2008 yılında yayımlanan “Bitcoin: Eşten-eşe Elektronik Nakit Ödeme Sistemi” başlıklı makale yayımlandığı günden bu yana kripto para ve Blokchain dünyasında önemli bir rehber olarak kabul ediliyor. İş yapış modellerine farklı bir bakış açısı kazandıran makale, Bitcoin’in yaratıcısı olarak bilinen Satoshi Nakamoto tarafından yazıldığı biliniyor.
Blokchain teknolojisi ve kripto para dünyası uzun yıllardır kullanılsa da hala Satoshi Nakamoto’nun varlığı ya da gerçek kimliği bilinmiyor. Yıllar önce yazılan makale hala güncelliğini korurken, makalede Blokchain kelimesinin hiç geçmemiş olması ise tartışılmaya devam ediyor. Blokchain kelime olarak yer almasa da, 2008 yılından bu yana gelinen süreçte literatüre girmeyi başardı.
İşte Satoshi Nakamoto’nun Bitcoin makalesinin Türkçesi:
ÖZET:
Tamamiyle eşten-eşe çalışan bir elektronik para sistemi herhangi bir finansal kurumdan geçmeden bir taraftan diğerine çevrimiçi ödeme gönderilmesi mümkündür. Dijital imzalar bu çözümün bir parçasıdır, fakat mükerrer harcamaları engellemek için hala güvenilir bir üçüncü tarafa ihtiyaç duyuluyorsa temel faydalarını yitirir. Mükerrer harcama sorununa eşlerarası ağu uygulayarak bir çözüm sunuyoruz. Ağ, işlemleri devamlı uzayan özet fonksiyonu tabanlı bir iş-kanıtı zincirine ekleyek zaman damgasıyla işaretler ve iş-kanıtını yeniden üretmeden değiştirilemez bir kayıt haline getirir. En uzun zincir yalnızca karşılaşılan olayların sırasını kanıtlamakla kalmaz aynı zamanda en büyük CPU gücüne sahip havuzdan geldiğini de ıspatlar. CPU gücünün çoğunluğu ağa saldırmak için işbirliği yapmayan düğümlerin kontrolünde olduğu sürece en uzun zinciri üretecekler ve saldırganları yok edeceklerdir. Ağın ihtiyacı çok az bir altyapıdır. Mesajların paylaşılmasında “elden geldiği kadar” kuralı uygulanır. Düğümler istediklerinde ağdan ayrılabilirler ve dışarıda geçirdikleri sürede yapılan işlemlerin kanıtı olan en uzun iş-kanıtı zincirini ekleyerek tekrar dahil olabilirler.
1- GİRİŞ
Online alışveriş şimdilerde neredeyse tamamen, güvenilir bir üçüncü taraf olarak elektronik ödemeleri işleyen finansal kurumlara bağımlı oldu. Bu yöntem çoğu işlemden daha iyi çalışıyor gibi görünse de hala güvene dayalı bir model olmanın zayıflığı da söz konusu. Söz konusu finansal kurumlar ihtilaflarda arabuluculuktan kaçamadıklarından tamamen geri dönüşü yer almayan uygulamalar şimdilik mümkün değil. Öte yandan arabuluculuk hizmetinin maliyetleri işlem maliyetlerini yükseltir ve mümkün olan en küçük işlem miktarını sınırladığı için küçük ödeme işlemlerinin yapılamasına neden olur, bunun yanında geri döndürülemeyen hizmetler için geri döndürülemeyen ödeme alma durumunun olmaması da oldukça pahalıdır. İşlemi geri döndürme fırsatı, birlikte güvenme ihtiyacını da sağlar. Satış yapanlar, kullanıcılara şüpheyle bakmalı ve başka bir durumda ihtiyaç duyulabilecek bilgiden fazlasını vermeleri için baskı yaparlar. Bu durumda dolandırıcılık kaçınılmaz hale gelir. Bu belirsizlikler ve maliyetler yüz yüze alışverişte fiziksel para kullanımıyla giderilebilir ancak güven duyulan bir üçüncü taraf olmadan bir iletişim kanalı üzerinden ödeme yapılabilecek bir mekanizma bulunmamaktadır. Güven yerine kriptografik kanıta dayalı, iki tarafın üçüncü bir güvenilir kişiye gerek duymadan doğrudan birbirleriyle işlem yapabileceği bir online elektronik ödeme sistemidir. Geri dönülmesi imkansız olan sistemler dolandırıcılardan satıcıları korumaz. Alıcıları koruyan emanetçi bir sisteme ihtiyaç duyulur. Bu makalede eşten-eşe dağılmış bir zaman damgası sunucusunun işlemlerin tarihsel sırasını hesaba dayalı olarak kanıtlamasını kullanarak mükerrer harcama sorununu çözüyoruz. Sistem topluca saldırgan düğümlerden daha fazla CPU gücünü bulundurduğu sürece her zaman güvenlidir.
