Wat is een blockchain?

Blockchain is een cryptocurrencysysteem waarbij een overzicht van transacties wordt bijgehouden in een versleutelde database verspreid over een verbonden netwerk. Blockchain kun je zien als een database waarvan iedere deelnemer een exacte kopie heeft. In het dagelijks leven hebben we veel te maken met databases. Denk maar aan je bankrekening, je medische gegevens of een overzicht van je Airmiles. Het verschil met blockchain is dat bij de genoemde voorbeelden slechts één partij de volledige controle over de gegevens heeft, ook wel gecentraliseerd beheer genoemd. Bij de blockchain heeft iedere deelnemer een exacte kopie van alle gegevens die zijn opgeslagen in de blockchain. Iedere deelnemer kan gegevens toevoegen, maar oude gegevens kunnen niet worden aangepast. Deze eigenschap zorgt ervoor dat niet één enkele instantie controle heeft over de gegevens en maakt de blockchain gedecentraliseerd.

Hoe worden gegevens op dit moment bewaard?

Om goed te kunnen uitleggen op welke gebieden blockchain echt impact kan maken, is het belangrijk om eerst te begrijpen hoe de wereld op dit moment omgaat met data.

Op dit moment worden gegevens veelal opgeslagen en beheerd door één of meerdere partijen. Neem bijvoorbeeld je bank of PayPal-account. Elke dag komt er geld binnen of gaat er geld uit. De gehele database met alle transacties van en naar de bank noemen we een ‘ledger’. Al deze bedragen worden bijgeschreven of afgeschreven door de instelling waarbij jij je rekening hebt staan.

De partij waar we volledig op moeten vertrouwen is dus de bank of een andere betaaldienst.

Een ander voorbeeld waarbij direct duidelijk wordt dat de huidige manier van gegevensopslag soms tekortschiet, zijn autoreparaties. Terwijl je ervan uit kunt gaan dat je bank niet zomaar 10.000 euro van je rekening laat verdwijnen, kun je bij het kopen van een tweedehandsauto niet altijd aannemen dat de getoonde kilometerstand klopt. De zogenoemde ‘ledger’ is in dit geval het onderhoudsboekje van de desbetreffende auto.

Toepassingen van blockchain

Zoals in de inleiding vermeld, heeft iedere deelnemer van een blockchain toegang tot de gehele database, ook wel een ‘ledger’ genoemd. Iedere deelnemer kan ook nieuwe transacties aan de database toevoegen. Oude gegevens kunnen echter niet worden gewijzigd. Dit maakt de blockchain bij uitstek geschikt voor alledaagse reguliere contracten. Een paar voorbeelden:

• Hypotheken
• Huurovereenkomsten
• Erfenissen
• Auteursrechten
• Documenten bij de koop of verkoop van een woning

Een contract vastgelegd in de blockchain noemen we ook wel een smart contract. Op dit moment vergt het kopen van een huis bijvoorbeeld veel werk. Er moeten talloze contracten en overeenkomsten worden opgesteld en ondertekend. In de toekomst zal dit proces met behulp van blockchain een stuk eenvoudiger worden.

Naast contracten is de blockchain-techniek in nog veel meer sectoren toepasbaar. Het meest voor de hand liggende voorbeeld is natuurlijk geld. Sinds de economische crisis van 2008 zijn veel mensen wantrouwiger geworden tegenover het financiële systeem. In het westen is dat al merkbaar, maar in andere delen van de wereld is dat wantrouwen jegens financiële instellingen en overheden, denk aan de hyperinflatie in Venezuela, nog veel groter. Digitale valuta op de blockchain worden door niemand gecontroleerd en kunnen daardoor niet door een instantie worden beïnvloed, wisselkoersschommelingen buiten beschouwing gelaten. In veel landen kunnen digitale valuta zo een goed alternatief voor giraal geld worden.

Beide voorbeelden zijn terug te herleiden naar vertrouwen. Overal waar vertrouwen een rol speelt, kan de blockchain worden ingezet. Dat gaat van het nagaan welke ingrediënten er in je medicijnen zitten tot aan het verbruik van energie.

Soorten blockchain consensus protocollen

Een blockchain consensus protocol is de manier waarop een bepaalde blockchain werkt. De Bitcoin-blockchain, een van de bekendste blockchains, maakt gebruik van het Proof of Work-protocol. Er zijn op dit moment verschillende blockchain consensus protocollen in gebruik:

• Proof of Work: Bitcoin
• Proof of Stake: Ethereum, PIVX
• Proof of Storage: Storj
• Proof of Importance: NEM
• Proof of Activity
• Proof of Burn
• Proof of Capacity

Hieronder leggen we de twee meest gebruikte protocollen verder uit: Proof of Work (PoW) en Proof of Stake (PoS).

Proof of Work (PoW)

Het Proof of Work-protocol is het beste te begrijpen als we denken aan de database waarvan iedere deelnemer een exacte kopie heeft en waaraan iedere deelnemer iets kan toevoegen. Alle gegevens of transacties die door een deelnemer aan de database worden toegevoegd, moeten op juistheid worden gecontroleerd. Zonder deze goedkeuring zou de blockchain niet kunnen bestaan, omdat de database al snel niet meer accuraat zou zijn.

Het valideren of een transactie niet in strijd is met de database wordt gedaan door een algoritme. Bij iedere wijziging aan de blockchain moet deze opnieuw worden gevalideerd.

