of 59054 LinkedIn

Blockchain, distributed ledgers and the Paxos protocol

De voorzitter van het World Economic Forum schrijft in zijn boek The Fourth Industrial Revolution[i]: “The digital revolution is creating radically new approaches that revolutionize the way in which individuals and institutions engage and collaborate. For example, the blockchain often described as a distributed ledger, is a secure protocol where a network of computers collectively verifies a transaction before it can be recorded and approved”. Naar de mening van Schwab is de blockchain daarmee in essentie: “a shared, programmable, cryptographically secure and therefore thrusted ledger which no single user controls and which can be inspected by everyone.”

Distributed ledgers

De gedachte dat de blockchain een gedistribueerde en tegelijkertijd gedeelde vorm van data- en informatieopslag is, komt ook terug in een onlangs gepubliceerd rapport van de UK Government Chief Scientific Officer[ii]. Dit rapport constateert dat de blockchain in essentie een vorm van een gedistribueerde database is: “that takes a number of records and puts them in a block. Each block is then chained to the next block, using a cryptographic signature. This allows block chains to be used like a ledger, which can be shared and corroborated by anyone with the appropriate permissions.”

 

Om de consistentie te kunnen bewaken van in gedistribueerde ledgers vastgelegde transacties is consensus noodzakelijk tussen de bij deze transacties betrokken onderdelen (bijvoorbeeld in netwerken verbonden apparaten). Door de consensus over en de gedistribueerde vastlegging van de gezamenlijk genomen besluiten over transacties beschikt elk betrokken onderdeel altijd over de informatie van zijn aandeel in de besluitvorming van een specifieke transactie. Elk besluit of groepering van besluiten dat is vastgelegd in een gedistribueerde ledger kan worden beschouwd als een block en elke met dit block verbonden volgende transactie maakt het geheel tot een blockchain van door een protocol met elkaar verbonden, maar gedistribueerd opgeslagen besluiten in de vorm van data en informatie.

 

Moise[iii] omschrijft het bereiken van consensus tussen onderdelen in een systeem als: “consensus encapsulates the inherent problems of building fault tolerant distributed systems. Consensus represents the greatest common denominator of the so-called class of Agreement problems such as data consistency, group membership, consistent global states, distributed consensus, atomic broadcast and many others”. Naar de mening van de UK Government Scientific Officer is blockchain (combinatie van distributed computing principes met een overlappend protocol) echt innovatief omdat dit nieuwe mogelijkheden creëert om regels vast te stellen voor een uit te voeren transactie die verbonden blijft aan de desbetreffende transactie zelf. Dit in tegenstelling tot de inrichting van traditionele databases waarbij op databaseniveau regels worden vastgesteld waarmee data of informatie in die database moeten worden vastgelegd. Wanneer elk onderdeel functioneert als een zelfstandige en autonome eenheid die tegelijkertijd onderdeel is van een systeem als geheel, dan bestaat er binnen dat systeem geen centraal punt meer voor het falen van het systeem als geheel. Het gedistribueerde karakter van het vastleggen van data en informatie in gedistribueerde ledgers via een op cryptografie gebaseerd protocol kan in een blockchain ook zorgen voor een hoger niveau van privacy en beveiliging van transacties dan binnen bestaande technologische oplossingen voor mogelijk wordt gehouden. De UK Government Scientific Officer stelt dan ook: “Such ledgers use cryptographic techniques to ensure that anyone can check if a particular record is within the ledger, as long as they possess a small amount of crucial information. At the same time, complex consensus protocols are employed to ensure that everyone in the system gets a consistent view of the ledger (2016:47).”

 

The PAXOS protocol   

In 1990 dient Leslie Lamport een wetenschappelijk artikel in bij de Association for Computing Machinery (ACM) wat daar acht jaar moet wachten op goedkeuring[iv] voor publicatie. Het artikel heeft de titel ‘The Part-Time Parliament’ en wordt gezien als een van de moeilijkere algoritmes in distributed computing. In dit artikel gebruik Lamport een verhaal over het functioneren van een parlement in een antieke beschaving als basis voor een door hem ontwikkeld algoritme. Het door hem beschreven parlement functioneert met parttimeleden die niet altijd allemaal tegelijkertijd aanwezig kunnen zijn bij noodzakelijke besluitvormingsprocedures. Lamport gebruikt het verhaal van het parlement en zijn parlementsleden als een metafoor voor een door willekeurige technische entiteiten in een systeem uit te voeren consensus en besluitvormingsprocedure. Hij beschrijft in het artikel zeer gedetailleerd hoe een dergelijk protocol voor het verkrijgen van consensus en besluitvorming zou moeten worden vormgegeven. In de beschrijving van het protocol werkt hij een gedetailleerd algoritme uit waarmee tussen deze entiteiten overeenstemming, besluitvorming en vastlegging kan worden gerealiseerd over uit te voeren transacties. Essentiele uitgangspunten van dit algoritme zijn enerzijds een fundamenteel vertrouwen tussen de betrokken onderdelen en anderzijds dat: “each Paxon legislator maintained a ledger in which he recorded the numbered sequence of decrees that were passed.”

