Hashkæder og blokforbindelse

En hashkæde forbinder datablokke, så hver blok indeholder hashen af den foregående blok. Hvis en blok ændres, ændres dens hash, hvilket ugyldiggør alle efterfølgende blokke. Det skaber en hovedbog, der afslører manipulation og kun kan tilføjes poster til.

Hver blok indeholder: (1) nyttedata (transaktioner), (2) hashen af den foregående blok (en pegepind til den tidligere blok), (3) et tidsstempel, (4) en nonce (til PoW), (5) Merkle-roden for transaktionerne. Den første blok (genesisblokken) har previous_hash = "0"*64.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

Hvis en angriber ændrer dataene i blok 3, ændres hashen for blok 3. Blok 4 henviser til den gamle hash for blok 3 — kæden brydes ved blok 4. Angriberen skal genberegne hasherne for blok 3, 4, 5, ... helt frem til kædens slutning. Med PoW er det beregningsmæssigt umuligt i praksis.

Hashkæder afslører manipulation, men giver ikke i sig selv uforanderlighed. Uden yderligere mekanismer (PoW, digitale signaturer, distribution) kan en angriber, der kontrollerer kæden, skrive den om. Det er distribueret konsensus, der i praksis gør blockchain modstandsdygtig over for manipulation.

Bitcoins regel om den længste kæde: Den gyldige kæde med mest akkumuleret proof-of-work er den kanoniske kæde. Hvis en angriber forgrener kæden, udvider ærlige minere den ærlige kæde hurtigere (antagelsen om 51 %). Angriberens forgrening er kortere og forkastes.

Bitcoins SPV-klienter (Simple Payment Verification) henter kun 80-byte-blokheadere (med foregående hash, Merkle-rod, nonce, tidsstempel og bits). Fuldstændige noder gemmer alle transaktioner. SPV-klienter verificerer en transaktion ved hjælp af et Merkle-bevis op mod headerens Merkle-rod.

Bitcoins genesisblok (blok 0, 3. januar 2009) har prev_hash = 0x000...0. Satoshi indlejrede overskriften "The Times 03/Jan/2009 Kansleren på randen af endnu en redningspakke til banker" i coinbase-transaktionen som dokumentation for tidsangivelsen.

Hashkæder fandtes før blockchain. Anvendelser: certifikatspærringslister (kædet med hash), logintegritet (hash af den foregående logpost) og DNSSEC's tillidskæde. Begrebet kan generaliseres: enhver struktur, der kun kan tilføjes poster til, og hvor hver post forpligter sig til alle tidligere poster.

For at gøre den indledende synkronisering hurtigere fastkoder Bitcoin Core kontrolpunkter: kendte gyldige blokhashes ved bestemte blokhøjder. En klient, der starter synkroniseringen, kan springe PoW-verificeringen over for blokke før kontrolpunktet og stole på den fastkodede hash. Afvejning: Det mindsker graden af tillidsminimering.

Git bruger samme princip: Hver commit identificeres af en SHA-1/SHA-256-hash af dens indhold plus den overordnede commit-hash. Når du henter en bestemt commit-hash, får du præcis den tilstand. Hele Gits historik er et hashkædet træ af objekter.

Hashkæder forbinder blokke via kryptografiske pegepinde. En ændring forplanter sig til alle efterfølgende blokke. Kombineret med PoW og distribueret konsensus gør det i praksis blockchain uforanderlig. Næste emne: Merkle-træer til effektiv transaktionsintegritet.