Tegen alle verwachtingen in werd de Nakamoto-coëfficiënt niet genoemd door de maker van Bitcoin zelf. Het concept werd in 2017 gepubliceerd door Balaji S. Srinivasan, voormalig CTO bij Coinbase en partner bij het beroemde fonds Andreessen Horowitz (bekend als a16z). Deze coëfficiënt is belangrijk omdat gebruikers en ontwikkelaars van een blockchain zeker moeten zijn dat elke geldige transactie die ze op het netwerk indienen, in een blok wordt opgenomen en vervolgens door het consensusmechanisme wordt bevestigd.

Als een groep consensusknooppunten (validators op het netwerk) wordt gecompromitteerd of zich kwaadwillig en gecoördineerd gedraagt, kan deze proberen het netwerk te wijzigen of te voorkomen dat het netwerk consensus bereikt over nieuwe blokken. De Nakamoto-coëfficiënt is een manier om de veerkracht van een blockchain tegen dergelijk gedrag te meten. Met andere woorden, de coëfficiënt schat de kwetsbaarheid in van een blockchain voor het risico van een kwaadwillige consensus.

Kort gezegd vertegenwoordigt deze coëfficiënt het aantal knooppunten (validators op een netwerk) dat opzettelijk moet willen voorkomen dat een blockchain correct functioneert. Hoe hoger deze coëfficiënt in verhouding tot het totale aantal validators, hoe lager het risico op corruptie en dus hoe meer gedecentraliseerd het netwerk wordt. Het wordt berekend aan de hand van zes indicatoren:

  • Mining (per beloning)
  • Client (per codebasis)
  • Ontwikkelaars (per softwarecommits)
  • Knooppunten (per aantal)
  • Beurzen (per transactievolume)
  • Eigendom (per adres)

Het risiconiveau verschilt afhankelijk van het onderliggende consensusmodel (proof-of-stake of proof-of-work) van het onderzochte blockchain-netwerk.

Nakamoto-coëfficiënt - Proof-of-Work (PoW)

In het geval van Bitcoin, en in het algemeen bij alle blockchains die werken onder het proof-of-work-consensusmechanisme, kan elke persoon of groep personen met 51 % van de rekenkracht (hashrate) van het netwerk het naar eigen inzicht controleren. Met andere woorden, deze persoon of groep kan een dubbele uitgave doen en de keten manipuleren. Bijvoorbeeld, op Bitcoin concentreren twee mining pools (groepen van meerdere munters die hun rekenkracht bundelen) samen 56 % van de rekenkracht.

Hashfrequentiedistributie op Bitcoin (28 mei 2024) (bron: Blockchair.com)

We kunnen verschillende interpretaties hebben van de Nakamoto-coëfficiënt op Bitcoin. We zouden kunnen zeggen dat als Foundry USA Pool en AntPool (grafiek hierboven) zich zouden verenigen om een aanval op het netwerk te coördineren, ze de rekenkracht zouden hebben om Bitcoin te corrumperen (dat wil zeggen meer dan 51 % van de rekenkracht). Echter, achter elk van deze pools zitten munters, individuen zoals jij en ik, die hebben besloten bij te dragen aan het systeem door hun rekenkracht te bundelen om meer kans te maken een blok te valideren en zo beloond te worden in bitcoin. Als ze samen een blok valideren, delen ze de beloning naar rato van ieders bijdrage.

Deze bundeling is mogelijk dankzij een functie in de Bitcoin-clientsoftware die een mining pool in staat stelt blokken gezamenlijk te exploiteren door de rekenkracht van een groep munters te combineren.

Vereenvoudigd uitgelegd: je meldt je bij een server aan met een gebruikersnaam, wachtwoord en betalingsadres en vervolgens gaat jouw machine aan de slag om berekeningen uit te voeren, samen met de machines van andere gebruikers op dezelfde server. Zodra de algoritmische vergelijking van het blok samen is vastgesteld, wordt de beloning verdeeld over de verschillende machines op basis van de geleverde hoeveelheid werk (proof-of-work).

Terug naar de Nakamoto-coëfficiënt. Zoals eerder vermeld, kunnen we ervan uitgaan dat deze coëfficiënt 2 bedraagt door Foundry USA Pool en AntPool samen te voegen, die samen 56 % van de totale rekenkracht bezitten. Dat wil zeggen, het zou voldoende zijn dat twee actoren zich verenigen om het netwerk te corrumperen. Maar omdat munters vrij zijn om de pools te verlaten, kunnen ze op elk moment besluiten de wil van sommige andere munters deze pools die het systeem willen corrumperen, niet te volgen. Daarom wordt de coëfficiënt in het geval van Bitcoin meestal berekend op basis van het aantal individuele knooppunten. Er zijn er iets meer dan 19.000 op het moment van schrijven van dit artikel.

Aantal knooppunten op het Bitcoin-netwerk (bron: Bitnodes)

De coëfficiënt wordt dus meestal geschat op 51 % van het totale aantal knooppunten op het netwerk, oftewel 9.601. Dit aantal moet echter met voorzichtigheid worden genomen, aangezien elk knooppunt niet precies dezelfde rekenkracht heeft, afhankelijk van het aantal en de kwaliteit van de machines die door de munters achter deze knooppunten worden gebruikt. Met andere woorden, een munter A met 2 muntmachines die zijn eigen knooppunt bezit, zal een veel lagere rekenkracht hebben dan een groep munters van een pool B met 100 machines. Door de knooppunten met de grootste rekenkracht te nemen, zou het aantal van 9601 dus worden verminderd, aangezien dit aantal aanvankelijk wordt berekend alsof elk knooppunt dezelfde rekenkracht heeft. Echter, zelfs met deze niet te verwaarlozen subtiliteit in gedachten blijft Bitcoin het meest gedecentraliseerde netwerk, en met afstand.

