-konsensus

13. www.vestforsk.no
1. Node-til-node («Peer-to-peer»)
Likeverdige nodar, ingen sentral tenar

14. www.vestforsk.no
2. Blokk-kjede som lagringsstruktur
Bitcoin kunne like godt vore kalla ei transaksjons-kjede!

15. www.vestforsk.no
3. Konsensus-modell
 Prosessen som fører til at nodane i nettverket blir einige om
1. eit sett av data
2. endringar i data
3. reglane som ligg til grunn for lagring og endring av data
 «Proof of work» er ein viktig del av konsensus-modellen i
Bitcoin
 Blokk-kjeda blir sikra ved innsats av ressursar
Graving («mining») = innsats av energi
 Det er konsensus-modellen som er den viktige innovasjonen,
ikkje blokk-kjeda!

16. www.vestforsk.no
Kva er det spesielle med Bitcoin/blokk-kjede?
 Bevis av eigarskap utan bruk av tredjepart
 NB! Dette gjeld opne blokk-kjeder!
 Digital knappheit («digital scarcity»)
 «The Internet of Money»
 men også mykje meir..
 Uforanderlege («immutable») data
 vel, ikkje nødvendigvis..

17. www.vestforsk.no
Sentrale Bitcoin-begrep
 Transaksjon: overføring av verdi frå ei Bitcoin-lommebok til
ei anna
 blir signerte med sendaren sin private nøkkel
 kan sendast ope på nettet (ikkje behov for BankID o.l.!)
 Blokk-kjeda: Samlinga av transaksjonar sidan starten – ope
tilgjengeleg
 «Graving» («Mining»): Prosessen som godkjenner
transaksjonane og «sveiser» dei fast i blokk-kjeda

18. www.vestforsk.no
Kva er ein bitcoin?
 Ein bitcoin-transaksjon er i realiteten ein digital signatur
 Overføring av eigarskap frå ein aktør til ein annan (bitcoin, eigedom
representert ved bitcoin)
 Bitcoin er alltid på blokk-kjeda! (og aldri i lommeboka!)
 Kjede av transaksjonar (og blokker): Ein bitcoin er alltid ein ubrukt
(«unspent») output
 Bitcoin kan forsvinna, på same måten som fysiske kontantar: ved å
mista den private nøkkelen, ved «brenning»
 Eigarskap til bitcoin (eigedom) blir loggført på blokk-kjeda
 Ei distributert «hovudbok» («ledger»), delt mellom alle nodane i
nettverket (datamaskiner med full-klient)
 Alle kan lesa innhaldet
 Alle kan leggja til nye transaksjonar i blokker, men det krev ressursar
(«proof of work»)

19. www.vestforsk.no
I dag
16,6 mill.
btc frigitt
 Deterministisk
 maks. 21 mill. bitcoin
 «Halveringstid» i tilførsel
 12,5 nye bitcoin kvart 10. min.

20. www.vestforsk.no
Bitcoin-einingar og kurs
 1 Bitcoin = 100 000 000 (108) satoshi
 I utg.pkt. godt egna for mikrotransaksjonar! (men for høge gebyr no..)
 Alle transaksjonar blir noterte i satoshi internt
 Alle satoshi er lenka tilbake til det tidspunktet dei vart genererte
 Kursen pr. 14.11.17: 1 BTC = ca. 54 000 NOK (US $ 6,500)
 1 satoshi = 0,05 øre (!)
 Gebyr for overføring: 0,0001 – 0,0005 bitcoin (= frå ca. kr 5,- til 50,-)
 Total Bitcoin-økonomi i dag: ca. NOK 1 000 mrd.

21. www.vestforsk.no
Kor stort er Bitcoin?

