मॉड्यूल 3 / 8

बिटकॉइन तकनीकी इतिहास

3.0 परिचय

बिटकॉइन श्वेतपत्र सारांश

एक पूरी तरह से पीयर-टू-पीयर संस्करण की इलेक्ट्रॉनिक नकदी ऑनलाइन भुगतान को एक पक्ष से दूसरे पक्ष को सीधे भेजने की अनुमति देगा, बिना किसी वित्तीय संस्था के माध्यम से जाए। डिजिटल हस्ताक्षर समाधान का एक हिस्सा प्रदान करते हैं, लेकिन मुख्य लाभ खो जाते हैं यदि विश्वसनीय तीसरा पक्ष अभी भी डबल-स्पेंडिंग को रोकने के लिए आवश्यक है। हम डबल-स्पेंडिंग समस्या का समाधान एक पीयर-टू-पीयर नेटवर्क का उपयोग करके प्रस्तावित करते हैं। नेटवर्क लेनदेन को टाइमस्टैम्प करता है उन्हें एक चलती हुई श्रृंखला में हैश करके हैश-आधारित प्रूफ-ऑफ-वर्क, एक ऐसा रिकॉर्ड बनाते हुए जिसे बदला नहीं जा सकता बिना प्रूफ-ऑफ-वर्क को फिर से किए। सबसे लंबी श्रृंखला न केवल देखी गई घटनाओं के क्रम का प्रमाण देती है, बल्कि यह भी प्रमाण देती है कि यह सबसे बड़े CPU शक्ति के समूह से आई है। जब तक अधिकांश CPU शक्ति उन नोड्स के पास है जो नेटवर्क पर हमला करने के लिए सहयोग नहीं कर रहे हैं, वे सबसे लंबी श्रृंखला बनाएंगे और हमलावरों से आगे रहेंगे। स्वयं नेटवर्क को न्यूनतम संरचना की आवश्यकता होती है। संदेश सर्वोत्तम प्रयास के आधार पर प्रसारित किए जाते हैं, और नोड्स अपनी इच्छा से नेटवर्क छोड़ सकते हैं और फिर से जुड़ सकते हैं, वे अपनी अनुपस्थिति के दौरान जो हुआ उसका प्रमाण सबसे लंबी प्रूफ-ऑफ-वर्क श्रृंखला को स्वीकार करके मानते हैं।

बिटकॉइन शून्य में प्रकट नहीं हुआ, बल्कि यह पिछले दशकों में कई लोगों के कार्यों पर आधारित था। यह मॉड्यूल उन नींवों का पता लगाएगा जिन पर बिटकॉइन आधारित है, साथ ही श्वेतपत्र में मान्यता प्राप्त अनुसंधान और विकास को भी समझेगा।

70 के दशक में, कुछ व्यक्तियों ने देखा कि विशेष रूप से अमेरिकी सरकार किस प्रकार क्रिप्टोग्राफी तक पहुँच को सीमित करने की कोशिश कर रही थी, और उन्होंने यह सुनिश्चित करने का प्रयास किया कि यह तकनीक सभी लोगों के लिए उपलब्ध हो ताकि वे अपनी ऑनलाइन गोपनीयता की रक्षा कर सकें। इन शुरुआती अग्रदूतों में से कुछ डिजिटल 'साउंड मनी' प्रणाली के संभावित लाभों पर भी केंद्रित थे, जिसे उभरते इंटरनेट पर मूल्य को संग्रहीत और विनिमय करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता था। फ्रेडरिक हायेक – ऑस्ट्रियन अर्थशास्त्र के एक प्रमुख योगदानकर्ता – ने इंटरनेट के दिनों से पहले ही मुक्त बाजार प्रतिस्पर्धा पर आधारित एक आदर्श मुद्रा की कल्पना की थी, लेकिन उन्होंने इसे तकनीकी और राजनीतिक रूप से असंभव माना। डिजिटल गोपनीयता के साथ-साथ, यह समूह, जो बाद में साइफरपंक बन गया, हायेक की डिजिटल मुद्रा की कल्पना को साकार करने का प्रयास करता रहा, लेकिन ये प्रयास तब तक विफल रहे जब तक सातोशी ने अपनी अवधारणाएँ मेलिंग लिस्ट पर प्रकाशित नहीं कीं।

  • टीसीपी/आईपी प्रोटोकॉल (1976)
  • पब्लिक की क्रिप्टोसिस्टम्स के लिए प्रोटोकॉल - राल्फ मर्कल (1980)
  • डिजीकैश - डेविड चौम (1989)
  • डिजिटल टाइमस्टैम्पिंग (90 के दशक)
  • हैशकैश - एडम बैक (1997)
  • बिटटोरेंट - ब्रैम कोहेन (2001)
  • रीयूजेबल पीओडब्ल्यू - हैल फिन्नी (2004)
  • बिटकॉइन श्वेतपत्र - सातोशी नाकामोटो (2008)

बिटकॉइन के विकास पर एक प्रमुख प्रभाव 1990 के दशक में उभरे साइफरपंक आंदोलन का था। उन्होंने कई क्रिप्टोग्राफिक तकनीकों का विकास किया, जिनमें सार्वजनिक-कुंजी क्रिप्टोग्राफी शामिल है, जिससे उपयोगकर्ता सुरक्षित और निजी रूप से संवाद और जानकारी साझा कर सकते हैं। यहां वर्णित कई विकास और इसमें शामिल लोग इसी समूह का हिस्सा थे।

डिजिटल नकदी की आवश्यकता भी पहचानी गई थी और इसे बनाने के कई प्रयास किए गए, लेकिन इनमें कुछ सीमाएँ थीं जिनके कारण वे सफल नहीं हो सके। सातोशी नाकामोटो की प्रतिभा इन क्षमताओं को एक साथ लाने में थी, और अपनी कुछ नवाचारों के साथ, उन्होंने इन पर आधारित बिटकॉइन प्रोटोकॉल का निर्माण किया, जो आज उपयोग में है। अगले अनुभागों में हम इन विकासों में से कुछ का पता लगाएंगे और समझाएंगे कि उन्होंने बिटकॉइन के डिजाइन को कैसे प्रभावित किया। हम यह भी चर्चा करेंगे कि वे कौन से गुमशुदा टुकड़े थे जिन्हें सातोशी ने हल किया।