2-İŞLEMLER
İnternet ortamında elektronik parayı bir dijital imza zinciri şeklinde tanımlıyoruz. Paranın yer değişikliği sırasında her kişi parayı bir sonrakine yollarken kendi dijital imzasıyla bir önceki işlemin özetini (hash) ve bir sonraki kişinin açık anahtarını imzalar ve bu imzayı ödeme miktarının en sonuna kaydeder. Ödeme alan sahiplik zincirini doğrulamak için imzaları teyit edebilir.
3. ZAMAN DAMGASI SUNUCUSU
Bu çözüm bir zaman damgası sunucusuyla birlikte başlıyor. Bir zaman damgası sunucusu damgalanmayı sağlayan bir işlem bloğunun özetini alarak bu özeti gazete, Usenet [2-5] gibi medya kanallarında yer alır.. Zaman damgası söz konusu mesaj yayınladığı zaman verinin özete geçmesinin, yani var olmasının ispatıdır. Her zaman damgası özetinin içinde bir önceki zaman damgasını barındırarak bir zincir oluşturur ve her eklenti öncekilerin güçlenmesine yardımcı olur.
4. İŞ KANITI
Eşten-eşe dağıtık bir zaman damgası sunucusu çözümü için gazete ya da Usenet kullanmaktansa Adam Back’ın Hashcash [6] sistemi gibi bir iş-kanıtı sistemine ihtiyaç oluyor. İş-kanıtının zemininde SHA-256 gibi bir özet fonksiyonunda özet çıktısının belli bir rakamı 0 bitiş ile başlamasını sağlayacak bir hedef değerin aranması yatar. Ortalama ihtiyaç olan iş yükü özette hedeflenen ve tek bir özet hesaplamasıyla kontrol edilebilen 0 bitlerinin rakamı ile üssel olarak orantılıdır. Zaman damgası ağımız için iş ispatı modelini, blok özeti istenen sayıda 0 biti ile başlayıncaya kadar bloğun içindeki bir hedef değerinin değiştirilmesi üzerine yapılandırıyoruz. İş ihtiyacını ispatlayacak şekilde CPU tüketimi gerçekleştikten sonra blok aynı işi tekrar etmeden değiştirmesi mümkün değildir. Zincire daha sonra eklenen bloklar öncekilere bağlı olduğu için bir bloğu güncellemek kendinden sonra gelen tüm blokları da tekrardan hesaplamakla gerçekleşecektir.
İş-kanıtı aynı zamanda çoğunluk kararının temsil edilmesi sorununu da çözer. Eğer çoğunluk kararı IP adreslerine dayanan bir sistemle hesaplanıyor olsaydı birçok IP adresine sahip olan kötü niyetli kişiler tarafından uygulamaya açık olurdu. İş-kanıtı yönteminde 1 CPU 1 Oya eşittir. Çoğunluk kararı en fazla iş kanıtının yapıldığı en uzun zincir tarafından gerçekleştirilir. CPU işlem gücünün çoğunluğu dürüst düğümlerin elindeyse dürüst zincir diğerlerinden daha uzun olacak ve rakip zincirleri yok edecektir. Önceki bloklardan birini güncellemek ya da değiştirmek için saldırganın sonrasında gelen tüm bloklardaki işi tekrar etmesi ve dürüst düğümlerin yaptığı işi yakalayıp geçmesi önemlidir. Yeni bloklar dahil edildikçe daha yavaş bir saldırganın bunlara yetişme olasılığının üssel olarak azaldığını belirtiyoruz. Artan donanım hızlarına ve değişken aktif düğüm sayısına ayak uydurmak üzere iş-kanıtı zorluk seviyesi saatte ortalama blok hedefini tutturacak şekilde tekrar belirlenir. Eğer çok hızlı blok üretiliyorsa zorluk seviyesi de artacaktır.
5.AĞ
Ağı işletme adımları şunlardır:
1) Yeni işlemler tüm düğümlere yayılır.
2) Her bir düğüm yeni işlemleri bir blok içinde toplar.
3) Her bir düğüm kendi bloğu içinde bir iş-kanıtı bulmak için çalışır.
4) İş-kanıtını bulan düğüm bunu tüm diğer düğümlere yayar.
