Mining dei Bitcoin: Una guida completa

Il mining di Bitcoin è un processo che convalida le transazioni di Bitcoin ed emette nuove bitcoin (BTC) in circolazione.

Il mining di Bitcoin aiuta a:

• Incentivare i miner che propongono e verificare nuove transazioni per la blockchain di Bitcoin.

• Proteggere la blockchain di Bitcoin contro gli attacchi.

• Gestire la creazione e il flusso di nuove unità della criptovaluta di bitcoin che entra nel mercato per la prima volta.

In modo simile all'estrazione fisica di metalli preziosi come l'oro, il mining di bitcoin richiede hardware specializzati, energia e un pizzico di fortuna.

Tuttavia, invece di pale e padelle, i miner di Bitcoin competono l'uno contro l'altro usando attrezzature informatiche apposite. 

L'obiettivo di ogni miner è vincere una gara  basata sulla crittografia. Il vincitore di ogni round riceve un'ambita ricompensa dei blocchi per i suoi sforzi. Gli è anche garantito il diritto di proporre un nuovo blocco di dati di transazione in sospeso da aggiungere alla blockchain.

Se questo è tutto nuovo per te, continua a leggere la nostra guida completa al mining Bitcoin sottostante.

Ma se desideri informazioni più tecniche e approfondite, potrebbe interessarti consultare il nostro articolo In che modo le criptovalute usano la crittografia?

Un meccanismo di consenso della blockchain è un sistema gestito dal computer che assicura che i partecipanti in un network decentralizzato possano raggiungere consensi sui nuovi dati che entrano nella blockchain.

Poiché i blocchi e i dati di transazione al loro interno diventano permanenti una volta aggiunti alla blockchain, è fondamentale che le transazioni siano valide. 

Per esempio, il network deve accertarsi che le persone non provino a trasferire fondi che in realtà non hanno, o di “spendere due volte” lo stesso saldo inviandolo a due persone diverse nello stesso momento.

I meccanismi di consenso aiutano il network a concordare collettivamente su tali questioni per assicurare che le nuove transazioni seguano le regole del protocollo prima che vengano aggiunte in modo permanente alla blockchain.

Esistono diversi meccanismi di consenso che possono essere impiegati su un network basato su blockchain, ognuno con un metodo specifico per filtrare gli utenti disonesti. 

Il bitcoin usa il meccanismo di consenso proof-of-work (PoW)— un sistema che comprende potenza di calcolo ed energia per garantire che i partecipanti agiscano nei migliori interessi del network. 

Questo metodo fa leva sui principi della teoria del gioco, uno studio matematico su come gli umani interagiscono tra loro. Richiedendo ai partecipanti di partecipare al gioco —acquistando attrezzature e coprendo i costi di gestione —il sistema proof-of-work aiuta a dissuadere i malintenzionati dal tentare di corrompere il network.

Puoi approfondire proof-of-Work e altri tipi di meccanismi di consenso con l'articolo del Centro di apprendimento di Kraken Che cos'è il meccanismo di consenso della blockchain?

In poche parole, il mining di bitcoin è una gara di fortuna che si ripete approssimativamente una volta ogni dieci minuti.

Coinvolge i miner che usano macchine specializzate per generare valori casuali. Chiunque generi un valore che batte il valore target, vince. La parte difficile è che i miner non hanno controllo sul valore che creano. Devono solo continuare a generare nuovi valori nella speranza che poi si imbattano in uno vincente.

Quando qualcuno ci riesce, trasmette il valore agli altri miner nel network per controllare la sua validità.

Un modo più semplice per comprendere questo processo è pensare a migliaia di persone che provano a risolvere un cubo di Rubik da bendati, contemporaneamente. 

All'inizio, ogni persona ha il proprio cubo mescolato allo stesso modo. Una volta che la gara ha inizio, tutti iniziano a girare il cubo in modo casuale fino a che un sorvegliante annuncia un vincitore. Il resto dei concorrenti tolgono le bende dagli occhi e ispezionano il cubo del vincitore’ per verificarne il completamento Dopodiché, la gara inizia da capo.

Ha senso finora? Diamo uno sguardo un po' più approfondito. 