3.1 टीसीपी/आईपी का विकास

हममें से अधिकांश लोग आज इंटरनेट की नींव के रूप में उपयोग किए जा रहे TCP/IP प्रोटोकॉल से परिचित हैं। इनकी उत्पत्ति 70 के दशक के अंत की है, जब वैज्ञानिक Arpanet के वैकल्पिक डिज़ाइन का अन्वेषण कर रहे थे – जो कि अमेरिकी रक्षा विभाग द्वारा दूरस्थ कंप्यूटरों के बीच संसाधनों को साझा करने के लिए कल्पित एक और भी पुराना नेटवर्क था। 1983 में TCP/IP, Arpanet के लिए प्रोटोकॉल मानक बन गया, जिससे यह 1990 के दशक के अंत तक प्रमुख नेटवर्किंग मॉडल बन गया और आज जिस इंटरनेट पर बिटकॉइन चलता है, उसकी नींव बन गया।

OSI मॉडल TCP/IP
एप्लिकेशन एप्लिकेशन
प्रस्तुतीकरण एप्लिकेशन
सत्र एप्लिकेशन
ट्रांसपोर्ट ट्रांसपोर्ट
नेटवर्क नेटवर्क
डेटा लिंक डेटा लिंक
फिजिकल फिजिकल

TCP/IP मॉडल के विकास के साथ ही, एक समान लेकिन अधिक व्यापक ढांचा अंतर्राष्ट्रीय मानक संगठन (ISO) और टेलीकॉम उद्योग (CCITT) द्वारा विकसित किया जा रहा था। नए प्रोटोकॉल विकसित करने या बदलाव सुझाने की प्रक्रिया TCP/IP के अधिक विकेंद्रीकृत दृष्टिकोण की तुलना में धीमी और बोझिल थी, जिससे आज इस दृष्टिकोण का प्रभुत्व स्थापित हो गया।

परिवर्तन के लिए अनुरोध

TCP/IP मॉडल में मौजूदा प्रोटोकॉल में किसी भी विकास या नए विचारों का प्रस्ताव परिवर्तन के लिए अनुरोध प्रक्रिया के माध्यम से किया जा सकता है। इन्हें एक अनुमोदन प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है, जिसे इंटरनेट इंजीनियरिंग टास्क फोर्स (IETF) द्वारा प्रबंधित किया जाता है, और एक बार स्वीकृत होने के बाद ये ओपन सोर्स हो जाते हैं ताकि कोई भी इन्हें लागू और अपनाने के लिए स्वतंत्र हो। कुछ उल्लेखनीय उदाहरण:

  • 1969 RFC 1: Arpanet में पैकेट कैसे भेजे जाएंगे, इसका दस्तावेजीकरण किया गया
  • 1981 RFC791: इंटरनेट प्रोटोकॉल V4 को परिभाषित किया – जो आज भी व्यापक रूप से अपनाया गया है
  • 1982 RFC 821: सिंपल मेल ट्रांसफर प्रोटोकॉल
  • 1987: डोमेन नेम सिस्टम – डोमेन नामों को IP पतों में कैसे हल किया जाता है
  • 1999 RDC 2616: हाइपरटेक्स्ट ट्रांसफर प्रोटोकॉल – वेब ब्राउज़िंग के लिए आवश्यक

The बिटकॉइन सुधार प्रस्ताव (BIP) RFC के समान दृष्टिकोण का अनुसरण करता है, लेकिन यह केवल बिटकॉइन में सुधारों पर केंद्रित है, न कि नए या वैकल्पिक प्रोटोकॉल के विकास पर। बिटकॉइन भी इस लेयर्ड मॉडल से प्रेरित है, और आप देखेंगे कि अतिरिक्त प्रोटोकॉल को लेयर दो या तीन के रूप में वर्णित किया गया है।

जिस तरह TCP/IP मॉडल की आधारभूत लेयरों में पिछले कुछ दशकों में बहुत कम बदलाव हुए हैं और नवाचार ऊपरी लेयरों में हुआ है, उसी तरह बिटकॉइन की आधारभूत लेयर में भी अब बहुत धीरे-धीरे बदलाव होने की उम्मीद है, जबकि स्केलिंग समाधान जैसे लाइटनिंग और लिक्विड ऊपर की लेयरों में विकसित हो रहे हैं।

आधारभूत लेयर प्रोटोकॉल समय के साथ बदलना कितना कठिन हो जाता है, इसका एक अच्छा उदाहरण IPv6 है। IPv4 में एड्रेस स्पेस की संभावित समाप्ति ने एक नए प्रोटोकॉल की मांग पैदा की। पहला ड्राफ्ट मानक 1998 में बनाया गया था, लेकिन 2017 तक इंटरनेट मानक के रूप में अनुमोदित नहीं हुआ। जबकि इसने IPv4 की कई समस्याओं का समाधान किया और यह भविष्य के लिए अधिक उपयुक्त है, फिर भी आज उद्योग में इसकी स्वीकृति बहुत धीमी रही है। इस दौरान, ऊपरी लेयरों में मल्टीमीडिया, ईमेल आदि को सक्षम करने के लिए कई नए प्रोटोकॉल परिभाषित किए गए हैं।

बिटकॉइन द्वारा उपयोग किए जाने वाले निर्माण खंड

इंटरकनेक्टिविटी की समस्याओं को अलग-अलग करने से प्रोटोकॉल को उसके ऊपर और नीचे की लेयरों से स्वतंत्र रूप से विकसित किया जा सकता है। प्रत्येक लेयर के लिए समाधान को बार-बार आविष्कार करने के बजाय, बिटकॉइन नेटवर्क भौतिक और डेटा लिंक लेयरों पर प्रदान की गई नेटवर्क की बुनियादी क्षमताओं पर निर्भर कर सकता है।

