Inhoudsopgave

Blockchain wordt wel de grootste uitvinding sinds die van het internet genoemd. Steeds meer bedrijven verkennen de mogelijkheden van deze technologie om data en mutaties daarin veilig en efficiënt op te slaan. Zijn de hoge verwachtingen van blockchain terecht. Of is er sprake van een hype? 

1  Wat is een Blockchain?

Blockchain is een nieuwe technologie voor het vastleggen van informatie (betalingen, eigendomsbewijzen, diploma's, patiëntgegevens) op een manier die het bijna onmogelijk maakt om die informatie te hacken of te manipuleren. Informatie die wordt opgeslagen met een blockchain is onveranderbaar omdat de data tegelijkertijd wordt vastgelegd in de databases van de verschillende deelnemers (en niet meer in één centrale database).

• Datablokken; een blockchain is een systeem voor het opslaan van data in een keten van datablokken. Waarbij deze (data)blokken niet gewijzigd kunnen worden. Blokken kunnen alleen aan het einde van de keten worden toegevoegd. Eèn blok bevat een aantal 'transacties' waartoe een gebruiker opdracht heeft gegeven. Dat kan gaan om een betaling die is uitgevoerd, een wijziging in de patiëntgegevens of een nieuwe diploma die in een register wordt opgenomen. 

• Valideren van wijzigingen; de crux van een veilige blockchain is de validatie van nieuwe datablokken die aan de reeds ketting van blokken (= blockchain) worden toegevoegd. Dat wordt gedaan met behulp van crypto grafische sleutels. Waarbij een nieuw datablok altijd informatie bevat over het vorige blok, wat weer informatie over het blok daarvoor bevat. Zo ontstaat een lange, onveranderbare en onkraakbare ketting van blokken.

• Geen centrale database meer; bij blockchain is geen sprake meer van een centrale computer met een centrale database waarin alle data worden opgeslagen. Gebruikers vormen vormen met hun computers met elkaar een netwerk zonder tussenkomst van een centrale computer. De database wordt opgesplitst in delen en bij de gebruikers op de verschillende computers vastgelegd (= gedistribueerde database). Het is dus niet zo dat alle gebruikers een kopie van de database op hun eigen computer hebben staan. De  blockchain bestaat dus niet uit uit de database zelf maar uit een verwijzing naar de feitelijke bronnen waar de data zijn opgeslagen. De blockchain bevat unieke codes waarmee alle gebruikers toegang hebben tot een kopie van de database. 

• Ontbreken toezichthouder; doordat data lokaal (en niet meer in één centrale database) bij gebruikers op de computer wordt opgeslagen en voor wijzigingen in de data strenge onkraakbare veiligheidsprotocollen gelden borgen de gebruikers zelf de juistheid, volledigheid en integriteit van de data. Daarom is er bij de blockchain geen 'centrale toezichthouder' zoals een bank of overheid meer nodig.    

Blockchain als nieuwe technologie wint nog steeds aan populariteit. Niet alleen omdat de blockchain het moeilijk of onmogelijk maakt om informatie te hacken of de corrumperen. De opkomst van blockchain technologie is vooral te danken aan het ontbreken van een centrale toezichthouder. Zo ligt de blockchain technologie aan de basis van de opkomst van de crypto munten zoals de Bitcoin. Waarbij overheden de waarde van deze digitale munteenheden niet of nauwelijks meer kunnen beïnvloeden.

1a   Voordelen Blockchain

Blockchain is een techniek waarvan veel wordt verwacht. De essentie van de mogelijkheden van blockchain liggen in het feit dat gebruikers die elkaar niet kennen (en elkaar daardoor in beginsel niet vertrouwen) veilig informatie kunnen overdragen en handel met elkaar kunnen drijven zonder dat één van de gebruikers vals kan spelen. Dit komt doordat met de blockchain technologie alle gebruikers controle kunnen uitoefenen zonder dat één van de gebruikers dé controle heeft. Door deze veilige manier van informatie overdragen en handel drijven zijn er geen zogenaamde toezichthouders (trusted third partes) meer nodig. Blockchain kent de volgende voordelen: 

 

1. Blockchain maakt frauderen en manipuleren van data (bijna) onmogelijk; doordat alle gebruikers over een kopie van dezelfde data beschikken en elke wijziging via een versleutelde vingerafdruk door (een netwerk van) gebruikers wordt gevalideerd zijn gegevens vrijwel niet te verwijderen of te manipuleren. Wordt één computer gehackt of wil een gebruiker van de blockchain data manipuleren dan wijkt de dataset van deze gebruiker af van de andere (data)kopieën en worden wijzigingen van deze gebruiker niet geaccepteerd. Niemand kan dus op eigen houtje zonder dat de andere gebruikers dat door hebben informatie opslaan of wijzigen in de database doorvoeren.  

2. Blockchain heeft geen centrale toezichthouder; bij blockchain ligt het toezicht op de geldigheid en integriteit van de data bij de gebruikers zelf. Er is geen centrale toezichthouder meer, zoals een overheid, een notaris of een bank, die eindverantwoordelijk is voor de integriteit van de data. Deze eigenschap van de blockchain kan zowel een voordeel of nadeel zijn. Bij het ontstaan van de crypto currency wordt het ontbreken van een toezichthouder als voordeel gezien. Met blockchain is het mogelijk een eigen munteenheid te creëren zonder dat overheden of banken daar invloed op kunnen uitoefenen. Of dat echt een voordeel is zal op de termijn moeten blijken.