22. www.vestforsk.no
Kursutvikling

23. www.vestforsk.no
Viktige grupper i Bitcoin-universet
 Bitcoin-brukarar
 Full node: Dei som har lasta ned heile blokk-kjeda og deltek i valideringa
 Lettvektsnodar: Mobil-lommebøker (mobil-app)
 Bitcoin-gravarar
 Sikrar blokk-kjeda
 Utviklarar
 Vedlikehald og utvikling av den opne kjeldekoden
 Vekslingstenester
 Bru mellom kryptovaluta og fiat-pengar
 Handelsmenn
 Dei som mottek kryptovaluta for varer og tenester

24. www.vestforsk.no
Myter og mistydingar om Bitcoin og blokkjede
1. «Blokk-kjede»/»Blockchain» som generelt omgrep er nokså
meiningslaust
 Må spesifisera kva type blokk-kjede ein snakkar om
• Open eller lukka? Kva sikkerheitsmodell?
2. Det er stor skilnad på opne og lukka blokk-kjeder
 Opne blokk-kjeder har det største innovasjonspotensialet (MIT)
 Lukka blokk-kjeder kan også vera nyttig i enkelte samanhengar
- men må stilla spørsmålet: Kvifor ikkje heller ein distr. database?
3. Bitcoin er berre for kriminelle eller lyssky aktivitetar
 Forsking tilbakeviser dette (Tasca et al., 2016)
4. Blokkjede som universalmiddel
 Blokk-kjedeteknologi er nyttig på mange område, men ikkje alle

25. www.vestforsk.no
Opne vs. lukka blokk-kjeder
Opne
(«permissionless)
Lukka
(«permissioned»)
Kven oppdaterer Alle som vil Utvalde pers./org.
Kven produserer data Alle som deltek Kundar av org.
Insentiv til å følgja reglar Direkte økonomiske
(gulrot & pisk)
Omdømme
Lagring Distribuert Sentralisert
Stola på sentrale aktørar Nei Ja
Transaksjonskostnader - +
Fart (trans./sek.) - +
Uforanderleg + -
Valuta/»token» Ja Nei
Eksempel Bitcoin, Ethereum HyperLedger, Corda

26. www.vestforsk.no
Bitcoin som plattform/infrastruktur
I Nettverk/Lagringsstruktur
II Konsensusreglar
III Valuta/token
IV Applikasjonar

27. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

28. www.vestforsk.no
Ein bitcoin-transaksjon
Kari skal overføra 0,7 bitcoin til Ola
Kari har 1,1 bitcoin frå to tidlegare mottekne
overføringar (= unspent transactions, UTXO)

29. www.vestforsk.no
Ein bitcoin-transaksjon

30. www.vestforsk.no
Ein bitcoin-transaksjon
 Differansen mellom inn og ut blir definert som gebyr
(fee) som går til gravarane

31. www.vestforsk.no
Ubrukte transaksjonar (UTXO)
(Opp-)brukte transaksjonar
(«Spent transactions»)
Ubrukte transaksjonar
(«Unspent transactions [UTXO]»)

32. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

33. www.vestforsk.no
2. Blokk-kjede som lagringsstruktur
Bitcoin kunne like godt vore kalla ei transaksjons-kjede!

34. www.vestforsk.no
Lenking av blokker med hash-peikar
Okupski: «Bitcoin Developer Reference» (GitHub)

35. www.vestforsk.no
Korleis unngå «kopiering» (double spending)?
Curiousinventor: «How Bitcoin works under the hood» (Youtube-video)

36. www.vestforsk.no
Bitcoin i praksis (tradeblock.com)

37. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

38. www.vestforsk.no
Korleis unngå «gjenbruk» (double spending)?
Curiousinventor: «How Bitcoin works under the hood» (Youtube-video)

39. www.vestforsk.no
Midlertidige forgreiningar («forks»)
 NB! Den lengste kjeda er alltid den rette
 dvs. den med mest reknekraft bak seg
Okupski: «Bitcoin Developer Reference» (GitHub)

40. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

41. www.vestforsk.no
Bitcoin-teknologi
 Alle som tek i bruk Bitcoin er med på å driva systemet
 Startar med å lasta ned ei Bitcoin-lommebok
• eit sett med adresser (private og offentlege nøkkelpar)
• NB! Bitcoin-lommebøker inneheld nøklar, ikkje Bitcoin!
 Full klient: Lastar ned heile blokk-kjeda, verifiserer nye transaksjonar
 Mobil-klient: «Bitcoin light» - inga blokk-kjede, ikkje verifisering,
avhengig av full node for informasjon
 Betaling skjer ved å skanna ein QR-kode («Bitcoin-kontonr»)
eller kopiera/tasta inn adressa

42. www.vestforsk.no
Bitcoin-lommebøker (pc – full node)

43. www.vestforsk.no
Bitcoin-lommebøker -
mobil

44. www.vestforsk.no
Bitcoin-lommebøker -
mobil

45. www.vestforsk.no
Web-basert lommebok (= «nett-bank»)

46. www.vestforsk.no
Maskinvare-basert («hardware») lommebok

47. www.vestforsk.no
Papir-basert lommebok

48. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative Bitcoin-kjeder og kryptovalutaer
6. Aktuell litteratur og ressursar

49. www.vestforsk.no
Alternativ bruk av Bitcoin
 Bevis av eigarskap utan bruk av tredjepart
 Bitcoins programmeringsspråk SCRIPT
 Enkelt, stakk-basert prog.språk
 Ikkje Turing-komplett (med vilje!), dvs. ingen løkker
 Dei fleste SCRIPT-kommandoana startar med ‘OP_’
 OP_RETURN
 OP_RETURN vart lagt til i 2014 som ein måte å lagra vilkårleg
informasjon på blokk-kjeda

50. www.vestforsk.no
OP_RETURN og ikkje-økonomisk informasjon
 Ved å spesifisera OP_RETURN i ut-skriptet av
transaksjonen, blir innhaldet i skript-delen (maks 83 byte)
lagra på blokk-kjeda
 Transaksjonen blir automatisk rekna som ubrukeleg
(unspendable) og ikkje teken med i UTXO-settet
 Kostar gebyr

51. www.vestforsk.no
Sertifikat på blokk-kjeda (MITs BlockCert)

52. www.vestforsk.no
Innhald
1. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – på overflata
2. Bitcoin og blokk-kjedeteknologi – under overflata
 Transaksjonar
 Blokker
 Konsensus og graving
3. Bitcoin i bruk
4. Bitcoin og kryptovaluta - meir enn pengar
5. Alternative blokk-kjeder
6. Aktuell litteratur og ressursar

53. www.vestforsk.no
Splitting i Bitcoin-miljøet
 Bitcoin (den opprinnelege)
 Bitcoin Cash (1. august i år)
 Bitcoin Gold (slutten av okt.)
 Bitcoin S2X (midten av nov.)

54. www.vestforsk.no
Forgreining – «fork»
 «Hard fork»
 Inkompatibel bakover
 «Soft fork»
 bakover-kompatibel

55. www.vestforsk.no
Forgreining – «fork»
 «Hard fork»
 Slakking/utviding av reglane
 «Soft fork»
 Innstramming av reglane

56. www.vestforsk.no
Bitcoin-forgreiningar
Bitcoin Bitcoin Cash Bitcoin Gold Bitcoin S2X
Pengemengde 21 mill. 21 mill. 21 mill. 21 mill.
Proof-of-work ASIC ASIC GPU ASIC
Blokk-frekvens 10 min. 10 min. 10 min. 10 min.
Vanskegrad-
justering
2 veker 2 veker
+ EDA/DAA
Kvar blokk 2 veker
SegWit Ja Nei Ja Ja
«Replay»-beskytt. - Ja Ja Nei
Unikt adresseformat - Nei I framtida Nei
ASIC: Application Specific Integrated Circuit
GPU: Graphic Processing Unit
EDA: Emergency Difficulty Adjustment
DAA: Difficulty Adjustment Algorithm (iverksett som «hard fork» 13.11.2017)

57. www.vestforsk.no
Bitcoin-forgreiningar
«Jippi – dobbelt så mange
bitcoin»
«Eh, vent litt, blir ikkje dette
litt forvirrande?»

