We hebben op Geotrendlines Insider al veel artikelen geschreven over Bitcoin. Over de positionering ten opzichte van geld, haar mogelijke rol als nieuwe veilige haven en de vraag of Bitcoin een klassieke bubbel is, net als de tulpenmanie in de zestiende eeuw. Maar hoe werkt Bitcoin eigenlijk? En hoe zit het precies met de blockchain en het minen van Bitcoin?
In deze reeks gaan we dieper in op de technologie. Op een toegankelijke manier vertellen we u alles wat u moet weten over deze virtuele munt. We leggen uit wat het betekent om een Bitcoin te bezitten, hoe de blockchain werkt en hoe encryptie het systeem veilig houdt.
Inleiding
Wat betekent het precies om een Bitcoin te hebben? Het lijkt een simpele vraag, maar het is goed om hiermee te beginnen. Veel mensen zijn namelijk terughoudend om virtuele munten te kopen, juist omdat ze niet precies weten wat ze dan bezitten. Door die onzekerheid blijft het een ongrijpbaar concept, waardoor mensen bang zijn hun Bitcoin kwijt te raken.
Waarschijnlijk heeft u wel eens verhalen gehoord over mensen die virtuele munten kwijtraakten, omdat hun computer crashte of ze het wachtwoord niet meer konden terugvinden. Naar schatting is bijna 20% van alle Bitcoin door de jaren heen 'verloren' gegaan, omdat mensen hun sleutels kwijtraakten of door een technisch probleem met hun computer geen toegang meer konden krijgen tot de wallet waarop zij hun virtuele munten bewaarden.
Toch is het bezitten en gebruiken van Bitcoin minder spannend en ingewikkeld dan het lijkt. In dit artikel leggen we de belangrijkste functionaliteit van de virtuele munt en de blockchaintechnologie uit. We bespreken een aantal concepten die aan de basis staan van Bitcoin, zoals encryptie met digitale handtekeningen, decentralisatie via de blockchain en de rol van miners in het netwerk.
In het vervolg van deze serie leggen we uit hoe u Bitcoin en andere virtuele munten kunt kopen, hoe het minen in de praktijk werkt, welke toepassingen er mogelijk zijn met DeFi en NFT en hoe de toekomst van de virtuele munt eruit ziet. In dit artikel duiken we in de techniek en behandelen we de basis van Bitcoin.
Hoe werkt Bitcoin?
Bitcoin is, net als het reguliere betalingsverkeer tussen banken, een boekhoudkundig systeem. Transacties worden vastgelegd in de blockchain, een soort logboek dat door verschillende computers in het netwerk continu wordt bijhouden en gecontroleerd. Daarin verschilt het fundamenteel van het reguliere betalingsverkeer, dat door computersystemen van (centrale) banken wordt bijgehouden.
In plaats van een bankrekening gebruikt u voor Bitcoin een wallet, die u aanmaakt door een app op de computer of telefoon te installeren. Deze wallet heeft een uniek adres, net zoals bankrekeningen een uniek IBAN-nummer hebben.
Zoals een bankrekening met een bankpas en pincode wordt beveiligd, zo wordt een Bitcoinadres beveiligd met een private sleutel. Deze bestaat uit 64 karakters en is een combinatie van letters en cijfers. Het programma waarmee je een wallet aanmaakt genereert niet alleen een private sleutel, maar ook een reeks van woorden. Deze woorden samen geven na encryptie dezelfde uitkomst als je private sleutel en zijn daarom essentieel als backup. Met deze woorden krijgt u altijd toegang krijgen tot uw eigen wallet, ook als je de telefoon of computer kwijtraakt of stuk gaat.
