Tässä luvussa käsitellään lohkoketjuteknologiaa ilmiönä yleisesti ja tutkitaan sen ra-kennetta. Alaluvussa 3.1 määritellään lohkoketjuteknologia ja esitellään sen ominaisuuksia. Seuraavassa alaluvussa 3.2 käsitellään lohkoketjuteknologian käyttöä fi-nanssialan ulkopuolella ja alaluvussa 3.3 esitellään Bitcoinin lohkoketjuteknologiaa.
Viimeisessä alaluvussa 3.4 esitellään Bitcoinin haasteita yleisellä tasolla. Luvun tarkoitus on saada lukijalle ymmärrys tutkimuksen kannalta oleellisista perusteista, jotta tutkimuksessa tehtyjä havaintoja ja tuloksia on helpompi ymmärtää.
3.1 Lohkoketjuteknologian määritelmä ja sen ominaisuudet
Lohkoketjuteknologia on nykypäivänä saavuttanut suuren yleisön huomion kryptovaluut-tojen suuren arvonnousun ja sitä seuranneen kohun kautta. Alkujaan lohkoketjuteknolo-gia esiteltiin jo kauan sitten Haberin ja Stornettan (2001) toimesta, mutta sai vasta kauan myöhemmin ensimmäisen merkittävän käyttökohteensa Satoshi Nakamoton kehit-tämässä kryptovaluutta Bitcoinissa (Nakamoto, 2008). Lohkoketjuteknologia toimii kryp-tovaluuttojen taustalla pitäen huolta esimerkiksi niiden oikeellisuudesta ja toimii ilman kolmannen osapuolen tarvetta. Lohkoketju tarjoaa ratkaisuja moniin digitalisen maail-man haasteisiin sen lukemattomien käyttömahdollisuuksien vuoksi. Tässä alaluvussa tullaan pintapuolisesti selittämään lohkoketjun rakenne ja sen toiminta teknisestä näkökulmasta.
Tiivistetysti lohkoketjuteknologia toimii vertaisverkon ylläpitämänä hajautettuna tietokan-tana, jonka sisältöä ei voi poistaa tai muuttaa (Strawn, 2019). Tarkemmin kuvattuna lohkoketju koostuu lohkoista, jotka sisältävät dataa. Nämä lohkot ovat ketjuuntuneet toisiinsa ja uudet lohkot tulevat kiinni edelliseen lohkoon. Tällä tavalla lohkoketju sisältää täyden tilikirjan aikaisempien transaktioiden historiasta. Tämän logiikan avulla ketjun paikkaansa pitävyys voidaan todentaa aina ensimmäiseen lohkoon (engl. Genesis block) saakka. (Nofer et al., 2017)
Kuva 2. Lohkoketjun rakenne, mukaillen (Zheng et al., 2018).
Yläpuolella oleva kuva 2 on tarkoitettu havainnollistamaan lohkoketjun rakennetta. Kuten kuvasta 2 näkyy, niin jokainen lohko sisältää aikaleiman, n määrän transaktioita, lohkolle yksilöllisen tiivisteen ja edellisen lohkon tiivisteen. Lohkossa olevien transaktioiden määrä vaihtelee lohkoketjuilla ja riippuvat pitkälti lohkokoista ja transaktioiden koista (Zheng et al., 2018). Transaktiot ovat uniikkeja jokaisessa lohkossa ja Bitcoinilla mar-raskuussa 2021 yksi lohko sisälsi keskiarvolta noin 1800 transaktiota (Blockchain.com, 2021). Transaktiot ovat käytännössä muotoa: Bitcoin lompakon osoitteesta A lähetetään X määrä Bitcoineja osoitteeseen B.
Bitcoinin sääntöjen mukaan uusi lohko louhitaan aina noin 10 minuutin välein, ja se si-sältää siihen mennessä tehtyjen transaktioiden tiedot. Ennen uuden lohkon kiinnittymistä perään, vertaisverkossa olevat solmut vahvistavat lohkot kryptografian avulla. Hyväksy-minen tapahtuu siten, että yli puolet vertaisverkossa kiinni olevista solmuista hyväksyvät transaktion. (Crosby et al., 2016) Tämän jälkeen todiste tapahtuneesta transaktiosta tal-lentuu hajautetuille solmuille turvallisuuden vuoksi. Tämä kaikki tapahtuu ilman kol-mannen osapuolen tarvetta, ja solmut valvovat transaktioiden oikeellisuutta lohkoketjun konsensussääntöjen mukaisesti. (Saberi et al., 2019)
3.2 Lohkoketjuteknologian käyttö finanssialan ulkopuolella
Lohkoketju on jatkuvasti kasvava ja nopeasti levittyvä teknologia tietotekniikan alalla (Kakkar et al., 2021). Nykyään lohkoketjuteknologiaa on alettu soveltamaan myös paljon muualla, esimerkiksi vakuutuksissa (Brophy, 2020), äänestämisessä (Larriba et al., 2021), toimitusketjuissa (Bhadoria et al., 2020; Saberi et al., 2019; Song et al., 2019) ja jopa ilmastonsuojelussa (Dorfleitner et al., 2021). Pääosin lohkoketjuteknologiaa
hyödynnetään vielä toistaiseksi kryptovaluutoissa ja muissa finanssialan sovelluksissa.
