Hajautettujen järjestelmien ja konsensuksen alkeet: Bysantin kenraalien haasteesta Bitcoiniin ja Ethereumin ratkaisuihin

Kuvittele tilanne, jossa joukko kenraaleja yrittää sopia hyökkäyksestä tai vetäytymisestä kaukaisen kaupungin ympäröimänä, mutta viestinvälittäjät kulkevat vaarallisten rotkien yli, ja joukossa on pettureita, jotka levittävät vääriä tietoja. Jos päätös menee pieleen, koko armeija voi tuhoutua.

Tämä on legendaarinen bysanttilaiskenraalien ongelma (Byzantine Generals Problem). Vuonna 1982 kolme tieteentekijää loi tämän metaforan kuvaamaan hajautettujen järjestelmien suurinta haastetta: kuinka solmut voivat saavuttaa yhtenäisyys, vaikka luottamusta ei ole täysin? Web3-maailmassa, jossa olen pyörittänyt projekteja vuosia, tämä on se perusongelma, joka pitää meidät hereillä öisin – luottamus digitaalisessa kaaoksessa.

Ajattelepa hetki:

• Useita kenraaleja piirittää kaupunkia.
• Heidän täytyy päättää yhdessä, hyökätäänkö vai peräännyttäisiinkö.
• Viesti kulkee vain sanansaattajien kautta.
• Sanansaattajat voivat eksyä, joutua väärinkäytetyiksi tai petturit voivat muuttaa sisältöä.
• Jotkut kenraaleista ovat itse pettureita, jotka lähettävät vääriä käskyjä.

Jos pettureita on liikaa tai viestintä sotkeutuu, yhtenäinen toiminta muuttuu mahdottomaksi. Suomessa, jossa meillä on pitkä historia luotettavista verkostoista kuten pankkijärjestelmistä, tämä resonoi syvästi – luottamus on kaiken perusta.

Reaali maailmassa lohkoketjut toimivat valtavana "hajautettuna kenraalien armeijana": tuhansia koneita ympäri maapalloa, tuntemattomia toisilleen, mutta yhdessä ylläpitämässä kirjanpitoa. Jos kirjanpito menee sekaisin, rahat katoavat.

Siksi yleisymmärrysmenetelmät ovat avain tämän bysanttilaisongelman ratkaisuun. Ne varmistavat, että enemmistö rehellisistä solmuista, vaikka joukossa olisi häiriköitä, päätyy samaan tulokseen siitä, kuka velkaa kenellekin.

Ymmärrä CAP-teoreema: Hajautetuissa järjestelmissä ei voi saada kaikkea

Ennen kuin sukellamme yleisymmärrykseen, käydään läpi CAP-teoreema (Eric Brewer esitti sen vuonna 2000, myöhemmin todistettu).

CAP viittaa kolmeen perusominaisuuteen:

• Consistency (yhtenäisyys): Kaikki solmut näkevät saman uusimman tiedon.
• Availability (saatavuus): Jokainen pyyntö saa vastauksen milloin tahansa (vaikka ei olisi uusinta).
• Partition Tolerance (osioiden sieto): Järjestelmä jatkaa toimintaansa, vaikka verkko jakautuisi.

Karut realiteetit: Todellisessa maailmassa verkko-osiot (P) ovat väistämättömiä – katkot, viiveet ja pakettien katoamiset osuvat kenelle tahansa, myös pohjoismaisissa verkoissa.

Hajautetut järjestelmät joutuvat valitsemaan C:n ja A:n välillä:

• CP (yhtenäisyys + osioiden sieto): Verkko katkeaa, mutta data pysyy ehjänä vaikka palvelu hidastuisi. Esimerkiksi monet pankkijärjestelmät tai ZooKeeper.
• AP (saatavuus + osioiden sieto): Palvelu jatkuu ongelmien aikana, vaikka data voisi hetkeksi erota (synkronoidaan myöhemmin). Kuten Cassandra tai DynamoDB, tyypillisiä verkkokaupoissa.