5) Diğer düğümler blok içindeki tüm işlemler geçerliyse ve daha önceden harcanmadıysa bloğu kabul ederler.
6) Düğümler bir sonraki bloğu uygulamak için çalıştıklarında önceki bloğun özetini de yeni bloğa dahil ederler ve bloğa kabul ettiklerini gösterirler. Düğümler en uzun zincirin doğru olduğu için uzatmaya çalışırlar. Şayet iki düğüm aynı sıradaki bloğun diğer versiyonlarını aynı zamanda bulup paylaşırsa bazı düğümler birini diğerinden önce alabilir. Düğümler ilk aldıkları bloğu doğru kabul ederler ve üzerinde çalışırlar ama diğer dalı daha fazla uzama ihtimaline karşılık gizlerler. Beraberlik bir sonraki iş-kanıtı olduğunda ve dallardan birisi daha uzadığında bozulmuş olacak, diğer dal üzerinde çalışan düğümler ise uzun tarafa yerleşeceklerdir. Yeni işlemlerin tüm düğümlere ulaşması gerekmez. Yeteri kadar düğüme ulaştıklarında çok geçmeden bir blokta yer alırlar. Öte yandan blok yayınları mesaj kayıplarına karşı etkisini gösterir. Eğer bir düğüm bir bloğu alamadıysa bir sonrakini aldığında kayıp olanı fark eder ve istekte bulunur.
6. TEŞVİK
Kuraldan dolayı bir bloktaki ilk işlem bu bloğu yaratanın sahip olacağı yeni bir parayı dolaşıma çıkardığı özel bir uygulamadır. Bu düğümlerin ağı desteklemeleri sağlanır. Bu süreçte para basacak merkezi bir kurum olmadığından paranın dolaşıma katılmasını da sağlar. Sabit bir miktardaki para miktarının sürekli dolaşıma girmesini altın madencilerinin piyasaya yeni altın sürmesine benzetebiliriz. Bizim durumumuzda tüketilen şey CPU işlem gücü ve elektriktir. Teşvik işlem ücretlerinden de elde edilebilir. Bir işlemin çıktısı girdilerinden küçükse, aradaki fark işlem ücreti olarak işlemi ihtiva eden bloğun teşvik miktarına eklenir. Önceden belirlenmiş bir miktar para tedavüle çıktıktan sonra teşvik tamamen işlem ücretinden elde edilir ve enflasyon sıfıra iner. Teşvik düğümlerin dürüst kalmalarını sağlar. Eğer açgözlü bir saldırgan bütün dürüst düğümlerden daha fazla işlem gücünü toplamayı başarabilirse bu gücü ödemelerini çalarak insanları dolandırmak için mi yoksa yeni para üretmek için mi kullanacağına karar vermelidir. Oyunu kurallarına uygun oynamayı daha karlı bulmalıdır. Sistemi kandırıp kendi zenginliğinin geçerliğini zedelemektense kurallara uymak ona herkesin toplamından daha fazla yeni para kazandıracaktır.
7. DİSK ALANINDAN TASARRUF
Bir paranın kullanıldığı son işlem yeteri kadar bloğun altında kaldığında öncesindeki harcama işlemleri saklama alanından tasarruf etmek üzere silinebilirler. Bloğun özetini bozmadan bunu sağlamak için işlemler bir Merkle ağacında [7][2][5] tutulur ve sadece kökü bloğun özetine dahil edilir. Eski bloklar ağaç dalları budanarak sıkıştırılabilir. Ara özetlerin saklanmasına gerek yoktur.
Bir blok başlığı işlemler hariç yaklaşık 80 bayt uzunluğundadır. Her 10 dakikada bir yeni blok üretildiğini varsayarsak 80 bayt * 6 * 24 * 365 = 4.2 MB / yıl eder. 2008 yılında tipik bilgisayar sistemlerinin 2GB RAM ile satıldığı ve Moore yasasına dayanarak senede 1.2GB büyüme öngörüsüyle, blok başlıkları hafızada tutulsa dahi saklama bir sorun olmayacaktır.
8. BASİTLEŞTİRİLMİŞ ÖDEME DOĞRULAMASI
Tam bir düğüm işletmeden de ödemeleri doğrulamak mümkündür. Kullanıcı sadece en uzun iş-kanıtı zincirine dahil olan blokların başlıklarının bir kopyasını saklamalıdır. En uzun zincire sahip olduğuna kanaat getirinceye kadar ağdaki düğümleri sorgulayarak bu başlıkları toplar ve işlemi damgalandığı bloğa bağlayan Merkle dalını elde eder. İşlemi kendisi doğrulayamaz ama zincirdeki bir yer ile ilişkilendirmekle bir ağ düğümünün kabul ettiğini görür. Ardından eklenen bloklar da ağın işlemi kabul ettiğini onaylarlar.