3. Blockchain stimuleert transparantie; alle gebruikers binnen het netwerk beschikken over dezelfde informatie. Gebruikers kunnen data en wijzigingen daarin door de hele keten volgen en controleren, waardoor een soort 'geautomatiseerde' accountant ontstaat. Dat zorgt voor een extreem transparant proces binnen het netwerk van gebruikers.

4. Blockchain stimuleert samenwerking; steeds meer bedrijven zoeken de samenwerking met andere partijen binnen hun keten. Blockchain stimuleert deze samenwerking, door de uitwisseling van allerlei gegevens en documenten veiliger te laten plaatsvinden. Een doorbraak voor transacties waarbij transparantie over herkomst en eigendom cruciaal is. 

5. Blockchain is efficiënt, snel en goedkoop; door gebruik van blockchain technologie zijn er geen onafhankelijke partijen meer nodig die de integriteit van de data (en wijzigingen daarop) garanderen. Je kunt hierdoor administratieve processen vergaand automatiseren. Het goedkeuren, vastleggen of uitvoeren van wijzigingen gebeurt dus automatisch. Waarbij de zogenaamde transactiekosten van de toezichthouders (third parties) komen te vervallen.

1b   Smart Contracts

De blockchaintechnologie is een middel en nooit een doel op zich. Zie het als motoblok die alleen toegevoegde waarde heeft als je het motorblok in een auto, boot of vliegtuig plaatst. Het motorblok zelf heeft geen functionele waarde. Bij de blockchain is dit niet anders. Niet de technologie maar het feit dat je zonder tussenkomst van een toezichthouder veilig informatie kunt overdragen of transacties kunt afwikkelen maakt de technologie waardevol. In zogenaamde Smart Contracts maken gebruikers specifieke afspraken over hoe die informatieoverdracht en/of afwikkeling van overeenkomsten vorm krijgt.

• Smart Contracts zijn stukjes programmateertaal; smart contract zijn stukjes programmeertaal die aan een blockchain worden toegevoegd. Smart contracts leggen de afspraken vast die binnen een blockchain gelden. Afspraken die automatische worden uitgevoerd als een feit zich voordoet. Bijvoorbeeld een reiziger krijgt automatisch en direct een gedeelte van de aankoopsom van de ticketprijs terug als het vliegtuig meer dan één uur vertraging heeft. Dit gebeurt zonder dat daar nog een medewerker tussen zit die de transactie goed keurt.

• Smart Contracts automatiseren de uitvoering van overeenkomsten; als gebruikers het eens zijn geworden over de condities van een overeenkomst wordt deze overeenkomst via een smart contract aan de blockchain toegevoegd. Bijvoorbeeld het automatisch betalen van geld aan een verkoper als de koper de levering van een pakket heeft bevestigd. Er is geen afzonderlijke betalingsopdracht meer nodig. Maar als de gebruikers afspreken dat het geld al wordt vrijgegeven als het pakketje in het sorteercentrum is aangekomen (track and trace) dan is dat natuurlijk ook mogelijk. 

• Smart Contracts automatiseren workflows; je kunt met een smart contract ook de verschillende stappen in een workflow automatiseren. De volgende stap in het proces kan alleen wordt opgestart als de in de voorgaande stap aan alle voorwaarden is voldaan. Zo kun je activiteiten van verschillende bedrijven op bijvoorbeeld een vliegveld (luchthaven, vliegtuigmaatschappijen, catering, schoonmaak, beveiliging, etc) op elkaar afstemmen (in een workflow automatiseren) zonder dat de informatiesystemen van deze bedrijven aan elkaar gekoppeld moeten worden om elkaar op de hoogte te houden.    

• Smart Contracts zijn traceerbaar en onomkeerbaar; in een smart contract worden alle voorwaarden van de overeenkomst voorgeprogrammeerd. Daardoor is er geen noodzaak voor wederzijds vertrouwen. Het contract reageert als een bepaald feit zich voordoet. Smart contracts worden automatisch, vertrouwelijk en onpartijdig uitgevoerd. De afspraken die in de smart contract worden vastgelegd worden met behulp van de blockchain technologie onherroepelijk uitgevoerd waardoor een toezichthouder (notaris, bank of Kadaster) niet meer nodig is.

Smart contracts bieden (op basis van de blockchain technologie) betere, digitale beveiliging dan traditionele contracten. Verder bespaar je kosten omdat processen geautomatiseerd worden uitgevoerd als een feit zich voordoet. En omdat je niet meer de kosten van een onafhankelijke toezichthouder hoeft te betalen zoals een Kadaster of notaris. De onherroepelijkheid van een smart contract is naast een groot voordeel tegelijkertijd een nadeel. De geprogrammeerde objectiviteit laat geen ruimte voor uitzonderingen of de menselijke maat. Begrippen in het Burgerlijk Wetboek als 'redelijkheid en billijkheid' en 'naar beste vermogen' laten zich lastig coderen. Zo is het sociaal niet wenselijk om huurders direct uit hun huis te zetten als zijn een keer de huur niet kunnen betalen. Hoewel de huurder daar in beginsel wel mee heeft ingestemd.