लेयर TCP/IP मूल
एप्लिकेशन पड़ोसी नोड्स की पहचान के लिए डोमेन नेम सिस्टम (DNS) का उपयोग करता है। पोर्ट 8333 बिटकॉइन प्रोटोकॉल का संकेत देता है।
ट्रांसपोर्ट कम विलंबता के लिए माइनर्स के बीच FIBRE संचार हेतु UDP। नोड्स के बीच P2P संचार के लिए TCP।
ट्रांसपोर्ट TOR रूटिंग: गुमनामी और गोपनीयता सक्षम करता है। ब्रॉडकास्ट प्रोटोकॉल: नेटवर्क में ट्रैफिक को रूट करता है।
लिंक किसी भी माध्यम (जैसे, ईथरनेट, वाई-फाई, आदि) पर संचालित होता है।
फिजिकल भौतिक ट्रांसमिशन वायरलेस, ईथरनेट या अन्य हार्डवेयर इंटरफेस के माध्यम से।
बिटकॉइन एक तटस्थ प्रोटोकॉल है मूल्य स्थानांतरण के लिए, जैसे HTTPS सूचना स्थानांतरण के लिए एक प्रोटोकॉल है।
  • HTTPS: सुरक्षित वेबसाइट्स
  • SMTP: ईमेल भेजें
  • एफ़टीपी: फ़ाइलें स्थानांतरित करें
  • डीएनएस: डोमेन नाम प्रबंधित करें
  • बीटीसी: मूल्य संग्रहित करें और स्थानांतरित करें

बिटकॉइन लोगों या डिवाइसों के बीच इंटरनेट पर बिना किसी तीसरे पक्ष की आवश्यकता के, विश्वसनीय रूप से मूल्य का स्थानांतरण संभव बनाता है। इससे अपार मूल्य की संभावनाएँ खुलने की उम्मीद है।

3.2 सार्वजनिक कुंजी क्रिप्टोग्राफी और प्रोटोकॉल

आज का इंटरनेट और अधिकांश आधुनिक कंप्यूटर सिस्टम क्रिप्टोग्राफी पर निर्भर करते हैं, जो जानकारी को इस तरह छुपाने की एक विधि है कि केवल जानकारी का प्राप्तकर्ता ही उसे डिकोड कर सके। बिटकॉइन को सुरक्षित करने के लिए उपयोग की जाने वाली क्रिप्टोग्राफी की नींव 70 के दशक तक देखी जा सकती है।

पहला मुद्दा जिसे हल करना है – असुरक्षित माध्यम पर साझा रहस्य कैसे भेजा जाए।

इस पर सबसे पहले व्हिटफील्ड डिफी और मार्टिन हेलमैन ने विचार किया था।

समस्या: दोनों पक्ष – जिन्हें आमतौर पर एलिस और बॉब कहा जाता है – एक ऐसे नेटवर्क पर गुप्त जानकारी साझा करना चाहते हैं जहाँ अन्य लोग सुन सकते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, उन्होंने डिफी-हेलमैन कुंजी विनिमय प्रक्रिया बनाई।

यह साझा रहस्य तब कई सममित कुंजियों को बनाने के लिए बीज मान के रूप में उपयोग किया जा सकता है, ताकि वे एक-दूसरे को संदेश भेजने के लिए उन्हें एन्क्रिप्ट और डिक्रिप्ट कर सकें, बिना कुंजी को खुले में साझा किए।

चूंकि निजी कुंजी को कभी साझा नहीं करना पड़ता, और एन्क्रिप्ट और डिक्रिप्ट करने के लिए प्रत्येक छोर पर अलग-अलग कुंजियों का उपयोग किया जाता है, इसे असममित एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम कहा जाता है।

उपयोग के मामले:

  • एलिस बॉब की सार्वजनिक कुंजी से एक संदेश पर हस्ताक्षर करती है – जिसे केवल बॉब ही अपनी निजी कुंजी से डिक्रिप्ट कर सकता है
  • एलिस अपनी निजी कुंजी से एक संदेश पर हस्ताक्षर करती है – उसकी सार्वजनिक कुंजी से डिक्रिप्ट करके कोई भी सत्यापित कर सकता है कि संदेश एलिस द्वारा भेजा गया था, बिना उसकी निजी कुंजी जाने
  • इन दोनों तरीकों को दो स्तर की एन्क्रिप्शन के साथ मिलाकर, एक संदेश इस तरह से भेजा जा सकता है कि केवल बॉब ही उसे डिक्रिप्ट कर सके, और वह फिर सत्यापित कर सकता है कि प्रेषक वास्तव में एलिस थी

हालांकि पेपर पर उन्हें श्रेय नहीं दिया गया, राल्फ मर्कल इस समस्या को हल करने में महत्वपूर्ण भूमिका में थे, जिसे तब तक असंभव पहेली माना जाता था – खुले और संभावित रूप से शत्रुतापूर्ण नेटवर्क पर निजी संचार कैसे स्थापित या पुनः स्थापित किया जाए।

यह तरीका अपने आप में ब्रूट फोर्स हमले के लिए संवेदनशील है, जिसमें एक हमलावर साझा संख्याओं को लेकर अंततः पर्याप्त समय और संसाधनों के साथ साझा कुंजी को फिर से बना सकता है, इसलिए यह अपने आप में पूर्ण उत्तर नहीं है।

सार्वजनिक कुंजी क्रिप्टोसिस्टम्स के लिए प्रोटोकॉल

जैसा कि ऊपर वर्णित डिफी-हेलमैन सार्वजनिक कुंजी प्रणाली में योगदान देने के साथ-साथ,राल्फ मर्कल कई वर्षों तक इस क्षेत्र में योगदान करते रहे, और बिटकॉइन द्वारा उपयोग किए जाने वाले कुछ प्रमुख घटकों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

एक क्रिप्टोग्राफिक हैश फंक्शन एक गणितीय एल्गोरिदम है जो किसी भी आकार के इनपुट लेता है और जटिल गणनाएँ करके बिट्स में एक हैश मान लौटाता है, जिसे आमतौर पर हेक्साडेसिमल प्रारूप का उपयोग करके एक निश्चित-लंबाई वाले अल्फ़ान्यूमेरिक आउटपुट के रूप में दर्शाया जाता है।