58. www.vestforsk.no
Alternative blokk-kjeder
 «Blockchain 1.0», «Blockchain 2.0», «Blockchain 3.0»?
 Berre tull! Gløym det! (= «konsulentspråk»)
 Det finst mange blokk-kjeder (opne og lukka) og dei utviklar
seg i ulike retningar og med ulik fart.
 Ethereum er t.d. ikkje ei «betre» blokk-kjede enn Bitcoin
 Dei fyller ulike behov
 Den eine er ikkje meir avansert enn den andre

59. www.vestforsk.no
Alternative blokk-kjeder
1. Bitcoin-kopiar
1. Litecoin
2. Dogecoin
3. Dash
4. Zcash
5. …
2. Bitcoin-inspirerte, men nyutvikla
1. Ethereum
2. Ripple
3. Monero
4. …

60. www.vestforsk.no
Ethereum
 Bitcoin-inspirert, men bygt frå grunnen av med eigen
kodebase
 «Smarte kontraktar»
 Ethereum som EVM – Ethereum Virtual Machine
 Tenk distribuert Amazon Web Services (AWS)
 Turing-komplett språk Solidity
 Kan utføra alle typar instruksjonar 
 Kan gjera alle mulege feil! 
• The DAO (2016): $150 mill. hack, førte til «hard fork» og tilbakerulling
• Parity hack: $30 mill.
• Parity multisig. hack/feil: $300 mill. (ny «hard fork»?)
 Lettare å komma i gang med for utviklarar

61. www.vestforsk.no
Meir informasjon om Bitcoin og blokk-kjede
 «Bitcon – A Peer-to-Peer Electronic Cash System»
Satoshi Nakamoto, 2008
 «Open Matters - Why Permissionless Blockchains are
Essential to the Future of the Internet”
Peter van Valkenburgh, Coin Center
 «Beyond Bitcoin – Enabling Smart Government Using
Blockchain Technology»
 Svein Ølnes, eGov 2016, Springer LNCS
 «Deja vú all over again: Thinking through law & code, again
Lawrence Lessig, https://vimeo.com/148665401

62. www.vestforsk.no
Ressursar elles på nettet
 Nytt om Bitcoin og blokk-kjedeteknologi
 CoinDesk (www.coindesk.com)
 Coin Telegraph (www.cointelegraph.com)
 Bitcoin Magazine (www.bitcoinmagazine.com)
 + mange fleire
 Bitcoin blokk-kjede i sanntid
 https://blockchain.info
 https://blockchain.info
 https://data.bitcoinity.org
 http://statoshi.info
 https://bitinfocharts.com
 + mange fleire

63. www.vestforsk.no
Aktuell litteratur - generelt

64. www.vestforsk.no
Aktuell litteratur – for utviklarar
 Satoshi Nakamoto: «Bitcoin - A Peer-to-Peer Electronic Cash
System»
 Andreas Antonopolous: «Mastering Bitcoin», 2. utgåve (2017)
 Krzysztof Okupski: «Bitcoin Developer Reference»
 Arvind Narayanan et al.: Bitcoin and Cryptocurrency
Technologies: A Comprehensive Introduction

65. www.vestforsk.no
Bitcoin-ressursar for utviklarar
 Bitcoin.org – developer resources
 https://bitcoin.org/en/developer-documentation
 Bitcoin Developer Reference
 https://github.com/minium/Bitcoin-Spec
 Bitcoin Core («originalprogrammet»)
 https://github.com/bitcoin-core/bitcoincore.org
 A blockchain in 200 lines of code
 https://medium.com/@lhartikk/a-blockchain-in-200-lines-
of-code-963cc1cc0e54

66. www.vestforsk.no
Takk for meg!
E-post: sol@vestforsk.no
Denne presentasjonen:
http://www.slideshare.net/sveino/TeknaBergen
Bitcoin-adressa mi (= ”kontonummer”):
332d75vrrdeyhfYo4V7cMZduWDmjvRFtQX