Bu sebeple, doğrulama dürüst düğümler ağ kontrolünü ellerinde bulundurdukları sürece güvenilirdir. Hesaplama gücünün çoğunluğu saldırganın elindeyse daha savunmasızdır. Ağ düğümleri işlemleri kendileri doğrulayabilirken basitleştirilmiş yöntem saldırganın ağa hakim olduğu süre boyunca ürettiği sahte işlemler ile kandırılabilir. Bu soruna karşı korunma stratejilerinden biri ağ düğümlerinin geçersiz bir bloğu farkettiklerinde alarm üreterek kullanıcıdan tüm bloğu ve şüpheli işlemleri yüklemesini istemesi olabilir. Sık ödeme alan işyerleri muhtemelen güvenliklerini sağlamada daha bağımsız olmak ve daha hızlı doğrulama yapabilmek için kendi ağ düğümlerini işletmek isteyeceklerdir.
9. DEĞERLERİ BİRLEŞTİRME VE BÖLME
Her bir parayı teker teker takip etmek mümkün olsa da havale edilecek her kuruş için ayrı ayrı işlem açmak pratik olmazdı. Değerin bölünebilmesi ve birleştirilebilmesi için işlemler birden fazla girdi ve çıktıdan oluşur. Genellikle ya önceki büyük bir işlemden gelen tek bir girdi ya da küçük miktarları birleştiren birden fazla girdi olur. En fazla da iki çıktı olur: Birisi ödeme tutarıdır, diğeri de, varsa, parayı gönderene geri dönen para üstüdür.
Unutulmamalıdır ki dallanma, yani her bir işlemin birçok işleme bağlı olması ve o işlemlerin de daha da fazla işleme bağlı olmaları burada bir sorun değildir. Hiçbir zaman işlem tarihçesinin tam bir kopyasını çıkartmaya ihtiyaç yoktur.
10. GİZLİLİK
Geleneksel bankacılık modeli bilgiye erişim yetkisini ilgili taraflar ve güvenilir bir üçüncü tarafla sınırlayarak bir noktaya kadar gizliliği sağlar. Tüm işlemlerin açık şekilde ilan edilmesi ihtiyacı bu yöntemi kullanışsız bırakır ancak bilgi akışını farklı bir noktadan keserek hala gizlilik sağlanabilir: Açık anahtarları isimsiz tutarak. Dışarıdan birisinin bir başkasına belli bir miktar gönderdiği izlenebilir fakat işlemi kimin yaptığı bilgisi yoktur. Bu borsaların işlemlerle ilgili açıkladıkları bilgi miktarına benzer. Tek tek her alış satış işleminin zamanı ve miktarı herkesin görebileceği şekilde ilan edilir fakat tarafların kimlikleri gizlidir. İlave bir bariyer olarak, açık anahtarın sahibi ile ilişkisini gizlemek için her işlemde yeni bir anahtar çifti kullanılmalıdır.
Çok girdili işlemlerde bir miktar ilişkilendirme kaçınılmazdır ve işlemin girdilerinin aynı kişiye ait olduğunu açığa çıkarırlar. Korkulan olay anahtarın sahibinin belli olması durumunda aynı kişiye ait diğer işlemlerin de açığa çıkmasıdır. Dürüst zincirden daha hızlı şekilde alternatif bir zincir oluşturmaya çalışan saldırganın senaryosunu ele alalım. Eğer bunu başarabilse bile bu olay sistemi yoktan para var etmek, veya hiç sahip olmadığı bir parayı elde etmek gibi keyfi değişikliklere karşı savunmasız hale getirmez. Düğümler geçersiz bir işlemi ödeme olarak kabul etmeyeceklerdir. Dürüst düğümler de bu işlemleri barındıran blokları asla kabul etmeyeceklerdir. Bir saldırgan sadece kendi işlemlerinden birini değiştirerek yakın zamanda harcadığı parayı geri almayı deneyebilir. Dürüst zincir ile saldırgan arasındaki yarışı Binom Rastgele Yürüyüş şeklinde tarif etmek mümkündür. Başarma durumu dürüst zincirin bir blok uzamasıdır ve +1 puan öne geçirir. Başarısızlık durumu da saldırganın zincirini bir blok uzatmasıdır ve aradaki farkı -1 puan kadar azaltır. Saldırganın belirli bir gecikme farkını kapatabilme olasılığını Kumarbazın İflası problemine benzetebiliriz. Sınırsız krediye sahip bir kumarbazın bir borç ile oyuna başladığını ve başa baş noktasına gelebilmek için sonsuz sayıda deneme yapabileceğini kabul edelim. Kumarbazın beraberliğe ulaşma olasılığını veya saldırganın dürüst zinciri yakalama olasılığını şöyle hesaplayabiliriz