  • इनपुट किसी भी आकार का हो सकता है
  • आउटपुट हमेशा निश्चित लंबाई का और निर्धारक (एक ही इनपुट हर बार वही हैश बनाता है) होता है
  • सत्यापित करना आसान है लेकिन इनपुट को निर्धारित करने के लिए प्रक्रिया को उलटना अत्यंत कठिन है
  • डेटा में मामूली बदलाव भी आउटपुट को पूरी तरह बदल देता है
Hash function

हैशिंग बिटकॉइन प्रोटोकॉल का एक अभिन्न हिस्सा है। बिटकॉइन में प्रयुक्त SHA-256, जिसे NSA ने बनाया था, एक क्रिप्टोग्राफिक हैशिंग एल्गोरिदम का उदाहरण है।

  • श्रृंखला में प्रत्येक ब्लॉक को हैश किया जाता है ताकि डेटा बदला न जा सके – वितरित लेजर की अखंडता सुनिश्चित करने के लिए
  • जनरेट किया गया हैश 'प्रूफ ऑफ वर्क' मानदंडों को पूरा करना चाहिए ताकि उसे वैध ब्लॉक माना जा सके
  • मर्कल ट्री – शाखाओं और हैशेज ऑफ हैशेज का उपयोग करके, हैश ट्री न्यूनतम संग्रहण के साथ बड़े डेटा सेटों का सत्यापन सक्षम कर सकते हैं
  • हैश आधारित हस्ताक्षर और कुंजियाँ वॉलेट, पते और लेनदेन के प्राधिकरण के लिए उपयोग की जा सकती हैं

ब्लॉकचेन राज्यों का वितरित सत्यापन और केवल-परिशिष्ट लेजर मॉडल, जो संशोधन के प्रति प्रतिरोधी हैं, एक-तरफा हैशिंग द्वारा संभव होता है। हैश फंक्शन सार्वजनिक लेजर जैसे बिटकॉइन पर घटनाओं को सत्यापित करने के लिए विश्वसनीय, निर्धारक तरीका प्रदान करते हैं, जब कोई केंद्रीकृत विश्वास मॉडल नहीं होता।

क्रिप्टोग्राफी क्षेत्र में इन नई क्षमताओं से इसके रचनाकारों को उम्मीद थी कि यह इस क्षेत्र में नवाचार की नई लहर लाएंगी।

एलिप्टिक कर्व क्रिप्टोग्राफी

इनमें से एक बाद का नवाचार एलिप्टिक कर्व क्रिप्टोग्राफी के रूप में आया।

एलिप्टिक कर्व क्रिप्टोग्राफी 1985 में दो वैज्ञानिकों, एन. कोब्लिट्ज और वी. मिलर द्वारा प्रस्तुत की गई थी। उन्होंने सीमित अभाज्य क्षेत्रों के बजाय एलिप्टिक कर्व द्वारा परिभाषित बिंदुओं का उपयोग करने का विचार प्रस्तुत किया, ताकि डिस्क्रीट लॉगरिदम समस्या की धारणा बनी रहे, जैसा कि सामान्यतः मानक डिफी-हेलमैन कुंजी विनिमय प्रोटोकॉल में किया जाता है। यह कैसे काम करता है, इसका विवरण इस अनुभाग के दायरे से बाहर है, लेकिन उच्च स्तर पर, एक एलिप्टिक कर्व उन बिंदुओं का समूह है जो एक विशिष्ट गणितीय समीकरण को संतुष्ट करते हैं।

एलिप्टिक कर्व के लिए समीकरण कुछ इस प्रकार दिखता है:

Elliptic curve

इसमें कुछ उपयोगी गुण होते हैं:

  • क्षैतिज सममिति। कर्व पर कोई भी बिंदु x-अक्ष के पार परावर्तित किया जा सकता है और वह उसी कर्व पर रहेगा।
  • कोई भी गैर-ऊर्ध्वाधर रेखा अधिकतम तीन स्थानों पर कर्व को काटेगी।
  • ब्लॉकचेन में सार्वजनिक कुंजियों के कुशल संग्रहण और प्रसारण के लिए कॉम्पैक्ट कुंजी आकार आवश्यक हैं।

इन गुणों का उपयोग डिफी-हेलमैन एल्गोरिदम के समान तरीके से कुंजी जोड़े बनाने के लिए किया जा सकता है। बिटकॉइन ECDSA का उपयोग करता है, जिसका पूरा नाम है एलिप्टिक कर्व डिजिटल सिग्नेचर एल्गोरिदम। यह एक प्रक्रिया है जिसमें एक एलिप्टिक कर्व और एक सीमित क्षेत्र का उपयोग करके डेटा पर इस तरह से 'हस्ताक्षर' किए जाते हैं कि तीसरे पक्ष हस्ताक्षर की प्रामाणिकता सत्यापित कर सकें, जबकि हस्ताक्षरकर्ता के पास हस्ताक्षर बनाने की विशिष्ट क्षमता बनी रहती है। बिटकॉइन में, जिस डेटा पर हस्ताक्षर किए जाते हैं, वह लेनदेन है जो स्वामित्व का हस्तांतरण करता है।

'सीमित' भाग डिफी-हेलमैन के 'मॉड' दृष्टिकोण के समान है, जहाँ समीकरण के आउटपुट को विभाजित किया जाता है और शेष को इस बात के लिए उपयोग किया जाता है कि वह संख्याओं की एक सीमा में फिट हो सके।

3.3 डिजीकैश

क्रिप्टोग्राफी में 'नई रुचि की लहर' के शुरुआती प्रतिभागियों में से एक डेविड चाउम थे। उन्होंने अपने शुरुआती वर्षों में कंप्यूटर सिस्टम को तोड़ना सीखा और उनकी सफलता ने तथाकथित 'सुरक्षित' सिस्टम्स पर अविश्वास पैदा किया। उन्होंने एक ऐसी समस्या को भी पहचाना जिसे अब तक नहीं सोचा गया था: "कैसे यह गुप्त रखा जाए कि कौन किससे और कब बातचीत करता है"।

उन्होंने सार्वजनिक कुंजी क्रिप्टोग्राफी का उपयोग करते हुए एक गुमनाम मेलिंग प्रोटोकॉल डिज़ाइन किया जो संदेशों को 'मिक्स' करता था ताकि स्रोत और गंतव्य गुमनाम रहें। यही TOR नेटवर्क का आधार बना।