Più precisamente, i miner competono tra loro usando computer appositamente costruiti per generare hash crittografici, di solito molti milioni al secondo, nella speranza di essere i primi a indovinare l'hash corretto.

Puoi pensare a ogni nuovo hash come a un singolo giro di un cubo di Rubik. 

Il miner che indovina l'hash corretto si aggiudica per primo il diritto ad aggiungere quel blocco alla blockchain. In cambio del suo lavoro, il miner riceve la ricompensa del blocco.

Gli hash sono codici a lunghezza fissa creati quando qualcuno esegue qualsiasi tipo di input tramite una funzione crittografica di hash.

Puoi pensare alle funzioni crittografiche di hash come a macchine di codici magici in grado di prendere qualsiasi cosa, da una singola lettera a un'enciclopedia e trasformarla completamente in un codice a lunghezza fissa, casuale e completamente unico.

Negli anni, sono emersi vari tipi di algoritmi hash. Ognuno usa una diversa metodologia per prendere gli input e trasformali in codici casuali.

Il network Bitcoin usa il Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256), che fu originariamente sviluppato dalla United States National Security Agency (NSA).

Gli hash SHA-256 sono codici esadecimali a lunghezza fissa da 28 caratteri, che contengono un insieme di numeri tra 0-9 e lettere tra A-F. 

Non importa quanto’ piccolo o grande sia un input, genererà sempre un codice della stessa esatta lunghezza. Per esempio, se sottoponi la singola parola “Ciao” o un intero libro de Il Signore degli Anelli all'algoritmo SHA-256, otterrai due codici hash unici di 28 caratteri.

Gli hash sono di vitale importanza nel processo di mining perché possiedono un numero di caratteristiche uniche.

Gli hash sono:

• Deterministici - Lo stesso input produrrà sempre lo stesso esatto codice hash.

• A senso unico - Sebbene sia facile trasformare un input in un hash, è impossibile sapere quale fosse l'input partendo dall'output.

• Casuali - I codici hash non hanno alcuna somiglianza coi loro input.

• Unici - Non esistono due hash uguali.

La cosa ’speciale di queste funzionalità è che se una persona modifica solo una piccola parte dell’input, crea un output totalmente diverso.

Per esempio, se cambiassi una singola lettera nel libro de Il Signore degli Anelli, verrebbe prodotto un codice hash completamente nuovo, irriconoscibile dal primo.

Chiunque può creare hash sottoponendo qualsiasi input a una funzione crittografica hash. Puoi persino provare tu stesso usando un calcolatore hash gratuito online.

Per vincere la gara di mining di Bitcoin e guadagnare le ricompense dei blocchi, i miner devono creare un hash con un valore uguale o più basso di un obiettivo impostato automaticamente dal protocollo Bitcoin stesso. Questo valore è noto come hash target.

Ogni hash target avrà un certo numero di zeri nella parte anteriore. A seconda della difficoltà di mining corrente, che è anche impostata automaticamente dal protocollo, ci potrebbero essere solo pochi zero nella parte anteriore oppure molti.

Più zeri ci sono nella parte anteriore di un hash target, più difficile è per i miner batterlo, e viceversa.

Per esempio, un tipico hash target di bitcoin potrebbe avere questo aspetto.

00000000000a28ba41fe240e0b37

Un hash target più facile da battere potrebbe avere questo aspetto.

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Hai notato che nella parte anteriore ha un numero significativamente inferiore di zeri?

Sebbene possa sembrare banale, aggiungere nella parte anteriore solo uno zero in più rende la gara cento volte molto più difficile da vincere. 

È come la differenza tra lanciare una moneta e fare uscire testa tre volte di fila rispetto a venti volte di fila.

L'hash target per ogni nuovo blocco di transazioni viene prima trasmesso al network come parte del blocco precedente. Questa informazione è memorizzata nell'intestazione del blocco che è una parte del blocco del bitcoin che contiene importanti informazioni di identificazione.

All'interno dell'intestazione del blocco è presente anche un valore chiamato nonce, abbreviativo per ''numero usato una volta''. 

Quando si crea un hash per battere l'hash target, tutti i miner prendono l'intestazione del blocco precedente, cambiano il nonce con un nuovo numero e lo fanno passare attraverso l'algoritmo di hashing SHA-256. Ogni volta che il valore nonce viene modificato, viene prodotto un hash completamente nuovo.