1c   Toepassingen

Als het over toepassingen van blockchaintechniek gaat, gaat het altijd over de behoefte van partijen om een gezamenlijke administratie van acties en/of transacties te voeren. De blockchain wordt daarom ook wel aangeduid als een grootboek of logboek (distributed ledger) waarin alle transactie en/of acties worden bijgehouden. De blockchain technologie kennen we vooral van de Bitcoin en ander cryptogeld. Er zijn echter veel meer toepassingen van de blockchain technologie mogelijk. Daar waar de beveiliging van gegevens belangrijk is en/of veel partijen samenwerken in één keten kan de blockchain technologie uitkomst bieden. Je ziet dan ook overal (onderzoek naar mogelijke) toepassingen van blockchain ontstaan.

• Blockchain in de Haven; het havenbedrijf bestaat uit een samenwerking tussen veel partijen zoals de havenmeester, opslagbedrijven, sjorders, douane, roeiers, transportbedrijven, binnenvaart, etc.. De samenwerking vergt veel afstemming om enerzijds de verschillende acties op elkaar af te stemmen en anderzijds om ervoor te zorgen dat goederen worden afgeleverd bij diegene die de goederen besteld heeft. Met blockchain technologie kunnen deze acties veel sneller en efficiënter op elkaar worden afgestemd en worden alle telefoontjes, faxen en e-mails die nu over en weer gaan overbodig. Elke partij kan elke stap in het proces volgen. Daarbij verbetert de blockchain ook de veiligheid van het goederenvervoer. De havens staan nog aan het begin van de ontwikkeling van de blockchain technologie. Maar het is nu al duidelijk dat de impact van blockchain technologie in het havenbedrijf groot zal zijn.

• Blockchain in de Zorg; ook in de zorgsector heeft de blockchain technologie in potentie grote mogelijkheden. De blockchain gaat grote impact hebben op de manier waarop in de zorg informatie wordt vastgelegd en uitgewisseld. Met behulp van de blockchain technologie beschikken alle zorgaanbieders over dezelfde informatie wat de kwaliteit van de zorg ten goede komt. Verder kan de cliënt zelf aangeven welke informatie hij of zij met welke zorgpartij wil delen. Verder kunnen met de zogenaamde Smart-contracts de administratieve lasten sterk verlaagd worden. Op het moment dat je zorg krijgt, kun je dat aan je slimme contract voorleggen. Dan kun jezelf snel de conclusie trekken of je voor bepaalde handelingen al dan niet bent verzekerd. En als je volgens je (gedigitaliseerde) contract recht hebt op een vergoeding dan wordt een behandeling automatisch vergoed op het moment dat de cliënt de ontvangen zorg accordeert. Tijdrovende procedures van de kant van de professional, de zorgaanbieder en aan de kant van de verzekeraar komen te vervallen. 

1d   Soorten Blockchains

We komen blockchains in vele vormen en maten tegen. Een veel gemaakt onderscheid tussen de verschillende soorten blockchains is als volgt.

• Publieke Blockchains; een publieke blockchain is het meest bekende en gebruikte vorm van een blockchain. Publieke blockchains zijn volledig decentraal. Hiermee voldoet een publieke blockchain aan het ‘gedistribueerde grootboek’. Alle gebruikers hebben toegang tot de volledige database (die is vastgelegd op de decentrale databases). Bij een publieke blockchain kan iedereen, wereldwijd, transacties lezen, sturen en mee helpen ze te valideren (consensus bereiken). Omdat er doorgaans veel gebruikers zijn aangesloten op een publieke blockchain zijn publieke blockchains vaak nog veiliger.

• Consortium Blockchains; bij een consortium blockchain is wel sprake van meerdere eigenaren maar is de blockchain niet openbaar. Consortium blockchains vind je vaak als onderdeel van een samenwerkingsverband tussen verschillende partijen. Bijvoorbeeld tussen banken of tussen partijen die bijvoorbeeld in een haven of vliegveld opereren. Soms is een consortium blockchain wel in te kijken voor iedereen, maar heeft niet iedereen de mogelijkheid om data te wijzigen. Alleen leden van het consortium mogen wijzigingen doorvoeren en valideren. 

• Private Blockchains; een private blockchain is een gesloten systeem. Een private blockchain heeft één eigenaar. De eigenaar bepaalt wie er toegang krijgt tot de blockchain en wie niet. Het recht op het toevoegen van informatie is beperkt tot door de eigenaar aangewezen gebruikers. Omdat de manier van data opslaan nog wel plaatsvindt in een ketting van onkraakbare datablokken en nog steeds meerdere partijen zijn aangesloten bij het uitwisselen van informatie wordt er nog wel gesproken van een blockchain. Deze blockchain is echter niet volledig decentraal. Een blockchainnetwerk die alleen bereikbaar is voor medewerkers van een bedrijf is een voorbeeld van een private blockchain.

