La Bitcoin Blockchain: Ecco Come Funziona

Il vero cardine su cui si basa la rivoluzione portata da Bitcoin (e in seguito dalle altcoin) si chiama blockchain, che altro non è che il database sul quale avvengono tutte le transazioni BTC. 

La struttura di libro mastro condiviso permette il suo funzionamento senza l’intermediazione di una figura centrale che ne gestisca gli aspetti e ne regoli le operazioni. 

Seppur non rappresenti un requisito necessario per investire in criptovaluta, capire cos’è la blockchain è, secondo noi, il punto di partenza per poter operare con cognizione di causa. 

Addentriamoci quindi nel discorso, vedendo:

• Come è nata la blockchain 
• Chi è Satoshi Nakamoto, il creatore di Bitcoin, e in cosa consiste il whitepaper da lui prodotto 
• Cos’è la blockchain e come funziona 

LA GENESI DELLA BLOCKCHAIN DI BITCOIN

Il 2008 è stato un crocevia incredibile per la finanza globale. La grande crisi portata dal crash del mercato immobiliare americano (mutui sub-prime) ha causato il fallimento della Lehman Brothers, una delle banche di investimento più importanti al mondo. 

Senza entrare troppo nei dettagli, l’evento fu innestato dal crollo del castello di carte che si era venuto a formare. Nei primi anni del 2000 ci fu una pazzesca speculazione immobiliare: vennero costruiti interi complessi residenziali senza preoccuparsi della domanda effettiva, poiché i mutui venivano concessi più o meno a tutti (nessun controllo della situazione economica del contraente) e poi cartolarizzati in strumenti finanziari venduti sui mercati (sottoforma di CDO; molto remunerativi per le banche).  

Quando caddero alcune delle carte alle fondamenta del castello iniziò una cascata di default delle posizioni debitorie e il valore dei suddetti strumenti diventò presto nullo (e altrettanto accadde agli asset in bilancio delle banche di investimento). 

Il sistema era considerato “too big to fail”, ma alla fine fallì.  

Poco dopo venne ideata una nuova forma di valuta digitale chiamata Bitcoin da uno (o più) sviluppatore di pseudonimo Satoshi Nakamoto. Questa, sin dagli albori, si basa su un libro mastro delle transazioni accessibile pubblicamente che viene distribuito e convalidato da un network di nodi indipendenti. 

Il Bitcoin fu lanciato nell’ottobre del 2008 con il “whitepaper” (ossia un articolo dove vengono spiegati i principi cardine e il funzionamento della tecnologia; potete scaricarlo tranquillamente da internet), ma le prime transazioni risalgono al 3 gennaio del 2009.  

In tale data fu creato il primo blocco di transazioni (capiremo presto cosa vuol dire) chiamato “blocco genesi” (o “genesis block” in inglese), dando difatti vita alla nuova valuta peer-to-peer (P2P). All’interno vi era riportato un messaggio molto significativo per l’epoca che riprendeva un titolo del “The Times”: “il Cancelliere è in procinto di salvare le banche per la seconda volta”.  

Chiaramente, si trattava di una provocazione abbastanza pungente contro il sistema finanziario tradizionale che aveva mandato sul lastrico milioni di persone per l’insaziabile appetito di ricchezza, mentre, almeno in linea teorica, sarebbero proprio le istituzioni a dover tutelare i risparmiatori, i lavoratori e gli investitori.  

In aggiunta a ciò, quando si frequenta un corso di macroeconomia si studia che il sistema economico-bancario-finanziario oggi si basa sulla moneta fiduciaria (fiat money), ovvero fondata soltanto sulla fiducia negli enti centrali e slegata da un controvalore in ricchezza reale (oro, etc.). Potremmo quindi affermare che questa venga creata dal nulla e che non abbia alcun valore intrinseco.  

Sapete dirci qual è il reale valore di 5€ nel 2023? È un po’ controverso stimarlo se si riflette in una certa ottica. 

