Il Mining Di Bitcoin: Come Vengono Creati I BTC

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Nei lavori precedenti (trovate i link nelle conclusioni) avete appreso che la rete Bitcoin è composta e supportata dai nodi. 

Alcuni di essi possono svolgere un’attività, chiamata in gergo “mining”, che consente la “creazione” di nuovi BTC 

Il mining consiste in un processo matematico complesso che utilizza un nuovo blocco di transazioni (ancora, leggete gli altri articoli della guida per capire cosa intendiamo) come base di calcolo per la soluzione del suddetto. 

Se il problema viene risolto, il “miner” (colui che fa mining) guadagna una ricompensa (reward) sottoforma di nuovi Bitcoin (più le commissioni relative alle transazioni che ha aiutato a convalidare) per aver permesso alla blockchain di proseguire (un nuovo blocco si aggiunge alla catena). 

Il quantitativo finale di BTC creabili ammonta a 21 milioni (l’algoritmo è stato progettato imponendo questo limite). Mediamente, ogni 10 minuti dei miner ricevono la reward e le nuove monete vengono generate. Il tempo varia a seconda del totale dei miner in competizione, ma periodicamente (ogni 14 giorni) la difficoltà del problema da risolvere viene aggiustata per compensare i cambiamenti nel numero di miner che partecipano alla rete.  

Quando fu creato il blocco genesi nel 2009 (il primo mai generato), la reward era pari a ben 50 BTC. Cionondimeno, ogni 210.000 blocchi (circa 4 anni) si verifica il fenomeno conosciuto come “halving”, ossia un dimezzamento dell’ammontare di criptovaluta data come ricompensa (al fine di bilanciare l’incremento previsto della potenza di calcolo della rete; si stima essa raddoppi dopo 2 anni). 

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L’ultimo halving è avvenuto nel 2020 e, di conseguenza, il prossimo si avrà nel 2024. Ad oggi la reward è di 6,25 BTC per ciascun blocco (50/2 = 25 -> primo halving del 2012; 25/2 = 12,5 -> secondo halving del 2016; 12,5/2 = 6,25 -> halving del 2020). 

Fonte: https://www.buybitcoinworldwide.com. 

Questo meccanismo fa sì che gli incrementi dell’offerta di BTC siano decrescenti nel tempo: il numero di Bitcoin in circolazione aumenta sempre più lentamente 

L’ultima frazione possibile di BTC verrà emessa solo nel 2140. Difatti, però, la quasi totalità di criptovaluta verrà generata entro il 2050. 

In quest’articolo ci concentreremo sull’attività di mining, vedendo quindi:

  • Cos’è la Proof-of-Work (PoW) 
  • Cosa indica il livello di difficoltà 
  • In cosa consiste nel concreto il mining di BTC 

MINING DI BITCOIN: LA PROOF OF WORK

Per guadagnare la ricompensa, e permettere alla blockchain di proseguire con un nuovo blocco, i miner devono trasmettere alla rete una prova (facilmente verificabile; Proof-of-Work, il protocollo vigente sul network) di essere riusciti a risolvere il difficile problema di calcolo. 

La PoW richiede appunto il calcolo di un hash sul blocco di transazioni sotto approvazione. Sappiamo che l’hash è il risultato di una funzione matematica applicata ad un insieme di dati: nel mining essi sono rappresentati proprio dal blocco di transazioni da aggiungere alla blockchain. 

Lo scopo di ogni miner è produrre un blocco di transazioni con un codice hash inferiore al livello (target, obiettivo) di difficoltà pubblicato dalla rete. In tal caso, il miner ha trovato una soluzione valida e il blocco viene accettato dal network dietro conferma da parte degli altri miner circa il lavoro svolto. 

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Una volta che essi riconoscono e concordano sulla PoW, colui che ha trovato la soluzione al problema guadagna un dato ammontare di BTC (che dipende dalla fase di halving in corso) e il blocco diventa l’ultimo (il più recente) della blockchain più lunga. 

A questo punto, ogni nodo dedicato ricomincia l’attività di mining sopra tale configurazione della catena. 

Come sappiamo ormai (se avete seguito l’ordine della guida), man mano che la blockchain si allunga le conferme di tutte le transazioni aumentano (a ciascun blocco viene riconvalidata la catena nella sua interezza, incrementando anche la solidità della rete). 

MINING DI BITCOIN: IL LIVELLO DI DIFFICOLTÀ

La soluzione della PoW avviene in feroce competizione tra i miner, i quali mirano ad aggiudicarsi le reward per l’esito positivo del lavoro. 

Ovviamente, maggiore il numero di miner attivi sulla rete, maggiore sarà la competizione. 

