Hashketens en blockkoppeling

Een hashketen koppelt gegevensblokken aan elkaar, zodat elk blok de hash van het vorige blok bevat. Als je een blok wijzigt, verandert de hash ervan, waardoor alle volgende blokken ongeldig worden. Zo ontstaat een grootboek waarin manipulatie detecteerbaar is en waaraan alleen kan worden toegevoegd.

Elk blok bevat: (1) gegevensinhoud (transacties), (2) hash van het vorige blok (verwijzing naar het voorafgaande blok), (3) tijdstempel, (4) nonce (voor PoW), (5) Merkle-wortel van de transacties. Het eerste blok (genesisblok) heeft 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()

Als een aanvaller de gegevens van blok 3 wijzigt, verandert de hash van blok 3. Blok 4 verwijst naar de oude hash van blok 3 — de keten wordt bij blok 4 verbroken. De aanvaller moet de hashes voor blokken 3, 4, 5, ... helemaal tot aan het uiteinde opnieuw berekenen. Met PoW is dit rekenkundig onhaalbaar.

Hashketens tonen manipulatie aan, maar zijn op zichzelf niet onveranderlijk. Zonder aanvullende mechanismen (PoW, digitale handtekeningen, distributie) kan een aanvaller die de keten beheert deze herschrijven. Gedistribueerde consensus maakt blockchain in de praktijk bestand tegen manipulatie.

De regel van de langste keten van Bitcoin: de geldige keten met het meeste opgebouwde bewijs van werk is de canonieke keten. Als een aanvaller de keten splitst, breiden eerlijke miners de eerlijke keten sneller uit (aanname van 51%). De fork van de aanvaller is korter en wordt verworpen.

De SPV-clients (eenvoudige betalingsverificatie) van Bitcoin downloaden alleen blokheaders van 80 bytes (met de vorige hash, Merkle-wortel, nonce, tijdstempel en bits). Volledige knooppunten slaan alle transacties op. SPV-clients verifiëren een transactie met een Merkle-bewijs tegen de Merkle-wortel in de header.

Het genesisblok van Bitcoin (blok 0, 3 januari 2009) heeft prev_hash = 0x000...0. Satoshi verwerkte de kop "The Times 03/Jan/2009 Minister van Financiën op de rand van een tweede reddingsoperatie voor banken" in de coinbase-transactie als bewijs van de tijdstempel.

Hashketens bestonden al vóór blockchain. Toepassingen: certificaatintrekkingslijsten (gekoppeld via hashes), integriteit van logboeken (hash van het vorige logboekitem), DNSSEC-vertrouwensketen. Het concept generaliseert: elke structuur waaraan alleen kan worden toegevoegd en waarin elke invoer alle eerdere invoeren vastlegt.

Om de eerste synchronisatie te versnellen, hardcodeert Bitcoin Core controlepunten: hashes van bekende geldige blokken op bepaalde hoogten. Een client die met synchroniseren begint, kan de PoW-verificatie overslaan voor blokken vóór het controlepunt en de hardgecodeerde hash vertrouwen. Afweging: dit vermindert de vertrouwensminimalisatie.

Git gebruikt hetzelfde principe: elke commit wordt geïdentificeerd door de SHA-1/SHA-256 van de inhoud plus de hash van de bovenliggende commit. Als je een specifieke commit-hash uitcheckt, krijg je exact die toestand. De volledige geschiedenis van Git is een hashgekoppelde boom van objecten.

Hashketens koppelen blokken via cryptografische verwijzingen. Een wijziging werkt door naar alle volgende blokken. In combinatie met PoW en gedistribueerde consensus maakt dit blockchain in de praktijk onveranderlijk. Volgende onderwerp: Merkle-bomen voor efficiënte integriteit van transacties.