Merkittävimmät alat finanssialan ulkopuolella, joilla lohkoketjuteknologian sovelluksia odotetaan nähtävän liittyvät esineiden internettiin (IoT), energiaan, terveydenhuoltoon ja hallintoon (Abou Jaoude ja Saade, 2019). Tässä alaluvussa keskitytään Abou Jaouden ja Saaden (2019) mielestä kahteen merkittävimpään niistä eli esineiden internettiin ja energiaan sekä yhteen Crosby et al. (2016) uskomaan sovelluskohteeseen, joka on jul-kisena notaarina toimiminen.
Esineiden internetin alalla on ollut nykyteknologialla useita haasteita esimerkiksi kapa-siteetti rajoituksien, puutteellisen arkkitehtuurin, pilvipalveluista riippuvuuden ja manipu-laation herkkyyden vuoksi (Kshetri, 2017). Esineiden internetissä esimerkiksi te-ollisuuslaitteet ovat yhteydessä toisiinsa ja varsinkin teollisuudessa laitteiden keräämän datan perusteella pyritään optimoimaan niiden toimintaa. Lohkoketjuteknologia pystyy ratkaisemaan lukuisia ongelmia, joista muutamia ovat esimerkiksi transaktio datan tal-lentaminen lohkoihin ja kattavamman turvallisuuden tarjoaminen (Lao et al., 2020). Esin-eiden internetin ala olikin Abou Jaouden ja Saaden (2019) tutkimuksen mukaan mer-kittävin tulevaisuuden käyttökohde lohkoketjuteknologian sovelluksille.
Toinen ala, jonka uskotaan olevan yksi merkittävimmistä lohkoketjuteknologian sovelluk-sien kohteista, on energia (Abou Jaoude ja Saade, 2019). Energia lohkoketjun eli ener-giasektorilla käytettävän lohkoketjuteknologian sovelluksen uskotaan sen potentiaaliin luoda hajautettu, digitaalinen ja hiiletön energianhallinta systeemi (Teng et al., 2021).
Vielä tällä hetkellä kryptovaluutat tuottavat massiivisia määriä päästöjä louhimisen muodossa maailmaan (Li et al., 2019), mutta tässä kontekstissa lohkoketjuilla on täysin eri toimintaperiaate ja -tarkoitus kuin kryptovaluutoilla. Lohkoketjuteknologian sovellus-kohteeksi energia-alalla on ehdotettu täysin julkista ja hajautettua lähestymistä energian kaupankäyntiin. Energiaa tarjoavan jakajan näkökulmasta tämä tulisi vielä nykyisellä tutkimuksella todella kalliiksi, mutta asiaa ollaan jatkotutkimassa tulevaisuuden mer-kittävänä käyttökohteena. (Yagmur et al., 2021)
Lohkoketjuteknologia keksittiin alun perin dokumenttien luomis- ja muokkauspäivämää-rän seuraamista varten (Haber ja Stornetta, 2001) ja Crosby et al. (2016) ehdottama sovelluskohde nojaa osittain heidän luoman teknologian ominaisuuteen. Lohkoketjuja voidaan käyttää esimerkiksi dokumenttien aitouden todistamiseen ilman kolmannen osa-puolen tarvetta. Lohkoketjuteknologian soveltaminen julkisena notaarina auttaa doku-menttien omistajuuden, olemassaolon ja koskemattomuuden todistamisessa. (Crosby et al., 2016) Tämän mahdollistaa lohkoketjuteknologian ominaisuus, joka ei anna mah-dollisuutta sen lohkojen muuttamiseen jälkikäteen (Strawn, 2019). Tämä sovelluskohde ei kuulosta hankalalta toteuttaa, mutta siinä lienee parannettavaa tai tutkimisen saraa
edelleen, koska tämä ei ole vielä laajamittaisessa käytössä yrityksillä. Lohko-ketjuteknologian kehittyminen ja sitä kautta yleistyminen tulee luultavasti lähivuosina yleistymään suuressa mittakaavassa.