Een wallet in het programma Exodus met daarop een tegoed in Bitcoin
Blockchain
Een van de belangrijkste kenmerken van Bitcoin is dat het decentraal werkt. Dat betekent dat er geen centrale autoriteit is die absolute controle heeft over het netwerk. Ook is er geen tussenpersoon nodig om alle transacties te controleren en uit te voeren. Dat gebeurt immers decentraal op computers in het wereldwijde Bitcoin netwerk, de zogeheten Bitcoin nodes. Deze bewaren een kopie van de volledige blockchain, die momenteel een omvang heeft van bijna 350GB.
Ook miners spelen een belangrijke rol in het netwerk. Waar Bitcoin nodes alleen de blockchain controleren zorgen de miners ervoor dat transacties aan de blockchain worden toegevoegd. Zij bewaken de integriteit van het betalingsverkeer door middel van encryptie. Hoe dat precies werkt leest u verderop in dit artikel. We zullen eerst uitleggen hoe een transactie in Bitcoin precies werkt.
Wanneer u Bitcoin overmaakt naar een ander Bitcoinadres wordt de transactie versleuteld met een publieke sleutel, een soort digitale handtekening. Deze wordt gegenereerd op basis van de inhoud van de transactie en de publieke sleutel van uw wallet. Uw computer of telefoon zendt deze boodschap vervolgens naar het Bitcoin netwerk. Deze boodschap is uniek, omdat ze is opgebouwd uit zowel transactiegegevens als de publieke sleutel die hoort bij uw Bitcoinadres.
Deze versleuteling werkt via SHA256, een vorm van encryptie die iedere input van cijfers en letters kan omzetten naar een unieke reeks met een lengte van 256 tekens. Met de juiste sleutel is deze reeks gemakkelijk te reproduceren, maar omgekeerd is het bijna onmogelijk de sleutel te vinden. Het aantal mogelijke combinaties is namelijk bijna oneindig, waardoor deze vorm van encryptie zeer veilig is. Onderstaande video legt uit hoe deze vorm van encryptie werkt.
https://www.youtube.com/watch?v=S9JGmA5_unY
Proof of work
Het is dus praktisch onmogelijk een transactie aan te passen. Maar hoe voorkom je dat gebruikers meer Bitcoin kunnen uitgeven dan ze hebben? Dat probleem wordt opgelost met de blockchain, want daarin staat de volledige transactiegeschiedenis in het netwerk. Daardoor weten de computers binnen het Bitcoin netwerk precies hoeveel tegoed er op elk account staat. Computers in het netwerk zullen een transactie die het tegoed op de betreffende wallet overstijgt niet accepteren.
Alle transacties in het Bitcoin netwerk worden dus decentraal opgeslagen in een soort logboek dat we kennen als de blockchain. Dit brengt weer nieuwe uitdagingen met zich mee, want hoe weet je of alle transacties in de juiste volgorde in dit logboek terechtkomen? Deze taak wordt vervuld door miners, die rekenkracht gebruiken om frauduleuze transacties in het netwerk te voorkomen. Dit principe wordt ook wel proof of work genoemd.
Hoe werkt mining?
Het logboek met alle transacties, de zogeheten blockchain, bestaat uit een reeks van blokken, waarbij het netwerk steeds nieuwe blokken aanmaakt om nieuwe transacties in te verwerken. Zo ontstaat een keten van blokken, de zogeheten blockchain. Om alle nieuwe transacties te controleren en de integriteit van het complete logboek intact te houden gebruikt Bitcoin de eerder besproken SHA256 encryptie.
Deze techniek wordt niet alleen gebruikt om transacties te ondertekenen, maar ook om nieuwe blokken aan de keten toe te voegen. Dit is de taak van de miners, die hun rekenkracht gebruiken om een blok van nieuwe transacties te verifiëren. Dat doen ze door een sleutel te zoeken die in combinatie met het blok van transacties een bepaalde uitkomst genereert.
Het vinden van een sleutel kost veel rekenkracht, omdat er met een SHA256 encryptie bijna oneindig veel combinaties van nullen en enen mogelijk zijn. Het algoritme van Bitcoin past de moeilijkheidsgraad van het vinden van een nieuwe sleutel automatisch aan op de hoeveelheid rekenkracht in het netwerk.