Crediamo che se le persone conoscessero più a fondo il settore bancario-finanziario tradizionale non sarebbero così scettiche nei confronti delle criptovalute. 

“È un bene che il popolo non comprenda il funzionamento del nostro sistema bancario e monetario, perché se accadesse credo che scoppierebbe una rivoluzione prima di domani mattina.”

Henry Ford II 

CHI È SATOSHI NAKAMOTO

Il creatore di Bitcoin è rimasto anonimo sin dal 2008: Satoshi è stato bravo a lasciare poche tracce dietro di sé. Quei messaggi che abbiamo appartengono ad una fascia temporale che va dal 2008 al 2010, dal momento che contribuiva allo sviluppo del codice sorgente e alla risoluzione di eventuali problemi di programmazione. 

Dopo i primi anni di presenza virtuale è sparito nel nulla. 

Come dicevamo, è probabile che Satoshi non sia un’unica persona, ma un gruppo di programmatori visionari. 

Satoshi ha un portafoglio di Bitcoin? Questo non lo possiamo sapere con certezza. Tuttavia, a fine 2021 un wallet che risale ai periodi in cui Nakamoto era presente sul web è stato attivato (era dormiente da ben 11 anni). Il portafoglio contiene 500 Bitcoin e ha un valore approssimativo di 24 milioni di dollari (quotazione di gennaio 2022). 

BITCOIN WHITEPAPER 

Il whitepaper è stato pubblicato il 31 ottobre del 2008. In esso venivano descritti i principi cardine e il funzionamento della blockchain di Bitcoin, analizzando come potesse supportare una valuta digitale P2P gestita in modo decentralizzato e indipendente da ogni autorità centrale. 

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Nel lavoro si prospetta che la moneta BTC possa essere utilizzata per effettuare dei pagamenti online irreversibili e non falsificabili, partendo direttamente dai nodi della rete pubblica. Il tutto è reso possibile da una prova crittografica, ma capiremo meglio cosa significa a breve.  

BLOCKCHAIN: COS’È E COME FUNZIONA

La blockchain non è altro che la struttura dati su cui si basa il libro mastro che registra le transazioni svolte sulla rete Bitcoin. 

Tali transazioni sono raggruppate in dei veri e propri blocchi. Successivamente, esse vengono condivise e convalidate dai nodi del network.  

Tramite il meccanismo di consenso della blockchain si viene a determinare la selezione dei blocchi accettati da aggiungere alla catena, la quale è visionabile pubblicamente da chiunque. 

La tecnologia, che risulta davvero robusta, consente in modo efficace di evitare alcuni problemi come quello della doppia spesa (ovvero non permette operazioni il cui saldo supera la disponibilità effettiva di risorse); vediamo come: 

1. CREAZIONE DELLE TRANSAZIONI ON-CHAIN

Ipotizziamo ci siano due utenti chiamati “A” e “B” e che A voglia inviare 2 BTC a B. 

A possiede un wallet con due diversi indirizzi, oltre ovviamente alle rispettive chiavi private. I saldi su ciascuno di essi sono 0,6 BTC e 1,4 BTC. 

B, d’altro canto, deve necessariamente avere a sua volta un indirizzo Bitcoin e una chiave privata. 

Per far sì che il trasferimento di fondi sia possibile va creata una transazione valida che verrà successivamente trasmessa in broadcast alla rete Bitcoin, la quale, a sua volta, ne fornirà la conferma.  

Qualora tale conferma avvenga, poi, il trasferimento di criptovaluta sarà effettivo e B potrà spendere i BTC come meglio crede. 

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La transazione, quindi, necessita di alcune informazioni di input e output (ci sono degli script che inviano le monete da un indirizzo all’altro). Ogni input deve essere collegato ad un output di un’operazione precedente. Pertanto, per convalidare un trasferimento di BTC bisogna avere la cronologia di tutte le transazioni che finanziano l’operazione. 

A manda i suoi 2 BTC a B usando come input i due indirizzi Bitcoin in possesso. L’output dell’operazione è il trasferimento dei Bitcoin a B: 

Prima che la transazione possa andare in broadcast, tuttavia, bisogna dimostrare alla rete che A sia effettivamente il mittente dei BTC.  