Lohkoketjut kallistuvat kohti AP:ta äärimmäisenä versiona – ne kestävät globaaleja viiveitä ja pyrkivät pysymään saatavilla. Turvallisuuden (yhtenäisyyden) takia ne turvautuvat kekseliäisiin yleisymmärrysmekanismeihin "kiertoteitse".

Päävirtausten yleisymmärrysmekanismit verrattuna: PoW, PoS, PBFT

Nyt päästään asiaan: puretaan kryptomaailman suosituimpia yleisymmärrysmekanismeja.

1. PoW (Proof of Work) – Työn todistus, Bitcoinin "vanha vartija"

Perinteisin ja "raa'in" tapa.

Toimintaperiaate on suoraviivainen ja voimakas:

• Haluat luoda lohkon? Tee töitä! Ratkaise vaikea matemaattinen pulma (löydä nonce, joka tekee lohkon hashista täynnä nollia alusta).
• Ensimmäisenä ratkaissut saa lisätä lohkon ketjuun ja ottaa lohkopalkkion sekä maksut.
• Muut solmut tarkistavat hashin ja hyväksyvät lohkon.

Plussat:

• Turvallisuus huipussaan! Hyökkäys vaatisi yli 51 % laskentatehosta, hinta on avaruusluokkaa.
• Täydellinen hajautus: Kuka tahansa voi osallistua, kunhan on virtaa ja laitteita – ei lupia.
• Vastustaa Sybil-hyökkäyksiä: Väärennetyt identiteetit maksavat sähköä ja rahaa.

Miinukset:

• Sähkönsyöppö! Bitcoinin vuotuinen kulutus vastaa useita pieniä maita.
• Lohkonluonti hidas (Bitcoin 10 min), TPS (tapahtumia sekunnissa) matala.
• Laskentateho keskittyy kaivostehtaisiin, tavallinen ihminen ei pärjää.

2. PoS (Proof of Stake) – Panoksen todistus, Ethereumin "uusi suosikki"

Syyskuussa 2022 Ethereum teki "fuusion" (The Merge) ja siirtyi PoW:sta PoS:ään.

Periaate on selkeä:

• Haluat luoda lohkon? Laita kolikkosi pantiksi (stake).
• Järjestelmä arpoo lohkonluojan panoksen koon (ja satunnaisuuden) perusteella.
• Onnistunut luonti tuo palkkioita, pahat teot (kuten ristiriitaisten lohkojen allekirjoitus) johtavat pantin menetykseen (slashing).

Plussat:

• Kulutus romahti! Ethereumissa yli 99,95 % vähemmän energiaa, ympäristöystävällisyys ilahduttaa – sopii pohjoismaiseen arvomaailmaan.
• Nopeampi, korkeampi TPS.
• Lyhyt lohkoaika, nopea vahvistus.

Miinukset:

• Rikkaat rikastuvat: Suuremmat panokset voittavat todennäköisemmin, keskittymisriski.
• Teoreettiset hyökkäykset halvempia (ei sähköä, vain ostoa).
• Alkuvaiheen turvallisuus herätti epäilyksiä, mutta vuosien toiminta on vakaa.

3. PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) – Käytännöllinen bysanttilainen vikasietokyky

Yleinen liittoutumaketjuissa ja yritysjärjestelmissä (kuten Hyperledger Fabricin varhaiset versiot).

Toimii kuin "kokousäänestys":

• Solmut kiinteä määrä, kaikki tuntevat toisensa (lupaketjut).
• Ehdottaja ehdottaa lohkoa.
• Solmut äänestävät useissa kierroksissa.
• Yli 2/3 hyväksyntä vahvistaa lohkon.
• Kestää enintään 1/3 pahoja solmuja.

Plussat:

• Vahvistus salamannopea! Sekuntitasoinen lopullisuus, ei PoW/PoS:n odottelua.
• Matala kulutus.
• Vahva bysanttilainen kestävyys (tarkka 1/3 petturiraja).

Miinukset:

• Solmut eivät voi olla liikaa (viestintä räjähtää).
• Vaatii luvat, korkea keskittyminen – ei sovi julkisille ketjuille.