Als het in het dagelijks spraakgebruik gaat over de blockchain dan wordt veelal de publieke variant bedoeld. Dit is namelijk de meest zuivere vorm van de blockchain waar de toegang tot de database en de bewaking van de integriteit van de data volledig is gedecentraliseerd. Alle gebruikers hebben toegang tot de database, mogen wijzigingen doorvoeren en mogen helpen de wijzigingen van anderen te valideren. Bij de andere varianten, het consortium en (al helemaal bij) de private blockchain is er sprake van een mate van concentratie en centralisatie van bevoegdheden van slecht één of meer van de gebruikers c.q. partijen.

2   Blockchain = Registratiesysteem

Terecht wordt de vraag gesteld in welke situaties een blockchain nu wel of niet zinvol is. In welke behoefte voorziet de blockchain-technologie? Op basis van verschillende publicaties kom ik tot de conclusie dat de inzet van blockchain technologie interessant wordt als meer wordt voldaan aan de volgende voorwaarden:

Kortom; met behulp van de blockchain creëer je een registratiesysteem (logboek) waarin gebruikers die elkaar niet kennen op een veilige manier data kunnen opslaan en wijzigen zonder dat er sprake is van een centrale toezichthouder. 

3   Techniek achter de Blockchain

In 2009 publiceerde Nakamoto zijn whitepaper ‘Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System’ waarin de blockchain-technologie wordt uitgelegd. De wijze waarop blockchain voor het eerst door Nakamoto wordt toegepast met de Bitcoin is revolutionair. Tegelijkertijd constateert Nakamato zelf dat de blockchain technologie een combinatie is van een aantal bestaande technieken. In die zin is de blockchain minder revolutionair dan vaak wordt veronderstelt. Om de werking van de blockchain technologie te begrijpen is het nodig kennis te nemen van de volgende vier (bestaande) technologieën:

 

 

3a  Peer tot Peer Netwerk

Het Peer-to-Peer netwerk staat aan de basis van de blockchain technologie. Het woord 'peer' komt van het Engelse peer, dat 'gelijke' betekent. Een Peer-to-Peer netwerk (P2P) is een netwerk van computers die op internet zijn aangesloten en zelfstandig informatie met elkaar uitwisselen. Waarbij de aangesloten computers gelijkwaardig zijn. Er is sprake van een netwerk van computers zonder tussenkomst van een centrale computer en een centrale database zoals dat bij de traditionele client-server netwerk het geval is. Een Peer-to-Peer netwerk kent de volgende karakteristieken waarvan de blockchain gebruikt maakt. 

• Filesharing; belangrijk kenmerk van een Peer-to-Peer netwerk is dat de computers in dit netwerk onderling bestanden kunnen uitwisselen. Dat werkt als volgt: de eigenaars van de computers stellen bepaalde mappen op hun computer open voor de andere deelnemers van het netwerk. Omgekeerd kunnen zij ook bestanden uit mappen van andere deelnemers van het netwerk downloaden. Dit wordt bestandsuitwisseling of filesharing genoemd. Meestal gaat het om muziekbestanden. Maar ook filmpjes of tekstdocumenten kunnen uitgewisseld worden. In het geval van de blockchain (bijvoorbeeld bij de Bitcoin) gaat het om uitwisselen van informatie die een bepaalde waarde vertegenwoordigt.

• Gedistribueerde Database; bij een Peer-to-Peer netwerk is dus geen sprake meer van een centrale computer met een centrale database waarin alle data worden opgeslagen. De database wordt opgesplitst in delen en bij de gebruikers op de verschillende computers vastgelegd (= gedistribueerde database). Het is dus niet zo dat alle gebruikers een kopie van de database op hun eigen computer hebben staan. Daarvoor is de database te groot. De blockchain bestaat dus niet uit uit de database zelf maar uit een verwijzing naar de feitelijke bronnen waar de data zijn opgeslagen. Alle gebruikers hebben daarmee toegang tot een kopie van de database.

• Geen toezichthouder; belangrijk gegeven van het Peer-to-Peer principe is de gelijkwaardigheid van de gebruikers. Een centrale toezichthouder die de  juistheid, volledigheid en integriteit van de data garandeert is er niet. Met de komst van onkraakbare veiligheidsprotocollen is dit ook niet meer nodig. Gebruikers zijn gezamenlijk verantwoordelijk voor de integriteit van de data. Instanties of banken zijn niet meer nodig om deze integriteit te bewaken. Tegelijkertijd kunnen deze instanties de uitwisseling van informatie ook niet meer beïnvloeden. Dat is meteen de belangrijkste reden dat de Bitcoin (met de onderliggende blockchain technologie) zo'n succes is geworden. De oprichters van de Bitcoin wilden geen bemoeienis van overheden die de waarde van de Bitcoin kunnen beïnvloeden.

P2P is een technologie die gebaseerd is op een heel eenvoudig principe, en dat is het concept van decentralisatie. Dankzij de peer-to-peer-architectuur van blockchain kunnen alle cryptocurrencies wereldwijd worden overgedragen zonder dat overheden of andere toezichthouders hier invloed op uit kunnen oefenen. Daarnaast is een peer tot peer netwerk erg veilig. Als een computer (peer) uitvalt dan zijn de andere computers nog steeds aanwezig. Dus niemand kan de blockchain uitschakelen. En vanwege het decentrale karakter van het netwerk is de blockchain immuun voor Denial-of-Service (DoS)-aanvallen. 