 

Een belangrijke voorwaarde voor het gebruik van de ledger door de individuele technische entiteiten is dat het protocol voorschrijft dat elk besluit wordt vastgelegd met onuitwisbare inkt zodat de vastgelegde regels niet kunnen worden veranderd. Het protocol is primair gericht op het realiseren van consistentie in de vastlegging van de besluiten in de respectievelijke gedistribueerde ledgers waarmee wordt voorkomen dat in deze individuele ledgers tegengestelde informatie wordt opgeslagen. Het uitgewerkte protocol bevat verder onder andere regels die garanderen dat besluitvormingsprocedures in gang worden gezet en stemrondes worden uitgevoerd, in welk quorum moet worden voorzien en hoe consensus kan worden bereikt over de te nemen besluiten. Ook voorziet het protocol in regels over de wijze waarop het genomen besluit moet worden vastgelegd in de respectievelijke ledgers. Doordat de leden van het parlement zich hebben verplicht de ledger altijd bij zich te dragen, zijn zij altijd verzekerd van informatie over stemmingen waaraan zij hebben deelgenomen. Ook kunnen zij zien op welke tijd en in welke volgorde deze besluiten zijn genomen en welke leden aan een stemming hebben deelgenomen. Uitvoering van de stemmingen vindt plaats door gebruik te maken van boodschappers die berichten distribueren tussen de bij de stemming betrokken leden.

 

Het Paxos-protocol lijkt daarmee te voorzien in bijna alle eigenschappen die noodzakelijk zijn voor een ‘fault-tolerant’ en gedistribueerd systeem dat functioneert op basis van een gezamenlijk protocol. Binnen dit systeem kunnen besluiten over transacties in consensus worden genomen en veilig worden vastgelegd in gedistribueerde ledgers. Het totaal van de gedistribueerde ledgers biedt daarmee voortdurend voor elk individueel onderdeel een actueel overzicht van gezamenlijk genomen besluiten.

 

Conclusion

Duidelijk is dat de ideeën van Schwab, de UK Government Office for Science en Lamport zijn gericht op autonome en zelfstandige entiteiten die in netwerken zijn verbonden en met behulp van een protocol besluiten nemen over transacties en de vastlegging daarvan. Dit protocol stelt deze entiteiten in staat onderlinge consensus te bereiken en op basis daarvan zelfstandig besluiten te nemen over transacties, deze besluiten vast te leggen in gedistribueerde ledgers en te leren van eerder genomen besluiten. De ontwikkeling naar transacties die onderling worden geregeld door technische entiteiten kan de huidige bestaansvoorwaarde aantasten van zogenaamde ‘trusted third parties’ zoals wij die nu kennen in de vorm van banken, notarissen, overheden, verzekeringsmaatschappijen of elke andere vorm van een fysieke of technologische tussenpersoon. Het is ook om die reden dat het rapport van de UK Government Office wordt vastgesteld over distributed ledgers: “They have the potential to disrupt the whole economy, and society. Understanding this can help to frame the opportunities and threats afforded by distributed ledger technologies - and how they can inform changes in the role of the government, and the services it delivers.” Naast het prijzen van de ongekende mogelijkheden van blockchain technology bestaat er ook een dringende noodzaak om nieuwe (technische) kennis op te bouwen. Kennis die enerzijds noodzakelijk is om op korte en middellange termijn veilige en daarmee toekomstbestendige blockchains op te bouwen en anderzijds kennis die kan helpen bij het realistisch inschatten van de (on)mogelijkheden op de langere termijn.



[i] Schwab (2016) The fourth Industrial revolution. World Economic Forum ISBN 9781944835002

[ii] Governement Office for Science. (2016) Distributed Ledger Technology: Beyond Blockchain

[iii] Moise I. (2011) Efficient Agreement Protocols for Asynchronous Distributed Systems. Distributed, Parallel and Cluster Computing Université de Rennes

[iv] Lamport L. (1998) The Part-Time Parliament. This article appeared in ACM Transactions on Computer Systems 16, 2 (may 1998)

Verstuur dit artikel naar Google+

Reageer op dit artikel
















Even geduld a.u.b.

 

 

Antwerpseweg 8, 2803 PB Gouda 

0182 - 34 57 01 

info.pss@centric.eu

www.centric.eu/overheid

Meer nieuws

Het Omgevingsdashboard

Zaakgericht werken, klantgericht werken

Whitepapers

Bloggers