Il livello di difficoltà è uno strumento utilizzato dall’ecosistema per assicurarsi che la frequenza con cui vengono accettati i nuovi blocchi si aggiri mediamente sui 10 minuti. 

Di conseguenza, qualora la finestra temporale scenda al di sotto di tale soglia, il livello di difficoltà verrà revisionato al rialzo (viceversa, verrà diminuito). 

livello difficolta bitcoin

Questa misura, in effetti, indica quanto è complesso trovare un hash che sia al di sotto del target. 

Nei precedenti lavori abbiamo già accennato che la solidità del network Bitcoin risiede proprio nell’immensa potenza computazionale richiesta per sovvertire la rete (gli attacchi sono scongiurati dal protocollo di consenso vigente sul network – PoW. Alcuni dei più celebri sono l’attacco del 51% – si potrebbe teoricamente assumere il controllo della rete, così da accettare doppie spese e operazioni non legittime, possedendo più della metà della potenza computazionale dell’ecosistema -, l’attacco race e l’attacco Finney. Fortunatamente, la pesantezza della PoW e la competizione dei miner li combattono egregiamente).  

Pertanto, una difficoltà crescente, che si traduce in maggiore potenza computazionale necessaria per minare un nuovo blocco, rende di per sé solido l’intero ecosistema e dà più valore alla sua criptovaluta di riferimento (i BTC). 

Al concetto di difficoltà si lega strettamente ciò che viene definito Total Hash Rate (TH/s). La metrica, formalmente e tecnicamente, misura il numero totale stimato di terahashes (il numero di computazioni di SHA-256) per secondo che il network Bitcoin ha performato nelle ultime 24 ore (anche se la media a 7 giorni fornisce una visione più accurata, in quanto il TH/s è soltanto una stima). 

L’indicatore, dunque, descrive la potenza computazionale della rete. 

Il grande ed evidente drop che si è avuto nel 2021 è stato dovuto all’esodo dei miner dalla Cina a seguito delle politiche del Paese (ban). La quotazione di BTC ne ha risentito pesantemente, confermando l’importanza della potenza di calcolo della rete all’interno delle valutazioni riguardanti la criptovaluta. 

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IL MINING DI BITCOIN

Quando un nodo ricerca un valore al di sotto della suddetta soglia di difficoltà viene definito miner. 

Il processo di mining consiste nell’ascolto delle transazioni che vengono condotte dai nodi del network al fine di creare un nuovo blocco utilizzato per il calcolo dell’hash. 

Vi ricordiamo che la rete Bitcoin è decentralizzata: non esiste un server centrale, ma solo dei nodi indipendenti che si connettono direttamente tra loro tramite client. 

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Il client ufficiale di Bitcoin è Bitcoin Core (ex Bitcoin-QT), il quale è stato rilasciato come software open-source nel 2009 (perfezionabile dunque da chiunque). Per collegarsi alla rete, un nodo deve individuare un elenco di nodi attivi e connettersi ad essi. Successivamente, ogni nodo sul network P2P può inviare e ricevere messaggi relativi alle transazioni a tutti gli altri nodi collegati, i quali faranno altrettanto (condivisione in broadcast). 

I nodi che fanno mining, poi, si attengono grossomodo al seguente iter: 

  • Le transazioni sono inviate alla rete con la dicitura “non confermate”. Ogni miner le raccoglie e le convalida in un nuovo blocco all’interno della propria blockchain locale. In tale fase vengono controllati i saldi e le firme (validità dell’operazione) 
  • I miner ricercano la soluzione del complesso problema matematico, il quale richiede il calcolo di un certo codice hash sul blocco che sia minore del livello di difficoltà vigente sul network in quel momento  
  • Trovata la soluzione (che è costruita sul blocco delle transazioni e sugli hash), questa viene inviata in broadcast alla rete. La prova del lavoro svolto può essere verificata facilmente dagli altri nodi. Ogni operazione trasmessa deve essere controllata (anche nella firma digitale) al fine di evitare doppie spese. Per fare ciò, un miner deve essere in possesso di una copia convalidata dell’intera blockchain (dove ciascun blocco viene verificato rispetto ai blocchi precedenti) 
  • Se le transazioni e il codice hash risultano corretti, il blocco viene aggiunto ufficialmente ed allunga la catena. Tutti i miner, di conseguenza, inizieranno la loro prossima attività proprio da quel punto della blockchain. Le operazioni non valide vengono scartate 

    MINING DI BITCOIN: LA SOLUZIONE DEL PROBLEMA MATEMATICO

    Sappiamo che per risolvere il problema matematico, necessario a produrre un nuovo blocco di transazioni, va “trovato” un codice hash su tale blocco che sia inferiore al livello di difficoltà pubblicato dalla rete. 

