Wat is een blockchain en hoe werkt het?

Wat is een blockchain?

Blockchain is een technologie die bestaat uit een digitale database (ook wel public ledger genoemd) waarin transacties worden vastgelegd. Deze database is in de meeste gevallen openbaar (open-source) en wordt onderhouden door een netwerk van computers over de hele wereld. Een blockchain netwerk is dus meestal decentraal van aard.

Een blockchain bestaat uit blokken (blocks) waarin transacties worden opgeslagen. Elk blok wordt chronologisch gekoppeld aan het vorige blok, waardoor een keten (chain) ontstaat: de blockchain. Een nieuw blok bevat de meest recente transacties en een verwijzing naar het vorige blok. Zodra er consensus is bereikt over de geldigheid van de transacties, wordt het blok toegevoegd aan de keten en daarmee aan het netwerk.

Alles wat op de blockchain gebeurt, is onveranderbaar. Dit betekent dat alle informatie die binnen een blok is verwerkt, niet kan worden aangepast of verwijderd.

Voorbeeld: Je kunt de blockchain vergelijken met de ketting van een anker. Elk blok (block) bevat informatie over transacties. Volg je de ketting naar beneden, dan kun je alle schakels (blokken) met daarin de transactiegeschiedenis inzien. Dit betekent dat je altijd kunt zien hoeveel en welke transacties er zijn uitgevoerd, vanaf de eerste tot de meest recente. Dankzij deze structuur kunnen pogingen om informatie te manipuleren worden gedetecteerd en verworpen door het netwerk. Dit maakt blockchaintechnologie betrouwbaar en maakt het mogelijk om transacties veilig uit te voeren.

---

Korte samenvatting

• Blockchain is een gedecentraliseerd en onveranderlijk digitaal grootboek waarin transacties worden vastgelegd in blokken die cryptografisch aan elkaar gekoppeld zijn.
• Cryptocurrencies draaien op blockchains en maken gebruik van de onderliggende technologie voor transactieverwerking en beveiliging.
• Transacties worden geverifieerd via consensusmechanismen, zoals Proof of Work (PoW) of Proof of Stake (PoS).
• Blockchain biedt veiligheid door cryptografie, decentralisatie, transparantie en immutabiliteit, waardoor manipulatie van gegevens vrijwel onmogelijk is.
• De technologie kent zowel voordelen als nadelen: het is veilig, transparant en toegankelijk, maar kan ook energie-intensief zijn en schaalbaarheidsproblemen hebben.

---

Zijn cryptocurrencies blockchains?

Cryptocurrencies zijn geen blockchains. Cryptocurrencies zoals BTC en Ether zijn digitale valuta (coins) die functioneren op een blockchain, zoals het Bitcoin en Ethereum netwerk. Ze worden uitgegeven en beheerd binnen een blockchainnetwerk. De blockchain fungeert als het onderliggende systeem waarop transacties worden verwerkt en vastgelegd.

Cryptocurrencies maken gebruik van de veiligheid, transparantie en betrouwbaarheid van de blockchain. Wanneer je een transactie uitvoert met een cryptocurrency, wordt deze transactie geverifieerd door het netwerk en vervolgens opgeslagen op het gedistribueerde grootboek van de blockchain.

Hoe werkt een blockchain?

Een blockchain werkt als een gedistribueerd grootboek dat wordt gedeeld over een netwerk van computers (nodes). Op de blockchain wordt iedere transactie of stuk informatie vastgelegd. Dit gebeurt op een veilige, transparante en onveranderlijke manier. Hier is hoe het proces stap voor stap werkt:

1. Een transactie wordt aangemaakt

Het begint met het aanmaken van een nieuwe transactie. Stel, je wilt Bitcoin naar iemand anders sturen. Je maakt de transactie aan door vanuit je eigen cryptowallet Bitcoin naar het walletadres van de ontvanger te sturen. De transactie bevat de volgende informatie:

• Het walletadres van de verzender (publieke sleutel van de verzender)
• Het walletadres van de ontvanger (publieke sleutel van de ontvanger)
• Het bedrag dat je wilt versturen
• Eventuele extra gegevens (bijvoorbeeld een memo)

Tijdens het aanmaken van een transactie moet er ook een service fee worden betaald. Dit is een vergoeding die de nodes ontvangen voor het valideren en verwerken van de transacties.