चाउम ने डिजिटल भुगतान को भी इसी दृष्टि से देखा – यह पहचानते हुए कि 'व्यक्ति द्वारा किए गए ट्रेस किए जा सकने वाले वित्तीय लेन-देन उसके ठिकाने, संबंधों और जीवनशैली के बारे में बहुत कुछ उजागर कर सकते हैं'। 1980 में उन्होंने क्रिप्टोग्राफी द्वारा सुरक्षित एक डिजिटल कैश सिस्टम का पेटेंट कराया, जो क्रिप्टोकरेंसी का आधार बना। उन्होंने संदेशों और भुगतानों के विकेंद्रीकरण के इर्द-गिर्द आधारित पूरी तरह विकेंद्रीकृत अर्थव्यवस्था बनाने के लिए क्रिप्टोग्राफी के उपयोग के विचार का भी अन्वेषण शुरू किया।

सरकारें नैप्स्टर जैसे केंद्रीकृत नियंत्रित नेटवर्क्स के सिर काटने में माहिर हैं, लेकिन ग्नुटेला और TOR जैसे शुद्ध पी2पी नेटवर्क्स अपनी जगह बनाए हुए हैं।
सातोशी नाकामोटो

विकेंद्रीकृत प्रणालियाँ जिनका कोई केंद्रीय प्राधिकरण नहीं होता – पीयर-टू-पीयर – कई लाभ प्रदान करती हैं:

  • वे तेजी से बढ़ सकती हैं क्योंकि कोई भी बिना पंजीकरण या अनुमति के केवल एक नया नोड चलाकर सिस्टम को बढ़ा सकता है
  • सभी नोड्स समान होते हैं, इसलिए विफलता को दरकिनार किया जा सकता है
  • कोई केंद्रीय प्राधिकरण नहीं है जिसे पकड़कर सिस्टम से समझौता किया जा सके
  • इनको पकड़ना, विनियमित करना, कर लगाना या निगरानी करना अधिक कठिन है क्योंकि इनके पास केंद्रीकृत नियंत्रण बिंदु नहीं होते

एक दशक बाद उन्होंने अपनी कंपनी डीजीकैश की स्थापना की ताकि 'ईकैश' बनाया जा सके, जो दुनिया की पहली डिजिटल कैश प्रणाली थी। कई प्रसिद्ध नाम कुछ समय के लिए डीजीकैश से जुड़े, जिसे कुछ सफलता मिली लेकिन अंततः यह विफल हो गई और दिवालिया घोषित हो गई।

डिजिटल पैसे में आगे के विकास

जुलाई 2010 के एक फोरम पोस्ट में, सातोशी नाकामोटो ने कहा: “बिटकॉइन, 1998 में साइफरपंक्स पर वेई डाई के b-money प्रस्ताव और निक स्जाबो के बिट गोल्ड प्रस्ताव का कार्यान्वयन है।”

हालांकि इन दोनों विचारों में से कोई भी प्रस्ताव चरण से आगे नहीं बढ़ा, लेकिन इनमें पाए जाने वाले कुछ विचार स्पष्ट रूप से बिटकॉइन के विकास को प्रभावित करते हैं:

  • 'प्रूफ ऑफ वर्क' का उपयोग करके कम्प्यूटेशनल कार्य को मौद्रिक मूल्य देना
  • यह अवधारणा कि गणना की लागत समय के साथ बदलती है और इसका हिसाब रखना आवश्यक है

लेकिन पहले हम हैशकैश को देखेंगे।

3.4 हैशकैश

हैशकैश का निर्माण एडम बैक ने किया था, जो इस क्षेत्र के शुरुआती नवप्रवर्तकों में से एक थे। एडम को इंटरनेट पर मुक्त बाजारों और गोपनीयता में गहरी रुचि थी, और वे साइफरपंक्स मेलिंग लिस्ट से जुड़े, जिसमें वे सक्रिय सदस्य बन गए।

उन्हें डिजिटल पैसे में बहुत रुचि थी, और उन्होंने समूह को सुझाव दिया कि वे चौम के साथ डिगीकैश पर और अधिक निकटता से काम कैसे कर सकते हैं, लेकिन ये प्रयास आगे नहीं बढ़े। इसके बाद उन्होंने अपना ध्यान एक और उभरती हुई समस्या – ईमेल स्पैम – की ओर लगाया। वे और बाकी साइफरपंक्स स्पैम की समस्या का हल ढूंढना चाहते थे, जिसमें स्पैमर के लिए हजारों ईमेल बनाना और भेजना बहुत आसान था, जिससे नेटवर्क जाम हो जाते थे। उनका अभिनव समाधान हैशिंग पर आधारित था – क्रिप्टोग्राफी की वह क्षमता जिससे किसी भी डेटा को एक विशिष्ट लंबाई की अद्वितीय और यादृच्छिक स्ट्रिंग में बदला जा सकता है, ताकि एक डिजिटल 'स्टैम्प' बनाया जा सके जिसे ईमेल में जोड़ना आवश्यक हो, तभी वह वैध मानी जाएगी और नेटवर्क में भेजी जा सकेगी। एक असली ईमेल के लिए यह मामूली लागत थी, लेकिन स्पैमर के लिए यह अवरोधक थी।

हैशकैश की मुख्य नवप्रवर्तन यह थी कि इसने वास्तविक दुनिया के संसाधनों – कम्प्यूटेशनल शक्ति – को एक डिजिटल नेटवर्क से जोड़ा। जहाँ अब तक डिजिटल संसाधनों को असीमित रूप से दोहराया जा सकता था, वहीं 'हैशकैश' की संख्या इस बात से सीमित थी कि लोग इसमें कितनी ऊर्जा निवेश करने को तैयार हैं।

हालाँकि यह समाधान उन कुछ मानदंडों को पूरा करता था जिन्हें एडम एक डिजिटल कैश सिस्टम में आवश्यक मानते थे; यह गुमनाम, मजबूत और ट्रस्टलेस था, लेकिन प्रत्येक हैशकैश पुन: उपयोग योग्य नहीं था और न ही वास्तव में दुर्लभ था। उन्होंने सुझाव दिया कि इन समस्याओं को बाहरी तीसरे पक्षों के माध्यम से हल किया जा सकता है।