3b   Time stamp technologie (hashen)

De blockchain maakt verder gebruik van de zogenaamde 'Time Stamp' technologie. Een technologie waarmee het vrijwel onmogelijk wordt een database te hacken of te corrumperen. Stuart Haber en W. Scott Stornetta beschreven in 1991 in hun publicatie “How to Time-Stamp a Digital Document.” hoe je authenticiteit van data kunt controleren zonder de inhoud van de gegevens die in de database staan prijs te geven.

• Datablokken; de timestamp technologie is een systeem voor het opslaan van data in een keten van datablokken. Eén datablok bevat een aantal transacties (wijzigingen) waartoe een gebruiker opdracht heeft gegeven. Dat kan gaan om een betaling die is uitgevoerd, een wijziging in de patiëntgegevens of een nieuwe diploma die in een register wordt opgenomen. Datablokken kunnen alleen aan het einde van de keten worden toegevoegd.

• Digitale vingerafdruk; elk datablok wordt afgesloten met een unieke code van alle gegevens in het betreffende block. Waarbij in het volgende blok de unieke code van het voorgaande blok wordt opgenomen waardoor de blokken naar elkaar verwijzen en er een zogenaamde chain (ketting) van datablokken ontstaat. Aangezien elk blok van de keten de unieke code van het vorige bevat, is het niet mogelijk om een blok aan te passen zonder de hele keten te wijzigen. Zo ontstaat een lange, onveranderbare en onkraakbare informatieketting (van datablokken) zonder de inhoud van de gegevens die in de database staan prijs te geven.

• Cryptotechnologie (hashen); de unieke code wordt met behulp van cryptotechnologie aan elke datablok toegevoegd. Cryptotechnologie is een technologie die al tientallen jaren wordt gebruikt waarmee je teksten, afbeeldingen en cijfers omzet in een unieke reeks reeks getallen en cijfers. Dit zogenaamde 'hashen' creëert, onafhankelijk van de hoeveelheid tekst of getallen die je wil omzetten, een vaste  reeks van cijfers en letters (= 'string'). De reeks die eruit komt noemen we een hash. De Bitcoin maakt bijvoorbeeld gebruik van het SHA-256 algoritme, waar SHA staat voor Secure Hachting Algorithm. In het geval van Bitcoin bestaat deze string daarom altijd uit 64 tekens. Belangrijkste eigenschappen van de cryptotechnologie zijn:

• Deterministisch; dit betekent dat iedere tekst die je invoert altijd zal resulteren in dezelfde unieke code (hash). Dus als je vandaag, morgen of volgend jaar eenzelfde tekst invoert zal altijd dezelfde unieke code ontstaan. 
• Eénrichtingsverkeer; de hashfunctie werkt één kant op. Je kunt van een stuk tekst een unieke code maken. Maar het is onmogelijk om van de unieke code de inhoud van de tekst te herleiden.
• Een kleine verandering in de tekst verandert de totale hash; de unieke code (hash) van een tekst verandert volledig als er maar één letter, cijfer of spatie verandert ten opzichte van de van de oorspronkelijke tekst. Zie voorbeeld hiernaast waar blockchain met en zonder hoofdletter is geschreven.

Hashing is erg belangrijk in de wereld van blockchain en cryptocurrencies. Het zorgt ervoor dat je grote hoeveelheden data kan samenvoegen tot één code die bestaat uit een vast aantal cijfers en letters. Hierdoor kan je met minder opslagplek meer data opslaan. Dit is erg belangrijk om het systeem goed te laten werken, ook wanneer het aantal transacties stijgt. 

De hash, opgeslagen in een blockchain, noemen we een tijdstempel. Met behulp van 'timestamping (of hashing) wordt de integriteit van de database gegarandeerd. Een belangrijk factor van het succes van het gebruik en potentie van de blockchain technologie. Als twee databestanden of tekenreeksen dezelfde hash-waarde hebben dan kun je er zeker van zijn dat ze databestanden authentiek (niet gemanipuleerd) zijn. 

3c   Consensusmechanisme

Bij een traditioneel netwerk (client-server netwerk) is er sprake van een centrale autoriteit (toezichthouder) die de bevoegdheid heeft om de database te onderhouden en wijzigingen door te voeren. Zo is alleen het kadaster bevoegd om wijzigingen in de basisregistratie onroerende zaken door te voeren. En kan alleen de gemeente wijzigingen in de persoonsgegevens van burgers doorvoeren. Bij de gedecentraliseerde blockchain ontbreekt een centrale toezichthouder. De deelnemers van de blockchain bepalen zelf welke mutaties legitiem zijn en aan de blockchain worden toegevoegd. 
De deelnemers van een blockchain kennen elkaar meestal niet. Deelnemers vertrouwen elkaar in beginsel daarom ook niet. Om die reden is binnen de blockchain een efficiënt, eerlijk, realtime, functioneel en veilig mechanisme nodig om ervoor te zorgen dat alle mutaties die op het netwerk plaatsvinden geldig zijn. Dit zogenaamde consensus mechanisme betreft afspraken hoe mutaties goedgekeurd worden alvorens de mutaties aan de blockchain worden toegevoegd. Er zijn meerdere manieren om consensus te bereiken. De meest bekende zijn: 