Siccome è impossibile per i miner sapere quali input produrrà quale hash, battere il target è semplicemente una questione di prove ed errori. 

Questo processo continua fino a quando un minor non crea con successo un hash che ha lo stesso numero di zeri o più zeri nella parte anteriore dell'attuale hash target.

Il miner vincitore propone poi un nuovo blocco di dati di transazione a tutti gli altri miner sulla blockchain perché effettuino indipendentemente una verifica. Questi altri miner, che non hanno vinto la gara di mining, verificando indipendentemente il blocco proposto per accertarsi che ’sia valido.

La facilità o la difficoltà di vincita della gara di mining e del guadagno di ricompensa dei blocchi si riduce a tre fattori chiave:

1. Hashrate.

2. Difficoltà di mining.

3. Attrezzatura.

Hashrate

Hashrate è una metrica usata per rintracciare il totale della potenza di elaborazione di tutti i miner in un network blockchain. In breve, combina il numero di hash al secondo prodotto da ogni miner con le proprie macchine. 

Questa misura fornisce dati sulla dimensione totale di un network di mining di una blockchain’ e sulla sua sicurezza contro gli attacchi di maggioranza.

La crescita di ’hashrate di un network, porta spesso all’aumento della difficoltà di mining, e viceversa.

Tornando all’esempio del cubo’ di Rubik, più persone competono per risolvere il cubo, più basse sono le probabilità di vincere.

Difficoltà di mining

Il protocollo Bitcoin ha una funzione integrata che regola automaticamente la difficoltà della gara di mining per garantire che i miner continuino a scoprire nuovi blocchi il più vicino possibile all'obiettivo dei 10 minuti di tempo per blocco.

Come già accennato, i bitcoin di nuovo conio entrano in circolazione attraverso le ricompense di blocco ogni volta che un minatore riesce a battere l'hash desiderato e ottiene il diritto di aggiungere un nuovo blocco alla blockchain.

Per garantire che le nuove monete non inondino il mercato quando il network si gonfia con un numero sempre maggiore di nuovi miner, il suo creatore, Satoshi Nakamoto, ha inserito nel protocollo Bitcoin un sistema di regolazione algoritmica della difficoltà prima del suo lancio per gestire questo problema.

L'algoritmo di difficoltà del mining di bitcoin prevede che dopo ogni 2.016 blocchi (circa ogni due settimane), il protocollo verifichi il tempo impiegato dai miner per scoprire l'hash vincente per ogni blocco e paragona quel tempo ai 20.160 minuti che dovrebbe impiegare (10 x 2.016.) 

Se improvvisamente si verifica un'impennata nel numero di persone che effettuano il mining dei bitcoin e nuovi blocchi vengono scoperti troppo velocemente, l'algoritmo aumenterà la difficoltà dell'hash target (aumenterà il numero di zeri nella parte anteriore) per rallentare i miner. 

Al contrario, se il numero di miner cala o inizia a impiegarci troppo a scoprire nuovi blocchi, l'algoritmo faciliterà i successivi hash target (riducendo il numero degli zeri nella parte anteriore).

Pensala come una modifica alla difficoltà nel risolvere un cubo’ di Rubik aumentando o diminuendo il numero di file del cubo.

Un cubo 3x3, per esempio, sarebbe molto più facile da risolvere che un cubo da 5x5, e così via.

Attrezzatura

Per guadagnare un vantaggio competitivo sugli altri nel network, molti miner usano impianti di mining Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Queste macchine sono capaci di generare centinaia di milioni di hash al secondo, e possono operare in parallelo per dare ai proprietari una possibilità maggiore di vincere ricompense dei blocchi.

Diverse grandi società quotate, tra cui Riot Platforms, Marathon Digital e CleanSpark Inc. gestiscono attualmente enormi impianti di mining di criptovalute contenenti migliaia di macchine di mining ASIC.

La partecipazioni di queste aziende più grandi hanno aumentato drasticamente l’hashrate generale dei Bitcoin’, rendendo sempre più difficile scoprire nuovi blocchi.

È possibile per chiunque vedere l'hashrate di Bitcoin corrente in qualunque momento, tramite molteplici grafici di hashrate gratuiti online.

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