बिटगोल्ड

निक स्जाबो ने हैशकैश और प्रूफ ऑफ वर्क की अवधारणा पर आधारित होकर एक वैकल्पिक समाधान प्रस्तावित किया, जिसे उन्होंने हैशकैश के प्रकाशित होने के एक साल बाद, 1998 में एक मेलिंग लिस्ट में वर्णित किया।

हालाँकि यह प्रस्ताव समाधान के करीब था, इसमें अभी भी कई चुनौतियाँ थीं।

  • हैश के स्वामित्व की रजिस्ट्री कौन चलाएगा और उन पर कैसे भरोसा किया जा सकता है?
  • समय के साथ हैशिंग आमतौर पर सस्ती होती जाती है, जो हैशकैश के लिए भी एक चुनौती थी।

चूंकि जुड़े हुए हैशों पर टाइम-स्टैम्प लगे होंगे, उन्होंने उस समय हैशिंग की कठिनाई का ऐतिहासिक ट्रैकिंग का कोई रूप प्रस्तावित किया; एक पहले का हैश बाद के हैश की तुलना में अधिक प्रोसेसिंग लागत मांगेगा क्योंकि लागतें कम हो गई हैं। दुर्भाग्यवश, इसका अर्थ था कि हैश 'फंजिबल' यानी समान मूल्य के नहीं होंगे, जबकि यह डिजिटल पैसे की एक मुख्य विशेषता मानी जाती है। इसे हल करने के लिए निक ने बिटगोल्ड के ऊपर 'फ्री बैंकिंग' का कोई रूप सुझाया, जो विभिन्न समूहों के हैशों को एकत्रित कर सके, ताकि वे समान मूल्य के माने जाएं।

बी-मनी

बिटगोल्ड प्रस्ताव के तुरंत बाद, वेई डाई ने एक समान समाधान प्रस्तावित किया। उन्होंने पहले ही साइफरपंक्स के लिए कई अन्य उपकरण विकसित किए थे, और उनके पास डिजिटल पैसे को लेकर अपनी खुद की सोच थी।

उनका प्रस्ताव बिटगोल्ड के समान था क्योंकि इसमें नकद हस्तांतरण के लिए डिजिटल हस्ताक्षरों का उपयोग किया गया था, और लेन-देन के रिकॉर्ड एक लेजर पर संग्रहीत किए जाते थे, जिसमें सार्वजनिक कुंजी और प्रत्येक को आवंटित मुद्रा इकाइयों की संख्या होती थी। बिटगोल्ड की तरह, विश्वसनीय तीसरे पक्षों को सुरक्षा में कमजोरी माना गया, और यह विश्वास था कि एक इलेक्ट्रॉनिक कैश सिस्टम को बैलेंस, लेन-देन या डबल स्पेंड को रोकने के लिए किसी एक इकाई पर निर्भर नहीं होना चाहिए।

वेई डाई ने इन समस्याओं के कई समाधान प्रस्तावित किए, जिनमें से एक यह था कि लेजर को बनाए रखने के लिए किसी केंद्रीय इकाई(यों) के बजाय, सभी नोड्स इसकी एक प्रति रखें। यदि सभी उपयोगकर्ता अपनी खुद की लेजर और प्रत्येक लेन-देन की वैधता की जांच करें, तो जब तक सभी नोड्स अद्यतित रहें, लेजर पूरे नेटवर्क में सिंक्रनाइज़ रहेंगे। यह अत्यधिक वितरित प्रणाली भ्रष्ट करना कठिन होगा।

वेई डाई ने पहचाना कि इससे बायजेंटाइन जनरल्स समस्या (1) हल नहीं होती, क्योंकि नोड्स आसानी से सिंक्रनाइज़ेशन खो सकते हैं या बस झूठ बोल सकते हैं। उन्होंने वैकल्पिक तरीके सुझाए, जैसे कि लेजर बनाए रखने के लिए 'विश्वसनीय' सर्वरों का एक उपसमुच्चय रखना, और इन सर्वरों को ईमानदार बनाए रखने के लिए वित्तीय प्रोत्साहन देना।

मौद्रिक नीति के लिए, उन्होंने बी-मनी की क्रय शक्ति को किसी बाहरी उपभोक्ता मूल्य सूचकांक से जोड़ने का प्रस्ताव रखा। वे चाहते थे कि समय के साथ बी-मनी की समान मात्रा सूचकांक का समान हिस्सा खरीद सके, जिससे कुछ मूल्य स्थिरता बनी रहे। तो, कोई भी एक वैध हैश प्रदान करके नई मुद्रा इकाइयाँ बना सकता था, लेकिन हैश बनाने की कठिनाई समय के साथ CPU लागत और मूल्य सूचकांक के आधार पर बदल सकती थी, ताकि प्रत्येक इकाई 'अपरिवर्तनीय' रहे।

3.5 बिटटोरेंट

एक और परियोजना जिसने बिटकॉइन के आने से पहले क्रिप्टोकरेंसी के आकार लेने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, वह है बिटटोरेंट।

2001 में, ब्रैम कोहेन ने बिटटोरेंट नामक एक प्रोटोकॉल का डिज़ाइन जारी किया, जिसे पीयर-टू-पीयर फाइल शेयरिंग सिस्टम को चलाने के लिए बनाया गया था। उन्होंने MojoNation नामक एक कंपनी में काम करना शुरू किया, जिसे लोगों को गोपनीय फाइलों को एन्क्रिप्टेड टुकड़ों में तोड़कर उन कंप्यूटरों पर वितरित करने की अनुमति देने के लिए स्थापित किया गया था, जो यह सॉफ्टवेयर चला रहे थे। एक फाइल की कॉपी एक साथ कई कंप्यूटरों से डाउनलोड की जाती थी। हालांकि यह अंततः असफल रहा, लेकिन इसने कोहेन को फाइल-शेयरिंग क्षेत्र से परिचित कराया, जहां उन्होंने तय किया कि वह एक बेहतर प्रोटोकॉल बना सकते हैं, जिसमें शामिल थे:

  • स्वार्म: मशीनों का एक समुदाय जो कंटेंट डाउनलोड या अपलोड कर रहा है
  • ट्रैकर: एक समर्पित उपकरण जो सर्च इंजन की तरह काम करता है, लेकिन स्वार्म के भीतर मौजूद फाइलों का हिसाब रखता है। इससे उपयोगकर्ताओं को आसानी से वह फाइल देखने और एक्सेस करने की सुविधा मिलती है, जिसकी उन्हें आवश्यकता हो सकती है।
  • बिटटोरेंट क्लाइंट: ट्रैकर तक पहुंचने के लिए कंप्यूटर पर इंस्टॉल किया जाता है। ध्यान दें कि फाइलें वास्तव में केवल स्वार्म में ही रखी जाती हैं।
  • एक प्रोत्साहन योजना जिसमें नेटवर्क में फाइल शेयरर के रूप में भाग लेने वाले उपयोगकर्ताओं को तेज डाउनलोड मिलते हैं।

बिटकॉइन से समानताएँ:

  • दोनों प्रोटोकॉल पीयर-टू-पीयर आधार पर काम करते हैं।
  • विकेंद्रीकृत डिज़ाइन
  • बिटटोरेंट फाइलें और बिटकॉइन लेजर नेटवर्क में वितरित होते हैं।
  • ओपन-सोर्स उत्पत्ति (बिटटोरेंट अंततः एक क्लोज्ड-सोर्स सॉफ्टवेयर बन गया)

3.6 पुन: प्रयोज्य कार्य प्रमाण (रीयूजेबल प्रूफ ऑफ वर्क)

हैल फिन्नी साइफरपंक आंदोलन के एक और प्रसिद्ध सदस्य हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक नकद के विकास में बहुत रुचि रखते थे और मेलिंग लिस्ट पर सक्रिय थे।

उन्होंने प्रूफ-ऑफ-वर्क आधारित इलेक्ट्रॉनिक नकद प्रणाली के विकास का एक और प्रयास करने का निर्णय लिया। अब तक, हैश आउटपुट प्रत्येक लेन-देन के लिए अद्वितीय था, लेकिन उनका विचार 'पुन: प्रयोज्य प्रूफ्स ऑफ वर्क' बनाने का था।

इस दृष्टिकोण की कमी यह है कि इसमें एक केंद्रीकृत सर्वर होता है, जिस पर भरोसा करना पड़ता है कि वह डबल स्पेंड नहीं करेगा या बंद नहीं हो जाएगा। इससे बचने के लिए, हैल ने फ्री और ओपन सोर्स सॉफ़्टवेयर का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा, जिसे एक सुरक्षित हार्डवेयर घटक पर होस्ट किया जा सकता है और स्वतंत्र रूप से सत्यापित किया जा सकता है।

इस समाधान को अभी भी अन्य प्रस्तावों जैसी कुछ समस्याओं का सामना करना पड़ा:

  • 'चिकन और अंडा' की समस्या, जिसमें अपनाने के लिए प्रोत्साहन की कमी होती है—उपयोगकर्ता टोकन मांगने के लिए प्रेरित नहीं होते, और विक्रेता तब तक सिस्टम से नहीं जुड़ना चाहते जब तक उपयोगकर्ता इन टोकनों से भुगतान करना न चाहें।
  • जैसे-जैसे कंप्यूटिंग प्रदर्शन में सुधार होता है, POW की लागत समय के साथ सस्ती होने की संभावना है, जिससे यह संकेत मिलता है कि अंततः बाजार RPOW मुद्रा इकाइयों से भर जाएगा।
यदि मूर का नियम सही रहता है, तो (POW) टोकन बनाने की लागत लगातार, घातीय दर से घटती जाएगी। ध्यान दें कि यह पैसा नहीं है और न ही इसे मूल्य के भंडार के रूप में बनाया गया है, बल्कि यह कंप्यूटर प्रयास का आसानी से विनिमय योग्य प्रतिनिधित्व है।
हैल फिन्नी

इन विशेषताओं ने परियोजना की अपील और इसलिए अपनाने को सीमित कर दिया, और उनकी पूरी कोशिशों के बावजूद, यह परियोजना भी इलेक्ट्रॉनिक नकद बनाने के एक और असफल प्रयास के रूप में समाप्त हो गई।

3.7 बिटकॉइन

कई वर्षों और असफल प्रयासों के बाद, अधिकांश साइफरपंक डिजिटल बिना अनुमति वाली मुद्रा के विचार में रुचि खोने लगे थे, जब एडम बैक को एक गुमनाम व्यक्ति से, जिसने खुद को सातोशी नाकामोटो कहा, 'तीसरे पक्ष के बिना इलेक्ट्रॉनिक कैश' नामक एक ड्राफ्ट श्वेतपत्र का लिंक वाला ईमेल प्राप्त हुआ।

इस बिंदु पर संक्षेप में कहें तो, हमारे पास कम से कम ये विचार हैं:

  • क्रिप्टोग्राफिक हस्ताक्षर जो गोपनीयता और गुमनामी का एक स्तर प्रदान कर सकते हैं
  • एक बिना समर्थन वाली मुद्रा की अवधारणा (बी-मनी)
  • नए मुद्रा निर्गम को सीमित करने के प्रस्ताव (लेकिन कोई तरीका नहीं)
  • डिजिटल सिक्के जिनका स्वामित्व सार्वजनिक कुंजियों द्वारा निर्धारित किया गया था (बी-मनी) और जिन्हें हस्ताक्षर करके और प्राप्तकर्ता पते के आधार पर पुनः आवंटित किया जा सकता था (आरपीओडब्ल्यू और हैशकैश)
  • सभी नोड्स एक पूरी तरह से वितरित लेजर की प्रति बनाए रखते हैं (बी-मनी) (उस समय अव्यावहारिक मानकर खारिज कर दिया गया था)
  • टाइम-स्टैम्पिंग प्रोटोकॉल – मर्कल ट्री हैशिंग का उपयोग करके घटनाओं की गणितीय रूप से प्रमाणित कालक्रम प्रदान करना, जिसे झूठा साबित करना कठिन है यदि सभी उपयोगकर्ता एक ही रिकॉर्ड रखते हैं
  • प्रूफ ऑफ वर्क – वास्तविक दुनिया के प्रयास को सिस्टम से जोड़ने के लिए (लेकिन हैश को ही मुद्रा के रूप में उपयोग करना)
  • पूरी तरह विकेंद्रीकृत नेटवर्क जहाँ सभी पीयर समान हैं और नेटवर्क में आ-जा सकते हैं (बिटटोरेंट)
  • नई हैशों को पिछली हैशों से जोड़ने की अवधारणा (बिट गोल्ड और टाइम-स्टैम्पिंग)

