Martin Harrigan är datavetenskapare och mjukvaruutvecklare. Han är grundare av QuantaBytes, en irländsk startande som utvecklar en uppsättning verktyg för att analysera och visualisera bitcoins blockkedja. Han är också medförfattare till en av de tidigaste akademiska uppsatserna för att studera blockkedjans nätverksegenskaper och dess konsekvenser för anonymitet.

Blockkedjan är en decentraliserad, konsensusdriven ledger av varje framgångsrik bitcoin-transaktion hittills. Från och med 300 000-talet innehåller bokföringen över 38 miljoner transaktioner.

Bortsett från att vara en monumental teknisk prestation är blockkedjan en fascinerande dataset. Vi kan använda den för att skapa ett transaktionsnätverk som modellerar flödet av bitcoins från skapandet av genesis-blocket till idag.

I det här nätverket representerar varje nod en transaktion, och varje (riktad) kant representerar ett flöde av bitcoins från en utgång från en transaktion till en ingång av en annan. Detta stora komplexa nätverk har över 38 miljoner noder och 85 miljoner kanter.

Transaktionsnätet representerar flödet av bitcoins mellan transaktioner över tiden.

Nätverksvetenskap

Nätverksvetenskap är studien av komplexa nätverk. Det ger teorier, tekniker och verktyg som hjälper oss att förstå strukturen och utvecklingen av ett nätverk. Bitcoin-transaktionsnätverket är ett utmärkt exempel. Dess grundläggande byggsten, transaktionen, kan kombineras för att producera komplexa värdeöverföringar. Detta återspeglas i transaktionsnätets topologiska struktur.

Nätverket som helhet är för stort och komplext för de flesta nätverks visualiseringsverktyg. Vi kan emellertid mäta olika strukturella egenskaper hos nätverket. Transaktioner kan till exempel präglas av deras varierande antal ingångar och utgångar. Men hur delas dessa siffror i praktiken? I transaktionsnätet kan vi analysera in- och utgraderna för noderna. Vi kan plotta in-och ut-grad fördelningar. De visar i varje grad hur många gånger de uppstår i nätverket.

Transaktionsnätets in-grad-fördelning.

Utföringsgraden för transaktionsnätverket.

I båda fallen observerar vi omvända förhållanden mellan dessa tal. Ju lägre grad, desto oftare uppstår noderna med denna grad. Ju högre grad, ju mindre ofta uppstår. Det finns många outliers. Outlier i utgraden fördelning med out-grad lika med två beror på en överflöd av transaktioner med exakt två utgångar.

Jätte ansluten komponent

Antag att vi kunde visualisera hela bitcoin-transaktionsnätet. Det skulle förmodligen likna en "hårboll". Dessa visualiseringar lider av cluttering och överplotting till en extremitet som gör dem oanvändbara för alla praktiska ändamål.De tillhandahåller dock en viktig del av informationen. Går vi till en stor ansluten komponent eller flera mindre anslutna komponenter?

Många visualiseringar av stora nätverk är "hårbollar".

En ansluten komponent är en grupp med noder och kanter som alla är direkt anslutna till varandra, antingen direkt eller indirekt. Om ett nätverk har en jätte ansluten komponent betyder det att nästan varje nod kan nås från nästan alla andra nod. Om vi ​​ignorerar kanterna i bitcoin-transaktionsnätet innehåller den faktiskt en jätte ansluten komponent som täcker över 99. 9% av alla noder. Den näst största anslutna komponenten har bara 71 noder.

Fjorton grader av separation

Sex grader av separation är teorin att alla på planeten är kopplade till alla andra genom en kedja av bekanta med högst sex humle. I nätverksvetenskapsterminologin översätts detta till teorin om att människans sociala nätverk har en diameter på sex. Facebook rapporterade att den effektiva diametern (som täcker 90% av alla användare) av sitt sociala nätverk är fem och minskar med tiden.

Det motsvarande numret för bitcoin-transaktionsnätverket är fjorton och ökar med tiden. Det vill säga att över 90% av alla transaktionspar är den kortaste vägen mellan dem i transaktionsnätet, och ignorerar riktning, högst fjorton humle. Det ökande värdet beror troligen på att, till skillnad från det sociala Facebook-nätverket, finns det ingen förmånsfunktion. Nya noder är kopplade till befintliga noder vars motsvarande transaktioner ännu inte är helt inlösta. Med andra ord växer transaktionsnätverket endast vid gränsen.

Den första valutan med en bokstav

Överraskande är bitcoin inte den första valutan med en storleksbok från vilken vi kan modellera värdeöverföringen. Tomamae-cho-gemenskapens valuta infördes i Hokkaido Prefecture i Japan under en period på tre månader under 2004-05 för att återuppliva den lokala ekonomin. Tomamae-cho-systemet involverade presentkort som var återanvändbara och lagligt inlösningsbara i yen. Det var ett inmatningsutrymme på baksidan av varje certifikat för mottagare att registrera transaktionsdatum, deras namn och adresser och användningsändamål, upp till högst fem mottagare.

Forskare samlade in dessa certifikat för att härleda en nätverksstruktur som representerade flödet av valuta under perioden. De visade till exempel att nätverket hade små världsegenskaper.

En nätverksrepresentation av överföringen av värde med en gemenskapsvaluta.

Källa: Nätverksanalyser av cirkulationsflödet för gemenskapens valuta

Blockkedjan är en digital ekvivalent med Tomamae-cho-certifikaten. Det innehåller inte information som namn och adresser eller användningsändamål. Det har dock andra egenskaper som gör det lämpligt för att analysera överföringen av värde inklusive dess noggrannhet, storlek och fullständighet.

Tillämpningen av nätverksanalys till blockkedjan är ett undersökat, men fascinerande område.Det finns en handfull akademiska studier men väldigt lite i vägen för programvara och verktyg för att öppna den för en bredare publik. QuantaBytes är en irländsk start, grundad av författaren, och utvecklar en uppsättning verktyg för att analysera och visualisera bitcoins blockkedja. Genom att förstå strukturen och utvecklingen av blockkedjan kan vi bättre förstå bitcoins användningsmönster, ekonomi och tillväxten av systemet som helhet.

Nätverksbild via Shutterstock