Come? Con le chiavi private. Abbiamo già detto che ad ogni indirizzo BTC corrisponde una chiave privata. A, con le chiavi, può firmare la transazione apponendo la propria firma digitale. Questa è verificabile, così da provare che sia stato A a firmare il trasferimento e che da allora la firma non sia stata alterata. 

Dopo la conferma da parte del network, B avrà concretamente a disposizione i 2 BTC da spendere come input di una nuova transazione. 

In tal modo si espande la catena delle operazioni, dove input e output continuano a connettersi. 

2. LE FIRME DIGITALI

La crittografia viene usata da molto tempo, non è una novità introdotta dalle criptovalute. Essa permette di dimostrare che un certo documento inviato da una controparte non sia stato alterato o modificato. 

Nello stesso modo, viene verificata la bontà dei trasferimenti di BTC.  

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Le firme digitali utilizzano un insieme di chiavi private e pubbliche. L’apposizione viene fatta mediante la prima, mentre per la verifica della controparte si usa la seconda: ogni operazione firmata con chiave privata si ritiene buona se confermata dalla relativa chiave pubblica.  

Alla base di ciò vi è un algoritmo crittografico asimmetrico che genera due chiavi, seguendo una procedura matematica, per crittografare (con chiave privata) e de-crittografare (con chiave pubblica per controllare la firma digitale) un messaggio o un documento. 

Queste sono strettamente connesse tra loro (in maniera matematica; non possono essere confuse con altre chiavi). Difatti, la pubblica funziona solo con la corrispondente chiave privata. 

Tali chiavi sono semplicemente lunghe stringhe di caratteri (pensiamo sia inutile riportare un esempio). Per la generazione si parte da un grande numero casuale sul quale poi l’algoritmo lavora per la produzione dei risultati. 

Tornando all’esempio precedente, A può inviare a B una copia della chiave pubblica, la quale viene generata solo con la corrispondente chiave privata (che ricordiamo è usata per apporre la firma digitale). B la utilizza per verificare la firma, per constatare che la transazione abbia avuto origine da A e per assicurarsi che questa non sia stata alterata nel frattempo (mediante check dell’hash; al prossimo paragrafo). 

Bitcoin impiega degli algoritmi chiamati a curva ellittica (ECDSA, Elliptic Curve Digital Signature Algorithms) per la creazione della coppia di chiavi. Con un algoritmo ECDSA una chiave pubblica può essere generata a partire dalla relativa chiave privata in qualsiasi momento, ma il contrario non è consentito. 

Notate che il caso riportato è semplificatorio di quanto possa essere complessa una transazione sul network Bitcoin.

Infatti, nella realtà potrebbero essere coinvolte molteplici firme, da validare ovviamente contro altrettante chiavi pubbliche.

Questo, in linea teorica, peggiora incredibilmente i tempi e l’efficienza di validazione della transazione, dal momento che il numero di input dell’operazione cresce sensibilmente.

Nel 2021, tuttavia, l’upgrade Taproot è stato implementato per risolvere tale problema: l’aggiornamento permette di aggregare e raggruppare le firme delle transazioni complesse (tramite la firma di Schnorr) e validarle (le operazioni) come se ve ne fosse soltanto una (di firma).

Chiaramente, il procedimento incrementa la privacy delle transazioni, dal momento che c’è una perdita massiva di informazioni riguardanti gli input delle stesse. Inoltre, l’aggiornamento rende le operazioni più semplici indistinguibili da quelle multi-firma (multi-signature).

Cionondimeno, il risultato di maggior rilievo consiste nella migliorata efficienza riscontrata nel processare le transazioni, le quali diventano più facili, economiche e veloci da confermare sul network. In altre parole, la scalabilità della rete ne beneficia enormemente.