उस समय जो कमी थी, उसमें शामिल हैं:

  • ‘बीजान्टाइन जनरल्स’ समस्या का एक व्यावहारिक समाधान
  • सर्कुलेशन में पैसे की मात्रा को सीमित करने की विधि, भले ही हार्डवेयर में लगातार सुधार हो
  • लोगों को भाग लेने के लिए प्रोत्साहन योजना (मुर्गी और अंडा समस्या)

हाल के प्रयासों और बिटकॉइन के बीच दूसरा बड़ा अंतर यह था कि सातोशी ने इसे मेलिंग लिस्ट पर घोषित करने से पहले 'साइफरपंक कोड लिखते हैं' की मूल भावना के अनुसार काफी समय तक कोड पर काम किया था, जबकि बिट गोल्ड और बी-मनी अधिक सैद्धांतिक थे।

वह नवाचार क्या था जिसने बिटकॉइन को इलेक्ट्रॉनिक कैश के पिछले प्रयासों से अलग किया?

प्रूफ ऑफ वर्क का उपयोग सहमति तंत्र और सुरक्षा तथा अपरिवर्तनीयता प्रदान करने के तरीके के रूप में किया जाएगा: हैश को मुद्रा के रूप में उपयोग करने के बजाय, इसे एक नई वैचारिक प्रक्रिया 'माइनिंग' में उपयोग किया जाएगा, जहाँ एक नोड लेन-देन के एक सेट को एकत्र करेगा, एक यादृच्छिक संख्या जोड़ेगा और फिर डेटा के 'ब्लॉक' पर हैशिंग लागू करेगा। एक वैध ब्लॉक जो हैश आवश्यकता को पूरा करता है, उसे नेटवर्क में प्रसारित किया जाएगा। इन ब्लॉकों को प्रत्येक में पिछले ब्लॉक के हैश का उपयोग करके जोड़ा जाएगा, और सबसे लंबी ब्लॉकचेन का उपयोग टाईब्रेक की स्थिति में किया जाएगा, जहाँ विभिन्न नोड्स एक ही समय पर अलग-अलग ब्लॉक को मान्य और प्रसारित करेंगे जिससे चेन विभाजन होगा। प्रूफ ऑफ वर्क बीजान्टाइन जनरल्स समस्या को हल करने के लिए वितरित टाई-ब्रेकर बन गया।

इन माइनरों को प्रूफ-ऑफ-वर्क करने के लिए आवश्यक सीपीयू प्रदान करने के लिए प्रोत्साहन भी दिया गया, प्रत्येक ब्लॉक के लिए उन्हें नए बिटकॉइन आवंटित करके। उन्हें मिलने वाले बिटकॉइन की मात्रा भी लगभग हर 4 साल में कम होने के लिए प्रोग्राम की गई है, जब तक कि सभी बिटकॉइन बना नहीं लिए जाते, जिससे कुल बिटकॉइन की संख्या 21 मिलियन पर सीमित हो जाती है।

सबसे मौलिक विचार यह था कि जैसे-जैसे हार्डवेयर में सुधार होता है और नेटवर्क में अधिक शक्ति लगाई जा सकती है, उतना पैसा कैसे बनाया जाए, इस समस्या को उन्होंने कैसे हल किया। एक निश्चित संख्या के ब्लॉकों (2016) के टाइमस्टैम्प का औसत निकाला जाएगा, और यदि वे बहुत जल्दी बन रहे हैं, तो नए ब्लॉक के लिए आवश्यक हैश को और कठिन बना दिया जाएगा, यदि बहुत धीरे-धीरे बन रहे हैं तो आसान कर दिया जाएगा। यह विकेंद्रीकृत प्रोटोकॉल में बनाया गया था जिसे सभी नोड्स चलाते हैं, इसलिए कोई भी माइनर इसे अनदेखा करेगा तो उसे कोई लाभ नहीं मिलेगा क्योंकि उसका ब्लॉक नेटवर्क द्वारा अस्वीकार कर दिया जाएगा। यह समायोजन सुनिश्चित करता है कि नए ब्लॉकों का निर्माण जारी निर्गम अनुसूची के अनुसार रहे, और माइनरों को 'नियमों के अनुसार खेलने' के लिए प्रोत्साहन देता है।


सारांश

सतोषी द्वारा अपना श्वेतपत्र जारी करने और जल्द ही कोड की प्रारंभिक रिलीज़ से पहले, एक विकेंद्रीकृत पीयर-टू-पीयर इलेक्ट्रॉनिक कैश सिस्टम बनाने के लिए आवश्यक पहेली के कई टुकड़े, जो मजबूत मुद्रा सिद्धांतों पर आधारित हो, पहले से ही मौजूद थे।

बिटकॉइन की प्रकृति ऐसी है कि एक बार संस्करण 0.1 जारी हो गया, कोर डिज़ाइन इसकी पूरी उम्र के लिए पत्थर में अंकित हो गया
सातोशी नाकामोटो

हालांकि सुधारों (BIPs) के लिए कई विचार प्रस्तावित और अपनाए गए हैं, बिटकॉइन 2009 से ही प्रारंभिक रिलीज़ में डिज़ाइन किए गए प्रोटोकॉल का पालन करते हुए पृष्ठभूमि में लगातार काम कर रहा है और शायद ही कभी कोई बाधा आई हो। सभी सुधार इस तरह किए गए हैं कि वे सभी पिछले संस्करणों के साथ पिछड़ा संगतता सक्षम करते हैं।

टिप्पणियाँ
  1. बीजान्टाइन जनरल्स समस्या की व्याख्या के लिए देखें https://en.wikipedia.org/wiki/Byzantine_fault

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