3.3 Lohkoketjuteknologian käyttö Bitcoinissa
Bitcoin ei sentään ollut ensimmäinen keksitty virtuaalivaluutta, mutta se oli ensimmäinen, joka onnistui ratkaisemaan edeltäjiensä virheet mahdollistaen digitalisen niukkuuden (Nakamoto, 2008). Sen lohkoketjuteknologia tarjoaa monia uusia mahdollisuuksia, joita ei perinteisien valuuttojen kanssa ole. Bitcoinissa positiivista huomiota ovat herättäneet sen ominaisuudet kuten nopeat transaktiot, matalat transaktiokustannukset ja anonyy-misyys (Atıcı, 2018). Lohkoketjuteknologian ominaisuudet vaihtelevat vähän sen käyt-tökohteesta riippuen ja tässä alaluvussa käydään läpi pintapuolisesti Bitcoinin lohko-ketjun ominaisuuksia.
Bitcoinilla on sen lohkoketjuteknologiassa omia sääntöjä ja pieniä eroavaisuuksia verrat-tuna lohkoketjuteknologian muihin sovelluskohteisiin. Toimintaperiaate on kuitenkin karkeasti sama eli lohkot sisältävät transaktioita, ja ne ovat linkittyneet toisiinsa sisältäen edellisen lohkon tiivisteen.
Bitcoinin tapauksessa konsensusalgoritmina on käytössä työntunniste (engl. Proof of Work), jonka esitteli alkujaan Nakamoto (2008). Kyseisessä algoritmissa tietokoneen on suoritettava haastavia matemaattisia yhtälöitä, joiden ratkaiseminen tapahtuu hajau-tusfunktion kautta (Bamakan et al., 2020). Tämä matemaattinen yhtälö on täysin satun-nainen ja haastava ratkaista. Sitä käytetään uusien lohkojen vahvistamista varten ja ki-innittämiseen edelliseen lohkoon kiinni. (Salimitari et al., 2020)
Bitcoinin toiminnan keskiössä olevaa matemaattisten yhtälöiden ratkaisemista kutsutaan louhinnaksi ja sitä suorittavia tahoja puolestaan louhijoiksi (Xu et al., 2020). Kun louhija saa ratkaistua matemaattisen yhtälön, niin syntyy uusi louhittu lohko, joka sisältää kaikki transaktiot, jotka olivat osana matemaattisia laskuja. Tämän jälkeen lohko lähetetään vertaisverkossa oleville solmuille ja Bitcoinin konsensusalgoritmin mukaan suuremman osan hyväksyessä lohkon, se kiinnittyy ketjuun. (Göbel et al., 2016) Pelkästään en-simmäisenä yhtälön ratkaissut louhija saa palkkion tekemästään työstä ja Bitcoinin ta-pauksessa se on lisää Bitcoineja ja sen lisäksi transaktion tekijän vapaaehtoinen siirto-maksu.
Bitcoin automaattisesti säätelee matemaattisten funktioiden haastavuutta niin, että kahden lohkon välinen intervalli on noin 10 minuuttia (Böhme et al., 2015; Dennis, 2019).
Koska Bitcoinien kysyntä ja siten arvo on noussut rajusti vuosien saatossa, on myös
louhinnan tarjonta kasvanut. Kasvanut louhinnan tarjonta on vaikuttanut matemaattisten funktioiden vaikeutumiseen, joka taas on johtanut tilanteeseen, jossa louhijoiden kilpail-lessa keskenään, he yrittävät kerryttää massiivisia määriä laskentatehoa tietokoneisi-insa. Kuten aikaisemmin mainittiin, niin ainoastaan ensimmäisenä konsensusalgoritmin oikein ratkaissut louhija saa siitä palkkion ja muiden tekemä työ menee täten hukkaan.
Kaiken kaikkiaan Bitcoinin louhintaan menee valtavia määriä energiaa (Li et al., 2019), joka on Bitcoinin käytön kannalta yksi sen haasteista.