PoW vs PoS taulukko (2026 näkökulma)

Kohta	PoW (Bitcoin)	PoS (Ethereum)
Pääasiallinen resurssi	Laskentateho (sähkö + laitteet)	Panostettujen kolikoiden määrä
Kulutus	Erittäin korkea (verrattavissa pienten maiden käyttöön)	Erittäin matala (yli 99 % lasku)
Lohkoaika	10 minuuttia (BTC)	Noin 12 sekuntia
Turvallisuus	Erittäin vahva (51 % hyökkäys maksaa maltaita)	Vahva (taloudelliset hyökkäykset teoreettisesti halvempia)
Hajautusaste	Korkea (vaikka kaivokset keskittyvät)	Keskitaso (suurten haltijoiden ja poolien riski)
Lopullisuus	Todennäköisyyspohjainen (pidempi ketju vakaampi)	Varmistus (muutama minuutti peruuttamattomaksi)
Ympäristöystävällisyys	Huono	Erinomainen
Laajennettavuus	Keskitaso (Layer2 kuten Lightning Network)	Parempi (sharding-kehitteillä)
Kuka johtaa	Kaiuttajat	Vahvistajat (suurhallitsijat + poolit)

Miksi Bitcoin pitää kiinni PoW:sta? Miksi Ethereum uskaltaa PoS:ään?

Miksi Bitcoin ei vaihda PoS:ään?

Se näkee itsensä "digitaalisena kultana".

Kullan ydin on niukkuus + muokkaamattomuus.

PoW muistuttaa kullankaivua: Mitä vaikeampi, sitä arvokkaampi, ja mitä enemmän kaivajia, sitä turvallisempi.

PoS:ään siirtyminen tekisi siitä "rahaa painavan koneen rikkailla", mikä tuhoaisi "kovan valuutan" uskon.

Satoshi Nakamoton 2008 valkakirjassa PoW on ydinkaitse – todellinen maailman sähkö kustantaa suojaa ketjua.

Vuonna 2026 Bitcoin-yhteisö on yhä vankkumaton: PoS = itsemurha.

Miksi Ethereum uskaltaa?

Ethereum ei tavoittele "digitaalista kultaa", vaan "maailman tietokonetta".

Se pyörittää DeFi:tä, NFT:itä, DAO:ita, pelejä – näihin tarvitaan korkeaa TPS:ää ja matalia kuluja.

PoW on hidas ja kallis, kehittäjät valittavat loputtomasti.

Vitalik ja tiimi laskivat: PoS leikkaa kulut nollaan ja valmistelee shardingia tulevaisuudelle.

Fuusion jälkeen TPS nousi, gas-kulut laskivat, ekosysteemi vilkastui.

Lidosta johtuva keskittymiskritiikki on olemassa, mutta muutos onnistui kokonaisuudessaan.

Yhteenveto yhdessä lauseessa:

• Bitcoin käyttää PoW:ta lopullisen turvallisuuden ja peruuttamattoman niukkuuden tavoitteluun.
• Ethereum siirtyi PoS:ään käytännöllisyyden, laajennettavuuden ja ekosysteemin kukoistuksen vuoksi.

Lopuksi kysymys sinulle

Nyt kun näet transaktion, Bitcoinin vai Ethereumin, kumpaan luotat enemmän?

Luotatko "tämän paljon sähköä polttaneen, feikkaamattoman" PoW:n vai "miljardeja pantiksi laittaneen, rehellisen" PoS:n?

Molemmat loistavat puolillaan, mutta ratkaisevat bysanttilaisongelman menestyksekkäästi.

Hajautetussa maailmassa ei ole täydellistä ratkaisua, vain se paras itselle.

Olet jo sisällä, kun ymmärrät nämä!

 

Suositellut maailman top 3 kryptopörssit:

• Binance-pörssin rekisteröinti (kaupankäynnin volyymien kuningas, laajin valikoima, aloittelijoiden edut huippua);
• OKX-pörssin rekisteröinti (sopimusten mestari, matalat kulut);
• Gate.io-pörssin rekisteröinti (uusien kolikoiden metsästäjä, kopio-kauppa + eksklusiiviset airdropit).

Suurten ja monipuolisten valitse Binance, ammattilaisille OKX, altcoineille Gate! Rekisteröidy heti ja nauti elinikäisestä kulualennuksesta~