2. De transactie wordt verzonden naar het netwerk

Nadat de transactie is aangemaakt, wordt deze verzonden naar het volledige peer-to-peer netwerk van nodes. Elke node ontvangt dezelfde informatie.

3. Verificatie van de transactie

De volgende stap is het verificatieproces. Tijdens dit proces wordt gecontroleerd of de transactie legitiem is door het netwerk van computers (nodes). Het validatieproces varieert per blockchain en hangt af van het consensusmechanisme dat wordt gebruikt. De bekendste consensus algoritmes zijn:

• Proof of Work (PoW): Bij Proof of Work wordt computerkracht gebruikt om cryptografische puzzels op te lossen. Het bekendste voorbeeld is de Bitcoin blockchain.
• Proof of Stake (PoS): Bij Proof of Stake worden coins vastgezet door validators, die deze gebruiken om transacties te valideren. Dit is een energie-efficiënter proces dan PoW. Voorbeelden van blockchains die PoS gebruiken zijn Ethereum en Cardano.

4. Transacties worden gegroepeerd in een block

Nadat de transacties zijn geverifieerd, worden ze samengevoegd in een block. Dit block wordt vervolgens toegevoegd aan de blockchain door een node (miner bij PoW, validator bij PoS).

5. Het block wordt toegevoegd aan de blockchain

Het nieuwe block wordt toegevoegd aan de blockchain door de node (miner of validator). Het block bevat een verwijzing naar het vorige block (de 'hash' ervan), waardoor de blokken met elkaar verbonden blijven in een keten. Nadat het blok is toegevoegd, is het onveranderbaar, wat betekent dat de gegevens uit het verleden niet kunnen worden gewijzigd.

6. Bevestiging van het block

Na toevoeging van het block wordt de bijgewerkte blockchain direct gedeeld met alle nodes in het netwerk. Iedereen heeft zo dezelfde versie van het grootboek. Zodra het block waarin de transactie is opgenomen, is bevestigd door het netwerk, wordt de betaling als definitief beschouwd.

Voorbeeld: Stel, je wilt een brief versturen naar een vriend. Je schrijft de brief en stopt deze in een envelop. Op de envelop zet je jouw eigen adres (jouw walletadres) als afzender, en het adres van de ontvanger (walletadres van je vriend) als geadresseerde. Vervolgens breng je de brief naar het postkantoor (het netwerk van nodes). Daar controleren ze of alles klopt en of er geen corrupte inhoud in je brief zit (de legitimiteit van de transactie).

Zodra de brief is goedgekeurd, wordt deze samen met andere gecontroleerde brieven in een postzak gestopt (een block met meerdere transacties). Aan deze postzak wordt een uniek nummer gekoppeld (bijvoorbeeld bloknummer #840.000). Dit zorgt ervoor dat iedereen later kan terugzien wanneer de postzak is verstuurd en welke brieven erin zaten.

Als de brief eenmaal is bezorgd, staat die levering voorgoed vast in het systeem: niemand kan de inhoud veranderen of ontkennen dat de brief is verstuurd.

Wat is het grootste voordeel van blockchains?

Het grootste voordeel van blockchain-technologie is dat het de noodzaak van een tussenpersoon, zoals gecentraliseerde partijen (bijvoorbeeld banken), wegneemt. Blockchains stellen gebruikers in staat om direct, zonder een centrale autoriteit, transacties uit te voeren of andere data te delen.

Wat maakt een blockchain veilig?

Blockchain-technologie wordt als zeer veilig beschouwd. Maar waarom is dit zo? Dit komt door de combinatie van onder andere cryptografie, decentralisatie, transparantie en immutabiliteit:

1. Cryptografie

Gegevens en transacties die op de blockchain worden opgeslagen, worden versleuteld met cryptografische algoritmes. Dankzij cryptografie wordt informatie beschermd door het gebruik van geheime codes die alleen door mensen met de juiste sleutels kunnen worden gelezen. De informatie is onveranderbaar, en elke transactie moet digitaal worden ondertekend voordat deze in een block wordt opgenomen. Elk block bevat bovendien een unieke cryptografische hash die de inhoud van het block samenvat en beveiligt.