1. Proof of Work (PoW); Proof Of Work is het eerste blockchain-consensusmechanisme en werd voor het eerst gebruikt door Bitcoin. Het Proof Of Work-proces staat bekend als 'mining'. Miners zijn deelnemers van de blockchain met krachtige computers die de transacties van deelnemers valideren. Zo kijken ze bijvoorbeeld of iemand wel genoeg cryptomunten in zijn bezit heeft om een betaling te doen. Of om de identiteit van een gebruiker vast te stellen. Dit doen de miners door zo snel mogelijk complexe wiskundige puzzels op te lossen. Wat ze in werkelijkheid doen is het raden van de juiste input die hoort bij de hash van die transacties. Zoals eerder is aangegeven is dit bijna ondoenlijk en kost dit extreem veel rekenkracht. De eerste miner die de puzzel oplost ontvangt daarom een beloning. Op het moment dat een miner de oplossing heeft gevonden stuurt hij deze direct door naar de andere miners die controleren of de gevonden oplossing de juiste is. Deze controle is dan weer niet zo moeilijk. Omdat het hashen van de door de miner gevonden oplossing (de input van de transacties) met het  SHA-256 algoritme tot dezelfde uitkomst moet leiden die de miners juist probeerde op te lossen. Als dit het geval is mag de miner de transacties samenvoegen tot een blok en deze toevoegen aan de blockchain. Aan ieder blok wordt ook de hash van het vorige blok toegevoegd, waardoor er een keten van onkraakbare blokken ontstaat.
   Het consensus mechanisme Proof of Work kost enorm veel rekenkracht. Zo verbruiken alle Bitcoin transacties samen al meer dan het totale stroomverbruik van een land als Zwitserland. Het extreme verbruik van elektriciteit is de reden dat sommige blockchains overstappen op een ander consensusmechanisme.

2. Proof of Stake (PoS); is het milieuvriendelijkere alternatief van het Proof of Work-mechanisme. Proof of Stake maakt gebruik van het uitgangspunt dat degenen die veel belang hebben bij de blockchain zij ook het netwerk wil onderhouden en de integriteit van de data wil bewaken. Proof of Stake kent geen 'miners' maar 'validators'. Op basis van de 'stake' die de validator inzet wordt vooraf bepaald welke validator welke blok mag valideren en aan de blockchain mag toevoegen. De stake is een soort borg die je betaalt aan het netwerk in de vorm van een bedrag (veelal cryptomunten). Hoe hoger de stake is, hoe groter de kans dat je door het netwerk wordt gekozen om het volgende blok toe te voegen. Op het moment dat het netwerk vindt dat een validator zijn werk niet goed genoeg doet, kunnen ze besluiten om de validator te straffen. In dat geval wordt een deel van de stake afgepakt, of kan het netwerk ervoor kiezen om de validator uit het netwerk te verwijderen.

3. Delegated Proof of Stake (DPoS); is een zeer snel consensusmechanisme die ook wel digitale democratie wordt genoemd. Bij dit mechanisme kunnen gebruikers hun munten inzetten om op een bepaald aantal afgevaardigden te stemmen. Deelnemers kunnen met tokens stemmen op andere deelnemers die zij het meest vertrouwen. De deelnemers met de meeste stemmen mogen blokken toevoegen aan de blockchain. Deze deelnemers noemen we ook wel 'delegates'. Het gewicht van een stem hangt af van de inzet. Als bijvoorbeeld X 10 munten inzet voor een afgevaardigde en Y 1 munt inzet voor een afgevaardigde, weegt de stem van X 10 keer zwaarder dan de stem van Y. Op het moment dat een 'delegate' zijn werk niet goed doet, kunnen de andere deelnemers aan de blockchain beslissen om de delegate te vervangen door een andere 'delegate'. Dit is dus een erg democratische beveiliging van het netwerk! 

 

Al deze mechanismen hebben uiteindelijk hetzelfde doel: consensus bereiken over mutaties (transacties) in een gedecentraliseerd netwerk. Hoewel deze mechanismen een gemeenschappelijk doel hebben, verschillen ze enorm in hun benadering om consensus te bereiken. Hoewel het perfecte consensusmechanisme nog niet bestaat, is het interessant om te zien hoe consensusmechanismen zich in de loop van de tijd hebben ontwikkeld en zich verder gaan ontwikkelen.

 

3d   Self-Sovereign Identity

Het hebben van een unieke digitale identiteit is naast de peer-to-peer technologie en het hashen van datablokken een volgende onmisbare techniek in de blockchain. Iedereen die online bankiert, via een website transacties uitvoert of digitaal belastingaangifte doet moet aan kunnen tonen met een gebruikersnaam (public key) en unieke code (private key) dat hij of zij daadwerkelijk diegene is waarvoor hij of zij zich voordoet. Dit geldt ook voor iedere deelnemer aan een blockchain. Elke deelnemer beschikt over een digitale identiteit die de deelnemer autoriseert om binnen de blockchain informatie uit te wisselen of opdrachten uit te voeren.