Toisinaan on mahdollista, että kaksi louhijaa saavat ratkaistua työntunniste konsensusal-goritmin yhdenaikaisesti, jolloin syntyy väliaikaisesti kaksi lohkoa kiinni edelliseen loh-koon eli haarauma. Vertaisverkossa kiinni olevat solmut eivät tällöin hyväksy kumpaakaan näistä lohkoista toistaiseksi. Bitcoinin järjestelmä ratkaisee tilanteen vah-vistamalla pisimmän ketjun eli sen, jolla on suurempi työntodiste. Tämä tapahtuu, kun toiseen haarauman ketjuista liittyy uusi lohko ja pois jäänyt lohko kytkeytyy pois ja siitä tulee niin kutsuttu orpolohko. Orpolohkon transaktiot päälle kirjataan ja ne päätyvät takai-sin louhijoille odottamaan pääsyä uuteen lohkoon. (Decker ja Wattenhofer, 2013)
3.4 Bitcoinin haasteet ja rajoitteet yleisesti
Bitcoinilla on yleisellä tasolla monia haasteita, jotka rajoittavat sen käyttöä. Niitä voidaan jaotella karkeasti esimerkiksi teknisiin, hallinnollisiin, yksityisyyden ja julkikuvan aiheut-tamiin haasteisiin. Teknisiä haasteita on eniten ja ne tuottavat Bitcoinin toiminnalliselle puolelle ongelmia, kun taas hallinnolliset, yksityisyydelliset ja julkikuvan haasteet vaikuttavat Bitcoinin maineeseen. (Swan, 2015) Tässä alaluvussa esitellään pintapuolis-esti Bitcoinin kannalta kahta merkityksellisintä niistä eli teknisiä ja hallinnollisia haasteita.
Seuraava luku keskittyy pelkästään yhteen tekniseen haasteeseen, joka on skaalau-tuvuus.
Bitcoinin teknisen ja sitä kautta funktionaalisen puolen toimivuus on todennäköisesti kaikkein tärkein Bitcoinille, koska jos sen toimivuudessa havaitaan suuria puutoksia, voi sen arvo romahtaa tai kadota kokonaan. Teknisiä haasteita Bitcoinilla on muun muassa suoritusteho, latenssi, lohkokoko, turvallisuus, hukatut resurssit ja käytettävyys (Swan, 2015). Näistä kolme ensimmäistä vaikuttavat Bitcoinin skaalautuvuuteen ja niihin syven-nytään luvussa 4.
Hukatut resurssit ovat yksi haaste, joka saattaa vaikuttaa Bitcoinin käyttäjiin eettisessä mielessä, koska louhimisen yhteydessä menee paljon energiaa hukkaan. Bitcoinin ai-heuttama rasitus maapallolle on todellisuudessa vielä isompi kuin pelkkään louhimiseen kuluva energia, koska louhijat päivittävät koneitaan arviolta vähän reilu vuoden välein
vanhojen toimivien tilalle (de Vries ja Stoll, 2021). Tämä tehdään, jotta tietokoneilla olisi mahdollisimman paljon laskentatehoa louhintapalkkioiden saamiseksi. Cambridgen Bitcoinin energian kulutus indeksin (CBECI) mukaan pelkkä Bitcoin-verkon ylläpito kulutti energiaa joulukuussa 2021 noin 123 TWh/vuosi verran. Kulutus indeksin graafissa on koko ajan jyrkkenevä käyrä ja se muistuttaa enemmän eksponentiaalista kuin lineaarista nousua. (CCAF, 2021) Vertailukohteeksi esimerkiksi koko Suomen energiankulutus vuonna oli 2020 81,1 TWh (Tilastokeskus, 2021). Louhimiseen sekä siihen kuluvien tarvikkeiden ja komponenttien rasitus maapallolle on merkittävä ja kasvaa koko ajan kryptovaluuttojen käytön suosion myötä. Bitir-Istrate et al. (2021) mukaan vähintään puo-let käytettävästä energiasta kryptovaluuttojen louhintafarmeilla pitäisi tulla puhtaista ja uusiutuvista energialähteistä ja sitä varten pitäisi tulla regulaatiota viranomaisilta. Tämä on yksi ehdotettu ratkaisu keventämään kryptovaluuttojen tuottamaa hiilijalanjälkeä.
Hallinnollisen haasteen voi ajatella olevan sidoksissa regulaatioon ja lakiin. Bitcoinin ominaisia piirteitä on avoimuus, hajautuneisuus ja reguloimaton luonne (Matei ja Baks, 2019). Yleisesti Bitcoinin yksi parhaista ominaisuuksista onkin ollut sen ulottumattomuus valtioiden keskuspankkien käsistä ja se, että sitä ei ole käytetty rahapolitiikan välineenä.
Bitcoinin käyttö on todennäköisesti saanut lisää nostetta viime vuosien holtittoman ra-hapolitiikan seurauksena. Hajautettu luonne on johtanut siihen, että Bitcoinilla ei ole keskitettyjä tarkastusmenettelyjä ja sen lisäksi Bitcoinia käytettäessä ei ole pakko käyt-tää oikeaa nimeään (Böhme et al., 2015). Fauzin et al. (2020) mukaan nämä kaksi tekijää ovat johtaneet Bitcoinin suosioon rikollisten keskuudessa. On tapauksia, joissa krypto-valuuttoja on käytetty laittomaan toimintaan kuten mustan pörssin tapahtumiin ja rahan-pesuun (Matei ja Baks, 2019).