Dankzij de hash wordt elke poging tot wijziging direct zichtbaar, aangezien zelfs de kleinste aanpassing in de gegevens leidt tot een volledig andere hash. Dit zorgt ervoor dat de blockchain veilig en betrouwbaar blijft.

2. Ketenstructuur

Mocht een hacker het toch voor elkaar krijgen om veranderingen aan te brengen in een block, dan zou dat betekenen dat alle volgende blokken ongeldig worden verklaard. Een hacker zou dan in theorie ook alle volgende blokken moeten aanpassen. Dit wordt in de praktijk als vrijwel onmogelijk beschouwd, vooral op grote netwerken, aangezien hier veel nodes actief zijn die samenwerken om de blockchain te beveiligen.

3. Decentralisatie

Dankzij het gebruik van duizenden tot miljoenen verschillende nodes over de hele wereld is een blockchain decentraal, wat betekent dat er geen centrale entiteit is die controle heeft over het netwerk. Gegevens worden in een decentrale omgeving opgeslagen, wat betekent dat de gegevens niet bij een centrale autoriteit liggen. In plaats daarvan heeft een blockchain meerdere knooppunten (computers) die allemaal een exacte kopie van de database bevatten. Deze knooppunten worden 'nodes' genoemd.

In tegenstelling tot gecentraliseerde databases ligt het toezicht bij de gebruikers van de blockchain. Gebruikers (nodes) zijn verantwoordelijk voor het opslaan van nieuwe transacties in de database. Om de veiligheid te garanderen, moeten meerdere nodes het eens zijn over de geldigheid van de transactie voordat deze wordt uitgevoerd.

4. Consensusmechanismen

Het toevoegen van nieuwe blokken aan de blockchain gebeurt met behulp van consensusmechanismen. Iedere blockchain gebruikt een eigen consensusmechanisme met bijbehorende algoritmes. Afhankelijk van de blockchain gelden er verschillende regels, maar bij de meeste blockchains geldt dat minimaal 50% van de nodes een block moet accepteren voordat deze wordt toegevoegd. Op deze manier worden corrupte blokken die frauduleuze informatie bevatten geweigerd. Dit betekent dat kwaadwillenden bij de meeste blockchains minimaal 51% van de nodes moeten beheersen om kwaad te doen, wat bekend staat als een 51%-aanval.

5. Transparantie

De meeste publieke blockchains zijn open-source, wat betekent dat zowel de broncode als de transactiedata transparant en voor iedereen inzichtelijk is. Alle transacties die gedaan zijn, zijn te traceren en kunnen niet worden gemanipuleerd. Op zogeheten blockexplorers kunnen gebruikers alle blockinformatie van een specifieke blockchain inzien.

6. Immutabiliteit

Zodra gegevens eenmaal zijn vastgelegd op de blockchain, is het vrijwel niet meer mogelijk om gegevens aan te passen of te verwijderen. Dit wordt immutabiliteit genoemd en is een van de belangrijkste beveiligingskenmerken van blockchain-technologie.

Wil je toch veranderingen doorvoeren aan een block, dan moet je consensus bereiken binnen het netwerk. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren tijdens een 'hard fork' (een splitsing van de blockchain), zoals in het verleden het geval was na de DAO-hack op het Ethereum-netwerk. Destijds werd een nieuwe versie van de blockchain gecreëerd, waarin het corrupte block werd overschreven en er verder werd gegaan op de nieuwe splitsing. Dit is Ethereum zoals wij die nu kennen. Ook is de 'oude' blockchain verder gegaan als Ethereum Classic.

Welke typen blockchains zijn er?

Er zijn verschillende typen blockchains waar ontwikkelaars gebruik van kunnen maken, namelijk publieke blockchains, semi-private blockchains, private blockchains en consortium blockchains:

1. Publieke blockchains
   Dit is de blockchain zoals wij die kennen. Alle publieke blockchains maken gebruik van dit type, zoals Bitcoin en Ethereum. Iedereen kan de gegevens op deze blockchain inzien en deelnemen aan het netwerk zonder goedkeuring van iemand anders, en zonder dit ten koste te laten gaan van hun anonimiteit. Publieke blockchains zijn volledig open en gedecentraliseerd, wat betekent dat er geen centrale autoriteit is die het netwerk beheert.