11. HESAPLAMALAR
p = dürüst bir düğümün sıradaki bloğu bulma olasılığı
q = saldırganın sıradaki bloğu bulma olasılığı
qz = saldırganın z blok geriden gelerek beraberliği yakalama olasılığı
p > q varsayımıyla, saldırganın yakalamak zorunda kaldığı blok sayısı arttıkça olasılık üssel olarak azalır. Kendi aleyhine işleyen olasılıklar karşısında eğer en başlarda şanslı bir dizi hamle yapamazsa daha da geride kaldıkça kazanma ihtimali neredeyse tamamen azalır. Şimdi de yeni bir işlemdeki alacaklının, gönderenin işlemi değiştiremeyeceğinden emin olana dek ne kadar beklemesi gerektiğini ele alalım. Gönderenin alıcıyı para ödediğine bir süreliğine inandırmak isteyen ve bir süre sonra işlemi paranın kendisine geri dönmesi için değiştirmeyi planlayan bir saldırgan olduğunu kabul ediyoruz. Bu olay olduğunda alıcı haberdar olacaktır. Ama saldırgan bunun için çok geç olmasını umar. Alıcı yeni bir çift anahtar üreterek açık anahtarı imzalamadan hemen önce gönderene iletir. Bu şekilde göndericinin daha önce bir blok zinciri hazırlaması ve üzerinde çalışarak öne geçtiği şanslı anında işlemi gerçekleştirmesi engellenmiş olur. İşlem gönderildiğinde kötü niyetli gönderici gizlice işlemin farklı bir versiyonunu içeren paralel bir zincir üretmek için çalışmaya koyulur. Alıcı işlemin bir bloğa eklenmesini ve ardından bloğa z blok daha bağlanmasını bekler. Saldırganın tam olarak ne kadar ilerleme kaydedebildiğini bilmiyordur ama dürüst blokların ortalama beklenen zamanda üretildiklerini kabul edersek saldırganın potansiyel ilerleme miktarı beklenen değere göre Poisson dağılımı olur:
Saldırganın hala yetişebilme ihtimalini hesaplamak için her ilerleme miktarının Poisson yoğunluğunu bu noktadan itibaren yetişebilme olasılığı ile çarpıyoruz:
Sonsuz dağılım kuyruğunun toplamını almaktan kaçınmak için tekrar düzenliyoruz.
C koduna dönüştürürsek …
Birkaç denemenin sonunda gözlemliyoruz ki olasılık z ye bağlı olarak katlanarak azalıyor:
P yi %0.1 den küçük değerler için çözdüğümüzde…
12. SONUÇ
Güvene dayalı olmayan bir e-transfer sistemi önerdik. Dijital imzalardan oluşan basit bir para sistemi modeliyle başladık. Bu sistem sahipliği düzgün bir şekilde kontrol edebiliyordu, fakat çifte harcama problemini engellemediği için de eksikti. Bunu çözmek amacıyla iş kanıtını işlem tarihçesini kaydetmek için kullanan eşten-eşe bir ağ önerdik. Bu tarihçeyi bir saldırganın değiştirmesi işlem gücünün çoğunluğu dürüst düğümlerde olduğu sürece neredeyse imkansızdır. Ağ kendi yapılandırılmamış basitliği içinde sağlamdır. Düğümler aynı anda çok az eşgüdüm ile çalışır. Kimlik doğrulamasına gerek yoktur çünkü mesajlar belirli bir yere doğru yönlendirmezler ve sadece diğer düğümlerin ellerinden geldiğince dağıtılır. Düğümler dilediklerinde ağdan ayrılabilirler ve tekrar katılabilirler. İş kanıtı zincirini kendileri ağda yokken olan bitenin kanıtı olarak kabul ederler. İşlem güçleri oranında oy kullanırlar, geçerli bloklar üzerinde çalışarak ve uzamalarını sağlayarak kabul ettiklerini, üzerinde çalışmayarak da reddettiklerini ifade etmiş olurlar. İhtiyaç duyulan tüm kurallar ve teşvikler bu uzlaşma mekanizması ile empoze edilebilir
ÖNEMLİ UYARI: Bu yazıda Bitcoin makalesine ilişkin bilgiler verilmiştir. Yatırım tavsiyesi değildir..