Block rewards
Het protocol van Bitcoin is zo geprogrammeerd dat miners ongeveer eens in de tien minuten een nieuw blok aan de blockchain toevoegen. De miner die de sleutel voor het nieuwe blok heeft gevonden krijgt daarvoor een aantal Bitcoin als beloning, de zogeheten block reward. Deze beloning wordt eens in de vier jaar automatisch gehalveerd, waardoor de groei van het aantal Bitcoin in circulatie steeds verder afvlakt tot het theoretische maximum van 21 miljoen stuks.
De groei van het aantal Bitcoin volgt een voorspelbaar traject (Bron: Maven11)
Deze beloningsstructuur is ingebouwd om miners aan te sporen meer rekenkracht in het netwerk te stoppen. Dit is belangrijk, omdat het netwerk rekenkracht nodig heeft om transacties aan de blockchain toe te voegen de integriteit van het logboek te bewaken. Hoe meer rekenkracht het netwerk heeft, hoe moeilijker het is om deze te manipuleren met een zogeheten 51% aanval.
Dat de block reward door de jaren heen daalt hoeft geen probleem te zijn, want als de koers van Bitcoin hoog genoeg is kan het nog steeds rendabel zijn om te minen. Onderstaande tabel laat zien wanneer eerdere halveringen hebben plaatsgevonden en wanneer de eerstvolgende halvering zal plaatsvinden.
Mining fees
Naast een vaste block reward ontvangen miners ook een vergoeding voor alle transacties in het netwerk. Deze transactiekosten kunnen sterk fluctueren, omdat de blockchain van Bitcoin slechts een beperkt aantal transacties per seconde kan verwerken. Zijn er veel transacties, dan kunnen deelnemers in het netwerk meer transactiekosten betalen om een hogere prioriteit te geven aan hun transactie.
Als er op een bepaald moment veel transacties zijn, dan nemen de gemiddelde transactiekosten dus toe. Dat betekent dat miners niet alleen profiteren van een stijgende koers van Bitcoin, maar ook van toenemende volatiliteit. Meer transacties betekent namelijk dat ze meer variabele opbrengsten krijgen voor hun werk. Zo zien we enorme pieken in de transactiekosten wanneer de koers van de virtuele munt flink stijgt of daalt.
Transactiekosten Bitcoin (Bron: YCharts)
Moeilijkheidsgraad
Naarmate de totale rekenkracht van het netwerk toeneemt zal ook de moeilijkheidsgraad automatisch toenemen. Zo blijft het tempo waarin de blockchain groeit en er nieuwe Bitcoin bij komen constant, ook als er snellere computers op de markt komen en meer mensen gaan minen. Door dit algoritme zit er een natuurlijke rem op het minen van cryptovaluta. Wanneer de investeringen in computers en elektriciteit niet meer opwegen tegen de verwachte opbrengsten zullen miners hun rekenkracht niet meer uitbreiden.
Door de voortdurende aanpassing van de moeilijkheidsgraad zal het naar verwachting nog meer dan honderd jaar duren voordat het theoretische maximum van 21 miljoen Bitcoin is bereikt. Daarvan zijn er nu al ruim 18,7 miljoen in circulatie. Doordat er al zoveel Bitcoin in omloop zijn en het aanbod in een voorspelbaar laag tempo groeit kent de virtuele munt een hoge stock to flow ratio.
Daarin lijkt de Bitcoin erg veel op goud, want de bovengrondse goudvoorraad is met meer dan 190.000 ton ook vele malen groter dan de goudmijnproductie van 2.500 tot 3.000 ton per jaar. Net als met Bitcoin is ook al het makkelijk winbare goud al gevonden, waardoor het aanbod langzaam en in een vrij constant tempo toeneemt. Meer daarover leest u in dit artikel van Sander Boon.