Questo influenza anche gli smart contract sull’ecosistema Bitcoin. Sì, sappiamo che la narrativa che si legge comunemente sul web (pure la nostra) afferma che gli smart contract sono prerogativa di network come Ethereum, Cardano e Solana, ma, almeno tecnicamente, la blockchain di Bitcoin ha sempre posseduto la capacità di supportare i contratti intelligenti (sul core protocol layer o su Lightning Network), i quali però non sono mai presi in considerazione per la bassa scalabilità della rete.

In futuro l’upgrade Taproot potrebbe quindi permettere lo sviluppo del business sull’ecosistema, nonché della finanza decentralizzata (DeFi).

3. GLI HASH CRITTOGRAFICI

Come sappiamo ormai, sulla rete Bitcoin ad ogni transazione viene applicata una firma che, se si rivela valida, conferma il trasferimento. Sia la firma che l’indirizzo Bitcoin sono inclusi nelle informazioni dell’operazione. 

Gli indirizzi Bitcoin sono creati a partire dalla chiave pubblica seguendo un certo iter. 

Per comprendere il procedimento dobbiamo introdurre gli hash.  

Questi sono delle funzioni che producono un “digest”, ossia una breve stringa di caratteri che varia a seconda dell’algoritmo hash preso in considerazione.  

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Bitcoin usa (anche) il famoso SHA256 (l’ecosistema fa affidamento su codici hash per molte delle sue funzionalità di rete; gli indirizzi Bitcoin necessari per il trasferimento di criptomoneta vengono generati impiegando algoritmi diversi), il quale crea un digest di 40 caratteri su un set informativo qualsiasi. Ogni piccola variazione di quest’ultimo produrrebbe una stringa completamente differente: ecco perché il digest può essere utilizzato per verificare se ci sono state delle alterazioni all’interno di una transazione. 

Pur esistendo un legame matematico tra il set informativo e il digest, partendo dal secondo è impossibile risalire al primo. 

Confrontando il codice hash della copia del set (un documento, ad esempio) con quello dell’originale ci si può assicurare che il contenuto non sia stato cambiato. 

Ogni transazione è sottoposta all’algoritmo hash SHA256 per produrre il digest che viene firmato così da garantire che non vi siano state modifiche successive a questo momento (altrimenti la nuova stringa sarà completamente differente). 

Gli indirizzi Bitcoin, invece, sono elaborati operando in più step sulla chiave pubblica (chiaramente su una coppia di chiavi ECDSA, poiché deve esservi la relativa chiave privata). A questa: 

• Vengono applicate le funzioni hash SHA256 e RIPEMD-160 
• Si aggiunge (come prefisso) un indicatore per specificare a quale rete appartiene l’indirizzo Bitcoin generato (la rete principale è la blockchain ufficiale su cui si svolgono le transazioni; il suo indicatore è 00) 
• Viene calcolato un codice checksum per assicurarsi che l’indirizzo contenga un set di caratteri valido (altrimenti il checksum darà un risultato errato). Questo è utilizzato come suffisso alla fine della sequenza. Il checksum, pertanto, garantisce la validità tecnica dell’indirizzo 
• Infine, all’indicatore di rete, all’hash e al codice checksum si applica una funzione BASE58, la quale serve per codificare grandi valori numerici in una stringa alfanumerica che può essere letta e scritta con facilità da chiunque 

Otteniamo così un indirizzo per ricevere la criptovaluta e la chiave privata richiesta per spenderla, il tutto partendo dalla chiave pubblica: 

4. LA FIRMA DELLE TRANSAZIONI

Prima di poter inviare una transazione alla rete bisogna firmarla digitalmente. 

Come sappiamo, ogni indirizzo Bitcoin ha una chiave privata e può essere utilizzato come input dell’operazione. Permettendo la firma, la chiave privata attesta la proprietà dei BTC presenti nell’indirizzo indicato, mentre la rete può verificare la signature grazie alla chiave pubblica corrispondente. 

Le chiavi private, dunque, non vanno mai perse o condivise con qualcuno. 