• Private key; is een identificatiecode of sleutel gebaseerd op cryptografie (algoritmes) waarmee je gegevens kunt versleutelen of ontsleutelen. Met deze zogenaamde digitale handtekening wordt identiteitsfraude vrijwel onmogelijk. De 'private key' is alleen in het bezit van de eigenaar van de identiteit of van diegenen die daartoe door de eigenaar zijn geautoriseerd. Hierdoor weet je zeker dat het de eigenaar is van bijvoorbeeld de Bitcoins die de betaling uitvoert.

• Public key; aan elke private key is een unieke public key gekoppeld. De private- en public key samen worden gebruikt om berichten te versleutelen en te ontsleutelen. Alle deelnemers zien de versleutelde tekst. Alleen de ontvangende partij kan met zijn of haar 'private key' het bericht ontcijferen. Dat werkt als volgt. Met behulp van de private key van de afzender en de public key van de ontvanger wordt platte tekst of cijfers (bijvoorbeeld: 'Send me S' naar Alice) met behulp van algoritmes omgezet in een versleutelde tekst. De ontvangende partij, in dit geval Alice, kan met haar 'private key' het bericht weer decoderen. Dit kan omdat elke openbare sleutel gekoppeld is aan slechts één privésleutel.

Public Key Infrastructure (PKI) wordt gebruikt om de identiteit en veiligheid in internetcommunicatie te borgen. Eén van de unieke voordelen van deze zogenaamde asymmetrische versleuteling is de mogelijkheid om zowel de veiligheid van versleutelde berichten als de identiteit van de afzender te waarborgen.

4   Bitcoin

Blockchain en de Bitcoin worden vaak in één adem genoemd. Het zijn echter twee wezenlijke andere grootheden. Blockchain is de technologie. En de Bitcoin is de eerst echte grote toepassing van deze technologie. 

• Probleem van dubbele betalingen; tot 2008 zijn er verschillende pogingen ondernomen om cryptomunten te creëren. Deze initiatieven liepen op niks uit omdat deze cryptomunten niet konden omgaan met 'het probleem van de dubbele betalingen'. Gebruikers konden door dit probleem dezelfde hoeveelheid “cryptomunten” meer dan één keer kan uitgeven. Dat kan natuurlijk niet de bedoeling zijn. Een briefje van 20 euro kun je immers ook maar één keer uitgeven. Bij elektronisch geld vindt echter geen fysieke overdracht plaats waardoor het risico bestaat dat iemand vaker hetzelfde geld uitgeeft. De blockchain technologie is revolutionair omdat deze 'het probleem van de dubbele betalingen' oplost. Omdat alle nieuwe transacties in een nieuw blok terecht komen, terwijl de oudere transacties opgeslagen zijn in de openbare ketting van blokken (blockchain) kan er gecontroleerd worden of iemand de munten waarmee diegene een transactie uitvoert al eerder heeft gebruikt. Daarmee is ‘het probleem van dubbele betalingen' opgelost. 

Het streven naar een digitale munteenheid waarbij je zonder tussenkomst van een bank veilig betalingen kunt doen heeft aan de wieg gestaan van blockchain technologie. Hoewel de Bitcoin als vliegwiel heeft gefungeerd voor de blockchain technologie moge het inmiddels duidelijk zijn dat de toepassingen van de blockchain technologie veel verder gaan dan alleen de cryptocurriencies.  

 

5   Toekomstperspectief Blockchain

Blockchain is een 'open' technologie die voor veel verschillende toepassingen ingezet kan worden. Toch blijkt het in de praktijk niet zo'n vaart te lopen. Deels is dit het gevolg van principiële discussies over de achterliggende principes van blockchain. Daarnaast zijn er ook meer pragmatische redenen waarom de blockchain technologie tot op heden beperkt wordt ingezet. 

• Digitaal vertrouwen: de blockchain leidt tot een paradigmashift. Het bestaande maatschappelijke stelsel waarbij instituties het algemeen belang vertegenwoordigen wordt ter discussie gesteld. Sommige instituties zoals banken het kadaster of het notariaat worden overbodig. Er wordt niet meer op een instituut vertrouwd, maar op een nieuw concept: een geheel van ICT-middelen en afspraken (software en cryptografie) dat een zelfstandig systeem vormt. De elite van banken, notarissen en andere instituten wordt vervangen door een nieuwe elite, die van tech-bedrijven en ontwikkelaars. Dat roept nieuwe vragen op: Wat betekent het voor machtsverhoudingen binnen het maatschappelijk stelsel? En willen we dat? Wie is er aansprakelijk als het mis gaat? Behoorlijk fundamentele vragen lijkt me. 