De complexiteit van het minen is de laatste jaren sterk toegenomen (Bron: Blockchain.com)
De complexiteit van het minen op een logschaal weergegeven (Bron: Blockchain.com)
Hoe veilig is Bitcoin?
Zo moeilijk als het is een sleutel voor een blok te vinden, zo eenvoudig is het om deze te valideren. Wanneer een miner een goede sleutel heeft gevonden kunnen zogeheten Bitcoin nodes dit blok eenvoudig verifiëren. Deze computers hoeven alleen maar de uitkomst te controleren. Is het blok door meerdere computers goedgekeurd, dan wordt deze aan de keten toegevoegd en beginnen miners aan het volgende blok.
Dankzij deze vorm van encryptie is het vrijwel onmogelijk transacties te vervalsen. De sleutel voor elk blok hoort bij de transacties die in het betreffende blok zijn opgenomen. Wanneer één van deze transacties verandert, dan verandert ook de uitkomst van de SHA256 encryptie met de gegeven sleutel en is het blok niet meer geldig. Andere miners zullen dat blok dan niet accepteren als onderdeel van de blockchain.
Omdat alle blokken ook de sleutel van het vorige blok bevatten is het niet mogelijk om aanpassingen te doen aan eerdere blokken. Ook is het niet mogelijk de volgorde van de blockchain te veranderen. Omdat het zoveel tijd en rekenkracht kost om een sleutel te vinden die past bij een blok is het dus vrijwel onmogelijk de blockchain te wijzigen. Zoals een transactie pas geldig is met een digitale handtekening, zo is een blok in de blockchain pas geldig als een miner een passende sleutel heeft gevonden. Zo blijven alle miners werken aan dezelfde blockchain.
Om de keten te kunnen vervalsen moet iemand meer dan de helft van de totale rekenkracht van het netwerk hebben. Alleen dan is het mogelijk om sneller nieuwe blokken vinden en de uitkomst aanpassen. Dit is echter vrijwel onmogelijk, gezien de enorme rekenkracht die momenteel wordt gebruikt voor het minen van Bitcoin. Volgens de laatste cijfers verbruikt het minen van Bitcoin wereldwijd nu al meer stroom dan heel Nederland.
https://www.youtube.com/watch?v=bBC-nXj3Ng4
Conclusie
Waar traditioneel geld gebaseerd is op vertrouwen in een centrale autoriteit, zo is Bitcoin gebaseerd op vertrouwen in het wiskundige model. Door encryptie is het systeem met de huidige computertechnologie vrijwel onmogelijk te kraken. De integriteit van de blockchain wordt bewaakt door de benodigde grote hoeveelheid rekenkracht. Daardoor is het systeem zelf veilig.
De kracht van Bitcoin is dat het een zeer robuust systeem is, dat zelfs blijft draaien als een deel van het internet uitvalt. Ook blijft het systeem gewoon draaien als een groot deel van de miners wegvalt. Zo lang de rekenkracht voldoende verspreid is, blijft de veiligheid van de blockchain gegarandeerd. Niemand kan dus - ook geen centrale autoriteit - Bitcoin naar zijn hand zetten of het uit de lucht halen.
De keerzijde van Bitcoin is dat het netwerk enorm veel energie kost. Ook kan het maar een beperkt aantal transacties per seconde verwerken. In dat opzicht is het proof of work model, waarbij rekenkracht het netwerk veilig houdt, minder efficiënt dan een centrale autoriteit die de transacties verwerkt. Maar op dat gebied zijn er tal van innovaties, die we verderop in deze serie over Bitcoin zullen behandelen.
Bitcoin is op zichzelf dus veilig, maar door de enorme koersschommelingen kunt u er wel veel geld mee winnen of verliezen. Ook bent u zelf volledig verantwoordelijk voor het beheer van de sleutels van uw wallet. Als u een pincode kwijt raakt kan de bank vaak nog helpen, maar als u de sleutel van uw wallet niet meer weet is het tegoed niet meer terug te halen. Bewaar de sleutel dus goed!