Zodra er een transactie plaatsvindt, is deze vrijwel direct bekend in het blockchain-netwerk. De transactie belandt eerst in een zogeheten ‘mempool’, een soort vergaarbak voor alle nog niet verwerkte transacties. In het algemeen worden transacties met de hoogste transactievergoeding als eerste meegenomen in het volgende block. Dit heet een ‘confirmation’. Bij transacties met een heel lage vergoeding kan het lang duren voordat ze worden opgenomen in de blockchain. Bij Bitcoin kan namelijk maar een beperkt aantal transacties per block worden verwerkt.

Een block ontstaat door het berekenen van een wiskundige puzzel, de zogeheten nonce. Dit wordt gedaan door snelle computers, die in de cryptowereld ‘miners’ worden genoemd. Zodra een miner de wiskundige puzzel heeft opgelost, worden de transacties in het block toegevoegd aan de blockchain. Hiermee is de transactie definitief en permanent opgeslagen. Dit kan nooit meer worden gewijzigd. De miner wordt beloond met 3,125 bitcoin en de ‘fees’ die aan iedere transactie in dat block zijn gekoppeld.

Hoe meer mensen of bedrijven besluiten om te gaan minen, hoe moeilijker en daarmee energie-intensiever het wordt om de wiskundige berekening op te lossen. Je kunt je mining-capaciteit voor ieder algoritme berekenen om te zien hoe winstgevend het is om te minen. Het aantal minuten dat het duurt om een nieuw block te genereren staat van tevoren vast. Bij Bitcoin is dit elke tien minuten. Hoe meer miners, hoe hoger de moeilijkheidsgraad. Zo wordt ervoor gezorgd dat de gemiddelde tijd om een nieuw block te genereren minimaal tien minuten blijft. Het werkt ook andersom: de complexiteit daalt als er minder miners zijn.

Vanwege het energie-intensieve proces krijgt het protocol steeds meer kritiek.

Proof of Stake (PoS)

Bij Proof of Stake wordt geen computerkracht gebruikt om een block te minen. Deelnemers aan een Proof of Stake-blockchain worden beloond als zij hun vermogen (stake) beschikbaar stellen aan de blockchain. Bij een Proof of Stake-coin moet je je wallet als het ware open laten staan om kans te maken op een beloning.

Proof of Stake is een soort loterij. Hoe meer coins je hebt, hoe groter de kans op een beloning. Zodra er een transactie plaatsvindt, wordt er een beloning verloot onder de deelnemers die de blockchain ondersteunen. Stel je hebt 5% van het totale aantal coins, dan heb je elke keer 5% kans om de beloning te ontvangen.

Inmiddels zijn er meerdere varianten van het Proof of Stake-protocol. De meest gebruikte variant na Proof of Stake heet Delegated Proof of Stake (DPoS). Bij Delegated Proof of Stake hoef je je computer niet aan te laten staan. Je stemt via dit protocol op een afgevaardigde. Deze afgevaardigde gebruikt jouw stake en die van anderen om Proof of Stake-beloningen te winnen. Die beloningen worden vervolgens naar rato verdeeld onder iedereen die op de afgevaardigde heeft gestemd.

Voordelen en risico’s van blockchain

Blockchain-technologie biedt een aantal opvallende voordelen ten opzichte van traditionele, gecentraliseerde gegevensopslag:

• Transparantie: Alle deelnemers kunnen transacties onafhankelijk verifiëren, wat het risico op fraude vermindert.
• Onveranderlijkheid: Eenmaal vastgelegde gegevens kunnen niet meer worden aangepast, wat zorgt voor een permanent en controleerbaar overzicht.
• Decentralisatie: Geen enkele partij heeft controle over het netwerk, waardoor het bestand is tegen censuur en enkelvoudige storingspunten.
• Efficiëntie: Smart contracts kunnen meerstappige processen automatiseren die nu nog via tussenpersonen verlopen.

Tegelijkertijd kent blockchain ook beperkingen die het overwegen waard zijn:

• Schaalbaarheid: Veel blockchains verwerken transacties langzamer dan traditionele betaalsystemen bij hoge volumes.
• Energieverbruik: Proof of Work-blockchains zoals Bitcoin vereisen aanzienlijke rekenkracht.
• Onomkeerbaarheid: Hoewel onveranderlijkheid een kracht is, betekent het ook dat fouten in transacties moeilijk of onmogelijk terug te draaien zijn.
• Complexiteit: Het ontwikkelen en controleren van smart contracts vereist gespecialiseerde kennis, en fouten kunnen ernstige gevolgen hebben.

De ontwikkeling van blockchains en de tooling

De eerste blockchain was de Bitcoin-blockchain. Deze is meerdere keren geforkt omdat hij volledig open source is. Bitcoin Cash is een goed voorbeeld van zo’n fork. Iedere fork begint met dezelfde codebase, waaraan wijzigingen kunnen worden aangebracht om bepaalde aspecten, zoals de blockgrootte, anders te maken. Ethereum is ook meerdere keren geforkt, omdat die blockchain het aanmaken van tokens ondersteunt. Er is veel technische kennis vereist voor het forken en aanpassen van bestaande blockchains, en nog meer als het vanaf nul wordt opgebouwd. Je kunt eigen ontwikkelaars inhuren, maar je kunt ook een blockchain-ontwikkelaarsbedrijf inschakelen om je team te versterken.

De variëteit aan werk voor het opzetten en draaien van een nieuwe blockchain is groot, omdat ook de tooling eromheen belangrijk is. Denk aan block explorers, wallets, documentatie en smart contracts als voorbeelden.