2. Semi-private blockchains
   Bij een semi-private blockchain ligt de controle bij één bedrijf of organisatie. Dit betekent dat het systeem meer gecentraliseerd is dan een publieke blockchain. Het bedrijf of de organisatie heeft de macht om gebruikers toe te voegen aan het netwerk, maar ook om gebruikers te weigeren. Deze blockchain is dus niet volledig decentraal, maar biedt wel een gecontroleerde toegang voor specifieke deelnemers. Semi-private blockchains kunnen aantrekkelijk zijn voor bedrijfs- en overheidsapplicaties waar enige mate van controle gewenst is.

3. Private blockchains
   Private blockchains zijn volledig gecentraliseerd. Slechts één partij kan de gegevens lezen, transacties uitvoeren en deelnemen aan het netwerk. Dit maakt private blockchains minder geschikt voor toepassingen die transparantie en decentralisatie vereisen, maar juist handig voor bedrijven die een gesloten en gecontroleerde omgeving nodig hebben voor hun transacties.

4. Consortium blockchains
   Het consortiummodel is momenteel de populairste blockchainoplossing onder bedrijven. In dit type netwerk wordt het consensusproces beheerd door een vooraf bepaalde groep deelnemers, zoals een samenwerkingsverband van bedrijven of instellingen. Afhankelijk van de opzet kan het netwerk zo worden ingericht dat alleen deze partijen transacties mogen indienen en de gegevens mogen inzien. Dit maakt consortiumblockchains bijzonder geschikt voor toepassingen in de zakelijke en institutionele sector, waar samenwerking, controle en privacy essentieel zijn.

Energieverbruik van blockchaintechnologie

Het energieverbruik van blockchaintechnologie is een veelbesproken onderwerp. Vaak worden cryptocurrencies, en dan met name Bitcoin, geassocieerd met hoog energieverbruik en wordt het als milieubelastend beschouwd. Dit komt doordat Bitcoin en sommige andere blockchains, zoals Dogecoin, gebruik maken van Proof-of-Work. Bij dit consensusmechanisme worden duizenden computers wereldwijd ingezet voor het oplossen van complexe cryptografische puzzels. Dit vereist veel rekenkracht en dus veel energie. Dit proces wordt mining genoemd. Ter vergelijking zou het stroomverbruik van Bitcoin volgens verschillende bronnen vergelijkbaar zijn met dat van Polen.

Mede dankzij deze zorgen zijn er andere blockchains ontwikkeld en is Proof-of-Stake geïntroduceerd. Hierbij hoeven computers geen ingewikkelde puzzels op te lossen. In plaats daarvan worden transacties gevalideerd door mensen die hun crypto tijdelijk ‘vastzetten’ als onderpand. Dit vergt nauwelijks extra rekenkracht en dus veel minder elektriciteit. De bekendste voorbeelden van blockchains die Proof-of-Stake gebruiken zijn Ethereum en Cardano.

Schaalbaarheid van blockchains

Met schaalbaarheid bedoelen we de snelheid waarmee blockchains een groot aantal transacties veilig en efficiënt kunnen verwerken. Hoe drukker het netwerk, hoe meer het onder druk komt te staan. Dit heeft ertoe geleid dat populaire blockchains zoals Bitcoin en Ethereum veel kritiek krijgen tijdens drukke periodes. Beide blockchains werken door elke transactie door het hele netwerk te laten valideren. Dit zorgt ervoor dat de netwerken slechts een beperkt aantal transacties per seconde kunnen verwerken. In drukke periodes leidt dit tot vertragingen en hoge transactiekosten.

Aangezien Bitcoin is ontwikkeld als een vervanger voor het traditionele monetaire systeem, zijn de schaalbaarheidsproblemen een uitdaging. Het Bitcoinnetwerk verwerkt ongeveer 7 transacties per seconde, terwijl systemen zoals Visa duizenden transacties per seconde aankunnen.