5. TRASMISSIONE DELLE TRANSAZIONI ALLA RETE

La rete decentralizzata di Bitcoin è composta da migliaia di nodi indipendenti connessi tra loro; alcuni di essi ricoprono la funzione di “miner”. 

L’essere decentralizzato consente al network di non andare in fallimento, poiché in caso di down di certi nodi ne esistono tantissimi altri che possono prenderne il posto. 

Questo è il motivo per cui il network Bitcoin è così resistente: ogni nodo è indipendente e può unirsi o lasciare la rete in qualsiasi istante, ma l’ecosistema rimane sempre online. 

Ciascun nodo può comunicare con gli altri utilizzando il protocollo Bitcoin, il quale consente di eseguire e convalidare le transazioni on-chain. Quando siamo online il nostro nodo diventa parte integrante della rete decentralizzata Bitcoin. 

Per trasmettere una transazione alla rete, dopo averla firmata con la chiave privata, bisogna connettersi a uno o più nodi del network.  

Un nodo può ascoltare le transazioni trasmesse e condividerle con gli altri: ciascuno di essi gestisce una copia di ogni transazione mai creata e la utilizza per convalidare le nuove operazioni in BTC. Prima di inoltrarle alla rete, va garantito che le firme siano valide e che i saldi disponibili siano sufficienti ad eseguire i trasferimenti. 

Le nuove transazioni trasmesse al network sono inizialmente definite “non confermate” poiché la rete ancora non si è accordata sulla loro validità. 

Le operazioni che risultano valide poi vengono raggruppate in un blocco dai miner. Qui comincia il lavoro dei creatori di BTC: dopo un processo di verifica che richiede la soluzione di un complesso problema matematico, i blocchi vengono accettati con un certo timestamp e concatenati per formare la blockchain (catena di blocchi). 

Come anticipato, ogni nodo possiede e gestisce la propria copia dell’intera blockchain. 

6. LA BLOCKCHAIN

Per creare un database delle transazioni che sia resistente, trasparente e distribuito, Bitcoin conta sulla sua rete globale di nodi indipendenti. Il database, come abbiamo capito, prende il nome di blockchain, che altro non è che una catena di blocchi uniti dalla crittografia: ciascuno è collegato al precedente e fa riferimento al suo hash. 

Ogni nodo del network gestisce una copia completa dell’intera blockchain, dal primo all’ultimo blocco. 

I nuovi blocchi vengono generati (tramite mining) dai nodi che ricoprono la funzione di miner. Essi ascoltano le transazioni sulla rete: quando un nodo riceve una transazione la aggiunge ad un nuovo blocco, il quale è conservato offline finché non viene risolto un complesso problema di calcolo matematico usando come base della soluzione proprio il nuovo blocco. 

Trovata la soluzione, poi, il blocco viene mandato in broadcast alla rete e si aggiunge alla catena dietro appositi controlli. 

In cambio del lavoro svolto, che difatti consente alla blockchain di proseguire, i miner ricevono una reward (ricompensa) sotto forma di nuovo Bitcoin e di commissioni per le transazioni validate. È proprio la prospettiva di un ritorno economico a creare la lunga catena di fiducia e ad incentivare i comportamenti corretti che si riscontrano sul network. 

Viene utilizzato un codice hash per rappresentare la conferma del blocco: esso è calcolato sul blocco stesso, sulle precedenti transazioni e sull’hash del blocco comunicante. 

Gli hash sono cruciali per l’integrità della blockchain, poiché un eventuale manomissione si rifletterebbe su di essi. Il risultato è un libro mastro distribuito e protetto contro ogni alterazione dalla crittografia. 

Chiunque può scaricare una copia del database e verificare il valore di un certo indirizzo BTC (che ricordiamo può fungere da input per una nuova transazione se all’interno c’è un saldo positivo). 

Potrebbero tuttavia esservi dei nodi che tentano di approvare transazioni alterate/non valide (con tentativi di doppia spesa – per riuscire nell’intento servirebbe più della metà dell’immensa potenza di calcolo dell’intera rete – o che recano firme errate) o di rifiutare di eseguire alcune operazioni. Per evitare che ciò accada si cerca il consenso tra i nodi: il consenso determina quali blocchi vengono accettati dal network per far proseguire la catena. 