Hier hebben we ons gericht op de Nakamoto-coëfficiënt voor een blockchain van het type proof-of-work. Bij blockchains van het type proof-of-stake werkt dit echter helemaal anders.

Nakamoto-coëfficiënt - Proof-of-Stake (PoS)

In proof-of-stake blockchain-netwerken is de Nakamoto-coëfficiënt die niet mag worden overschreden anders dan de coëfficiënt die we gezien bij systemen van het type proof-of-work hebben gezien.

Om een proof-of-stake netwerk correct te laten functioneren, mag een knooppunt niet meer dan 33,4 %, oftewel een derde, van het vergrendelde aanbod op het netwerk bezitten, anders zou het op zich alleen al de keten kunnen corrumperen. Het is dus essentieel om te voorkomen dat een knooppunt meer dan 33,4 % van de stemrechten bezit om de goede werking van het netwerk te behouden en de censuurbestendigheid ervan te waarborgen. Net als bij proof-of-work kunnen knooppunten echter hun "inzet" bundelen om samen meer dan 33,4 % van de stemrechten te bezitten.

Opmerking: het is belangrijk op te merken dat een aanvaller of groep aanvallers niet een derde van het totale circulerende aanbod hoeft te bezitten maar eerder een derde van de actieve inzet (staking of vastzetting op het netwerk). Inderdaad, de meeste investeerders kopen en houden hun cryptovaluta’s (die werken op een PoS-blockchain) in portefeuille zonder ze op het netwerk te staken (en dus vast te zetten) om validator te worden en rendement te behalen.

Voorbeeld: stel dat slechts 25 % van het totale aanbod is vergrendeld (gestaked), dan is het vereiste bedrag om het netwerk te corrumperen slechts 1/12 van het totale aanbod, oftewel 1/3 x 25 %.

We zien hier dat het "gewicht" of de "stemkracht" van een validator evenredig is aan het bedrag van de inzet die ermee is geassocieerd. Daarom kunnen validators met meer inzet (dus meer gestakede cryptomunten) een grotere invloed hebben op het resultaat van het consensusproces en de productie, beveiliging en validatie van validators met minder inzet blokkeren.

Laten we enkele concrete voorbeelden noemen:

Nakamoto-coëfficiënt van verschillende PoS-blockchains (bron: Solana.com)

Uit de bovenstaande grafiek leren wij dat de Nakamoto-coëfficiënt voor het Solana-netwerk 31 bedraagt. Dit betekent dat het minimum aantal validators dat zou moeten samenwerken om het netwerk te censureren 31 bedraagt. Met andere woorden, de 31 adressen die de meeste SOL gestaked op het netwerk bezitten, zouden moeten samenwerken om 33,4 % van het totale vastgezette aanbod te bereiken en zo het netwerk te kunnen censureren. We zouden dezelfde intellectuele redenering kunnen volgen voor het Avalanche-, Binance- en Polygon-netwerk, maar met hun bijbehorende coëfficiënt (zie bovenstaande grafiek).

Een toename van deze coëfficiënt in de loop van de tijd is een teken van goede gezondheid voor de decentralisatie van het netwerk. Dat geldt omgekeerd ook bij een daling.

Opmerking: validators op een netwerk hebben er geen belang bij om samen te werken om 33,4 % van het netwerk te bezitten. Dit zou namelijk een totaal verlies van vertrouwen van beleggers in het netwerk kunnen veroorzaken en dus ook in de bijbehorende cryptovaluta. Dit zou massale verkoopgolven kunnen veroorzaken en de waarde van het activum drastisch kunnen laten dalen. Zo zouden de validators nog steeds 33,4 % van het netwerk bezitten (via het bezit van het vergrendelde aanbod in de cryptomunt) maar zou de economische waarde ervan automatisch tot nul worden herleid.

Kortom, de Nakamoto-coëfficiënt maakt het mogelijk om de gedecentraliseerde aard van een blockchain-netwerk te beoordelen. Een eigenschap die erg belangrijk is in de ogen van de maker van Bitcoin. De crypto-blockchaininitiatieven die al snel in het kielzog van Satoshi's libertaire filosofie ontstonden, zijn echter ondernemersinitiatieven. Meer dan 20.000 cryptovaluta’s zijn in tien jaar tijd de bitcoin komen vervoegen, met beloften van decentralisatie, sociale revolutie en een nieuw trustless economisch paradigma. Een marketingvernis 3.0 dat in veel gevallen op sluwe en oneerlijke wijze is geïntroduceerd in de whitepapers van crypto-blockchainprojecten, waardoor onervaren beleggers die snel geld willen verdienen, worden misleid. Dankzij de Nakamoto-coëfficiënt kunnen we nu op zijn minst snel de gedecentraliseerde aard van een blockchain beoordelen, hoewel andere elementen moeten worden overwogen om de betrouwbaarheid van een gedistribueerd netwerk te waarborgen.