Om dit probleem aan te pakken, zijn er verschillende oplossingen ontwikkeld, zoals oplossingen die Bitcoin en Ethereum schaalbaarder maken, maar ook nieuwe blockchains die van nature schaalbaarder zijn:

• Layer 2-oplossingen (zoals het Bitcoin Lightning Network): Layer-2-oplossingen stellen netwerken in staat om transacties buiten de mainnet (hoofdketen) uit te voeren en deze gebundeld te laten valideren.
• Sharding: Sharding is een techniek waarbij een blockchain-netwerk wordt opgedeeld in parallel werkende chains. Hierdoor kunnen transacties tegelijkertijd en naast elkaar worden uitgevoerd, wat de efficiëntie en snelheid drastisch verhoogt.
• Nieuwe consensusmechanismen: Zoals Solana's Proof of History en innovatieve Proof-of-Stake-algoritmes zoals Avalanche.

Voor- en nadelen van blockchaintechnologie

Blockchains kennen zowel voordelen als nadelen. In onderstaande tabel staan de belangrijkste punten overzichtelijk op een rij:

Voordelen	Nadelen
Gedecentraliseerd: Geen enkele partij heeft controle over het netwerk. De controle ligt verspreid bij duizenden nodes wereldwijd.	Energieverbruik: Netwerken zoals Bitcoin verbruiken veel elektriciteit door het gebruik van Proof of Work.
Transparant: Alle transacties zijn openbaar en inzichtelijk via blockexplorers. Dit maakt manipulatie of fraude vrijwel onmogelijk.	Schaalbaarheidsproblemen: Naarmate blockchains populairder worden, kunnen transacties trager en duurder worden.
Veilig: Door het gebruik van cryptografie zijn gegevens goed beveiligd en moeilijk te vervalsen.	Onomkeerbaarheid: Transacties kunnen bij fraude of fouten niet zomaar worden teruggedraaid. Bij grootschalige fraude zou eventueel een hard fork mogelijk zijn.
Toegankelijk: Iedereen met een internetverbinding kan deelnemen aan het netwerk.	-

Wie heeft blockchain uitgevonden?

Veel mensen denken dat blockchaintechnologie is ontstaan tijdens de ontwikkeling van Bitcoin door Satoshi Nakamoto. Hoewel Nakamoto een cruciale rol speelde in de toepassing van blockchain, gaat de oorsprong van de technologie verder terug.

De basis voor blockchain werd al gelegd in 1983 door de Amerikaanse computerwetenschapper David Chaum, die onderzoek deed naar 'blind signatures', een techniek voor het ondertekenen van gegevens zonder de inhoud te onthullen. Deze techniek vormde de fundering voor privacygerichte digitale transacties.

In 1991 ontwikkelden de wiskundigen Stuart Haber en W. Scott Stornetta een methode om digitale documenten van een betrouwbare tijdstempel te voorzien. Hiermee wilden ze voorkomen dat documenten achteraf ongemerkt konden worden gewijzigd. Een jaar later voegden zij een datastructuur toe waarin documenten in een keten werden opgeslagen: een vroege versie van wat we nu kennen als een blockchain.

Pas in 2008 kreeg blockchain bredere bekendheid toen Satoshi Nakamoto de whitepaper publiceerde voor Bitcoin. Hierin werd blockchaintechnologie voor het eerst succesvol toegepast als een openbaar en gedecentraliseerd grootboek om digitale valuta zonder tussenkomst van banken te versturen. Deze toepassing was revolutionair, omdat het de technologie combineerde met economische prikkels en cryptografie in een werkend systeem.

Hoewel Satoshi Nakamoto dus niet de uitvinder is van blockchain als concept, wordt hij wel gezien als de grondlegger van de moderne blockchaintechnologie, zoals die nu wordt toegepast in cryptocurrencies.

Conclusie

Blockchaintechnologie is een innovatieve manier om gegevens veilig, transparant en onveranderlijk vast te leggen zonder tussenkomst van centrale partijen. De technologie maakt gebruik van cryptografie, decentralisatie en consensusmechanismen om vertrouwen binnen netwerken te waarborgen. Hoewel blockchains uitdagingen kennen zoals energieverbruik en schaalbaarheid, bieden ze veelbelovende toepassingen voor zowel financiële als niet-financiële sectoren. Dankzij voortdurende ontwikkeling van nieuwe en efficiëntere validatiemethoden blijft de technologie zich snel ontwikkelen.