• Rechtsgeldigheid van Smart Contracts; in zogenaamde smart contracts maken gebruikers specifieke afspraken over hoe die informatieoverdracht en/of afwikkeling van overeenkomsten vorm krijgt. Smart contract zijn stukjes programmeertaal die aan een blockchain worden toegevoegd. Afspraken die automatische worden uitgevoerd als een bepaald feit zich voordoet. De vraag doet zich voor in hoeverre deze zogenaamde smart contract rechtsgeldig zijn. Het blijkt in de praktijk lastig te zeggen hoe en wanneer zo’n smart contract voldoet aan de wettelijke basisvoorwaarden van een papieren contract. Begrippen uit het Burgerlijk Wetboek zoals 'redelijk en billijk' en 'naar beste vermogen' zijn lastige termen om te vertalen in de binaire code van een smart contract.

• Performance en schaalbaarheid; bij de blockchain technologie moeten de afzonderlijke gebruikers wijzigingen (transacties) goedkeuren. Dit gaat minder snel dat bij de traditionele client-server netwerk waarbij één partij mutaties goedkeurt. Bij Bitcoin duurt het gemiddeld tien minuten om een transactie bevestigd te krijgen. Er is tijd en rekenkracht nodig om tussen partijen consensus te bereiken. Zeker als het consensus Proof of Work (PoW) als consensusmechanisme wordt gehanteerd. Dit is de reden dat binnen de blockchain andere vormen consensusmechanismen worden ontwikkeld. Maar feit blijft dat het streven naar consensus tussen verschillende gebruikers meer tijd kost. En daarmee de performance en schaalbaarheid wordt beperkt. Het duurt nog wel even voordat de blockchain net zoals bijvoorbeeld Visa 100.000 mutaties per seconde kan verwerken. 

• Centralisatie binnen de blockchain; de miners die nodig zijn voor het berekenen van de blokken gebruiken veel energie. Daarbij kost de specialistische mining apparatuur die daarvoor nodig is veel geld. Hierdoor zien we dat miners zich gaan groeperen om ervoor te zorgen dat zij de meeste rekenkracht hebben (en daarmee steeds als eerste een nieuw blok vinden). Door de hoge kosten van mining vindt steeds meer concentratie en centralisatie plaats bij een aantal actieve spelers. Dit was nu juist niet de bedoeling van de blockchain. Blockchain was juist bedoeld als decentraal netwerk waarbij alle computers gelijkwaardig zijn.

• Energieverbruik; het consensusmechanisme Proof of Work dat vooral bij blockchains voor cryptovaluta (zoals de Bitcoin) wordt gebruikt kost extreem veel energie. Nu al gebruiken de 'miners' van de Bitcoin meer elektriciteit dan bijvoorbeeld een land als Nerdeland verbruikt. In het streven naar een meer duurzame maatschappij is dit verbruik lastig te verantwoorden. Dat is een reden dat er binnen de blockchain technologie steeds andere mechanismen voor consensus worden ontwikkeld. In de veronderstelling dat deze neiuwe mechanismen minimaal zo veilig zijn als het mechanisme Proof of Work, dat nog steeds als de meest veilige vorm van consensusmechanisme wordt beschouwd.

• Beschikbaarheid van kennis en kunde; als gebruikers hebben besloten om een toepassing op basis van blockchain technologie te ontwikkelen blijkt het in de praktijk lastig om blockchain ontwikkelaars te vinden die een blockchain framework kunnen bouwen. De kennis en vaardigheden met blockchain technologie zijn nog beperkt. De bepekte kennis en kunde is waarschijnlijk ook een reden dat gebruik van de blockchain technologie veelal nog in de experimentele fase bevindt.

• Nieuwe bedrijfsmodellen; de mogelijke impact van blockchain technologie op de maatschappij is onvoorstelbaar groot. Vergelijkbaar met de impact van de opkomst van internet. Blockchain is veel meer dan een ingewikkeld IT project. In een digitaliseringede maatschappij waar gegevensbeheer steeds belangrijker wordt biedt blockchain technologie uitkomst om gegevens efficiënt, transparant en veilig te beheren. Gegevensintensieve bedrijven zoals in de financiële sector, de belastingdienst of het notariaat moeten mee in deze ontwikkeling of komen anders onder druk te staan. In alle sectoren (bijvoorbeeld in de zorg, de logistiek of de kledingindustrie) zal de toepassing van blockchain technologie tot transformatie van de bedrijfsmodellen leiden. De vraag is niet of maar wanneer deze transformatie zal plaatsvinden. 

Blockchain is een innovatie die gaat leiden tot een fundamentele verandering in de manier waarop we waarde en data uitwisselen. De voordelen van blockchain rondom veiligheid, transparantie, onafhankelijkheid en efficiency zijn dermate groot dat het bedrijfsleven niet anders kan dan deze technologie te omarmen. Doen ze dit niet dan zullen ze de strijd met de concurrentie gaan verliezen. En als het bedrijfsleven eenmaal 'over de brug is' dan zal de overheid volgen. Al denk ik wel dat eerst een aantal fundamentele discussies beslecht moeten worden.
Maar zoals altijd bij een fundamentele vernieuwing het geval is zal deze verandering niet van de ene op de andere dag gerealiseerd worden. Het gebruik van blockchain technologie bevindt zich ondanks het succes van Bitcoin en andere cryptocurrencies nog in de opstartfase. Er wordt nog volop geëxperimenteerd zonder dat er grootschalig wordt geïmplementeerd.