Su una blockchain possono avvenire dei cambiamenti riguardanti i modi in cui si raggiunge il suddetto consenso (ovvero come sono accettati e rifiutati i blocchi). Questo determina quel che in gergo si chiama “fork”, ossia una biforcazione della catena che crea delle blockchain aggiuntive. 

Si verifica una divisione fork ogni volta che una comunità apporta delle modifiche al protocollo di una blockchain, cioè alle regole di base vigenti sull’ecosistema (le criptovalute come Bitcoin ed Ether sono costruite su un software open-source). Anche gli aggiornamenti, i miglioramenti, l’aggiunta di nuove funzionalità e le correzioni di bug possono provocare un fork (questo è il modo in cui la rete Bitcoin accetta o rifiuta i cambiamenti sul network; più versioni del software possono convivere all’interno della blockchain). 

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Gli sviluppatori di criptovalute possono utilizzare una divisione fork pure per generare monete ed ecosistemi totalmente nuovi. Progetti come Bitcoin Cash e Bitcoin Gold sono nati, tramite “hard fork”, dalla blockchain originale di Bitcoin.   

Distinguiamo quindi: 

• Hard fork: gli hard fork sono aggiornamenti non retrocompatibili. Tipicamente, ciò accade quando si aggiungono delle regole che sono in conflitto con le vecchie. In altre parole, il codice cambia in misura così significativa che la nuova versione non è più compatibile con i blocchi precedenti. I nuovi nodi possono comunicare solo con quelli che usano la versione modificata del software. Di conseguenza, la blockchain si divide creando due network separati, uno con le vecchie regole e uno con le nuove. Come risultato si hanno due reti che lavorano in parallelo 
• Soft fork: i soft fork, invece, sono simili a degli aggiornamenti retrocompatibili (i nodi aggiornati possono comunque comunicare con quelli non aggiornati). Generalmente, un soft fork si traduce nell’introduzione di nuove funzionalità o nell’aggiunta di una regola che non si scontra con le più vecchie. A patto che il cambiamento venga adottato da tutti gli utenti, un tale evento determina l’insieme rinnovato di norme che regolano la valuta. Poiché si resta su un ecosistema unico, le modifiche sono compatibili con i blocchi precedenti al fork 

Una divisione fork potrebbe continuare a rappresentare una piattaforma affidabile. In più, è possibile riesca ad offrire agli sviluppatori modalità completamente nuove di interagire con essa.  

Nel corso del tempo le versioni vecchie e quelle nuove potrebbero fondersi un’altra volta insieme oppure evolvere fino a divenire molto diverse. 

Ad oggi ci sono stati più di 100 hard fork sulla rete Bitcoin, ma non tutte le biforcazioni sono ancora attive. In tali casi la divisione viene considera non più valida e i blocchi (che diventano orfani) vengono aggiunti alla porzione funzionante della catena: ogni transazione orfana valida viene inserita in un nuovo blocco ed integrata così nella catena più lunga. 

In linea generale, quest’ultima, da un punto di vista di rete, viene presa come la blockchain ufficiale. 

CONCLUSIONI

In quest’articolo abbiamo visto cos’è e come funziona la blockchain di Bitcoin. 

Capire i meccanismi della tecnologia su cui si fondano le criptovalute è di cruciale importanza al fine di operare con criterio nel settore. Sappiamo che per investire in Bitcoin non serve essere degli esperti programmatori, ma riteniamo che almeno le basi bisogna conoscerle. 

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Se desiderate avere una concezione completa di ciò che accade sul network Bitcoin vi consigliamo di proseguire con la lettura. 

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Questi invece sono tutti gli argomenti affrontati nella nostra guida: 

• Introduzione al Bitcoin
• Come comprare Bitcoin
• La blockchain di Bitcoin
• Il mining di Bitcoin

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