    È decisamente improbabile (per non dire impossibile) che il primo codice hash calcolato sia quello che consente l’aggiunta del blocco alla catena. 

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    Progressivamente, infatti, ad ogni tentativo viene inserito un numero (chiamato “nonce”) incrementale alla fine del “nominativo” del blocco. Ciò richiede chiaramente la generazione di un altro codice hash univoco fino ad arrivare a quello desiderato (inferiore al livello di difficoltà; il nonce permette all’algoritmo di produrre un hash completamente differente dal precedente). 

    Per riuscire a dare la PoW la funzione hash deve essere implementata tantissime volte: il processo, essendo fondamentalmente a forza bruta, di solito impiega milioni di tentativi per concludersi. Come abbiamo precisato negli articoli precedenti, il network Bitcoin utilizza la funzione SHA-256. 

    Quando viene trovata la soluzione valida, essa va condivisa in broadcast alla rete come nuovo blocco, indicando anche il livello di difficoltà rispettato e il nonce al quale è stato risolto il puzzle (PoW; gli altri nodi possono ricalcolare l’hash sul blocco così da verificare la soluzione. Quelli che convengono su di essa trasmettono poi il nuovo blocco alla rete e la procedura si conclude). 

    Come abbiamo già detto, l’attività di mining è estremamente competitiva: il primo che risolve il problema guadagna la reward 

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    Questo ha portato all’inderogabile bisogno di munirsi di costosa attrezzatura al fine di sorreggere la potenza computazionale necessaria (ad oggi) per la creazione dei nuovi blocchi. Addirittura, ai giorni nostri è diventato possibile minare Bitcoin praticamente soltanto partecipando a delle “mining pool”, ossia a delle infrastrutture composte da migliaia di nodi che si uniscono per tentare di aggiudicarsi la ricompensa in BTC. 

    All’interno dei blocchi minati sono presenti gli indirizzi Bitcoin generati dai miner sui quali vengono emesse le ricompense per il lavoro svolto (i partecipanti alle pool guadagnano le reward in proporzione alla potenza di calcolo fornita). 

    In fase di introduzione abbiamo anticipato in che consiste la ricompensa riconosciuta ai miner: minted Bitcoin (nuova moneta, a seconda della fase corrente di halving) più eventuali commissioni. 

    Quest’ultime non sono sempre obbligatorie, ma si basano su una serie di regole accettate e condivise dal network (la dimensione in byte delle informazioni delle transazioni sono una variabile importante, ad esempio) e vengono sottratte direttamente dal saldo dell’operazione. 

    Nel primo articolo della guida abbiamo tracciato un paragone tra oro e Bitcoin. Anche l’attività di mining presenta delle caratteristiche comuni con l’estrazione dell’oro.  

    Mentre in passato era pensabile minare Bitcoin con il proprio PC, ad oggi l’attrezzatura hardware necessaria è molto costosa. Inoltre, il procedimento di calcolo richiesto è dispendioso pure da un punto di vista energetico (il mining di BTC consuma più energia elettrica di interi Paesi). L’inasprirsi dei costi ha portato allo scenario odierno: l’attività viene svolta esclusivamente da alcune grandi aziende e dalle pool. 

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    Parallelamente, qualche secolo fa era possibile trovare le pepite d’oro in superficie, ma sappiamo benissimo che oramai solo le compagnie minerarie possono cimentarsi in (pericolose, costose ed inquinanti) attività di estrazione del metallo. 

    CONCLUSIONI

    Con quest’articolo si conclude la nostra “breve” guida al network Bitcoin. 

    Ancora una volta, ribadiamo che le nostre spiegazioni sono rivolte ad un pubblico di investitori. Ciononostante, riteniamo che sia opportuno – ma non necessario – sapere come funziona la rete anche per coloro interessanti unicamente all’attività di investimento: è meglio conoscere quel che si acquista. 

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    Non resta altro che salutarci elencando in ordine tutti gli articoli di questa guida:

      Il 68% degli account degli investitori retail presso questo provider perde denaro con il trading di CFD. Dovresti dunque valutare se puoi permetterti di assumere il rischio di perdere i tuoi soldi.

      I cryptoasset non sono regolamentati in alcuni Paesi UE e nel Regno Unito (UK). Non c’è la protezione del consumatore. 

      NOTE SULL’AUTORE

      GIANLUCA POLITO

      Laureato in Finance and Risk Management presso l’Università degli Studi di Firenze -110 cum laude

      Tesi in “CCP interoperability”

      Corso in “Advanced Risk and Portfolio Management” (ARPM, New York City, NY, 2018)

      Internship presso Zeliade Systems SAS (Parigi, Francia, 09/2018-12/2018)

      Junior Consultant in “Gestione del rischio finanziario” presso Prometeia

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