Che cos'è il mining di bitcoin?

Il mining di Bitcoin è il processo di convalida di nuove transazioni di Bitcoin, prima di aggiungerle alla blockchain di Bitcoin. 

Con le valute tradizionali emesse dai governi, come il dollaro americano o l'euro, gli utenti devono riporre completa fiducia in un'autorità centralizzata, come una banca centrale, per gestire la creazione e la circolazione del denaro.

All'interno di questi sistemi di valuta tradizionale, tutte le informazioni relative ai conti e ai saldi degli utenti sono gestite privatamente dalle istituzioni finanziarie. Per questo motivo, è impossibile per una persona sapere cosa spende un'altra o quanto denaro ha sul proprio conto. Solo la banca ha accesso al ledger completo delle transazioni.

I problemi principali di questo tipo di sistema sono tre.

• Imprevedibilità: poiché una banca centrale ha l'autorità esclusiva di stampare nuova moneta, l'offerta di una valuta tradizionale cambia costantemente. Questo crea problemi di inflazione e spesso può portare alla riduzione del potere d'acquisto di una valuta nel tempo.
• Mancanza di trasparenza: i registri finanziari tradizionali sono fortemente protetti, e questo crea un sistema finanziario opaco e non aperto a tutti.
• Dipendenza: per impostazione, le valute tradizionali creano la dipendenza dell'utente dalla banca centrale e dal governo di un paese, creando così singoli punti di responsabilità o di potenziale fallimento.

Il Bitcoin

Lanciata nel 2009, il Bitcoin è diventato la prima valuta digitale decentralizzata valida a livello globale. Fa affidamento su un rigido protocollo informatico per governare la propria politica monetaria e a un network distribuito a livello globale di volontari per emettere, gestire e proteggere la propria valuta.

Essendo una forma di denaro puramente digitale, tutte le transazioni avvengono elettronicamente sul network Bitcoin e sono registrate su una tecnologia di ledger completamente trasparente chiamata “blockchain.” 

La blockchain di Bitcoin rappresenta la cronologia completa delle transazioni di tutti i pagamenti che gli utenti si sono scambiati e viene costantemente aggiornata con nuovi blocchi contenenti i lotti delle transazioni in corso.

La particolarità delle blockchain pubbliche, come quella utilizzata da Bitcoin, è che chiunque, in qualsiasi parte del mondo, può vedere in tempo reale tutte le transazioni che avvengono nel network ed esaminare un archivio completo delle transazioni completate, che include tutti gli indirizzi dei destinatari e dei mittenti, nonché i saldi individuali.

Ma come funziona, nella pratica? 

 

Per mantenere sicura la rete distribuita di Bitcoin e regolare l'offerta di nuove monete digitali che entrano in circolazione, Bitcoin utilizza un processo chiamato “mining”.

Prima di addentrarci nella meccanica del Bitcoin, è importante capire il motivo per cui il processo di mining è necessario.

Come già detto, il network Bitcoin non è gestito da una banca centrale o da un'istituzione finanziaria intermediaria. Al contrario, è gestito collettivamente da volontari sparsi in tutto il mondo. 

Questa decentralizzazione pone un problema evidente: se chiunque può partecipare al network e non c'è un'autorità unica che controlli chi aderisce, come si impedisce ai malintenzionati, che potrebbero cercare di corrompere la rete, di farlo?

È qui che entra in gioco il cosiddetto meccanismo di consenso.

Meccanismo di consenso Proof-of-Work (PoW) di Bitcoin

Un meccanismo di consenso è essenzialmente un sistema computerizzato che è progettato per selezionare partecipanti onesti in una rete per svolgere un ruolo particolare: in questo caso, l'importante ruolo di proporre nuovi blocchi di transazioni.

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

Ad esempio, Bob ha il saldo necessario per inviare ad Alice una certa quantità di bitcoin? Bob ha provato a spendere due volte lo stesso saldo? Questi elementi devono essere interrogati ogni volta per garantire che le transazioni siano valide prima di essere aggiunte in modo permanente alla blockchain.

Per questo motivo, i partecipanti che svolgono questo ruolo particolare sono comunemente chiamati “validatori.”

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. 

Bitcoin utilizza il meccanismo di consenso proof-of-work (PoW), un sistema in cui i validatori sono denominati “miner” e devono utilizzare apparecchiature di calcolo appositamente costruite per produrre codici di lunghezza fissa chiamati “hash” (vedi sotto).

Il processo di mining di Bitcoin

Il processo è semplice. I miner competono utilizzando le loro macchine per generare hash, di solito alla velocità di milioni al secondo. Per aggiudicarsi il diritto esclusivo di proporre il blocco successivo e guadagnare le ricompense del blocco (che comprendono i bitcoin di nuovo conio e le eventuali commissioni legate alle transazioni), i miner devono creare un hash con un valore uguale o inferiore a un obiettivo fissato dal protocollo, chiamato “hash target.”

L'hash target è un valore con un numero di zeri all'inizio, dall'aspetto simile a questo: 

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L'hash target per ogni nuovo blocco di transazioni viene prima trasmesso al network come parte del blocco precedente. Queste informazioni sono memorizzate nell'intestazione del blocco, dove sono archiviate molte delle informazioni chiave relative al blocco.

All'interno dell'intestazione del blocco è presente anche un valore chiamato “nonce.” 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 Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256). Ogni volta che il valore nonce viene modificato, viene prodotto un hash completamente nuovo.

Poiché anche gli hash sono generati in modo puramente casuale, la creazione di un hash vincente è semplicemente una questione di tentativi 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'hash target.

Sebbene trovare questo valore possa sembrare facile, in realtà è un'operazione incredibilmente complessa. Proprio per questo, alcune società hanno riempito enormi magazzini con sofisticati impianti di mining per avere le migliori possibilità di generare un hash vincente prima di chiunque altro.

Poiché i miner devono acquistare o affittare le attrezzature per il mining, pagando anche per la manutenzione e il funzionamento di queste macchine con la minima possibilità di ottenere un guadagno, i malintenzionati sono disincentivati dal tenere un comportamento disonesto. Inoltre, quando gli altri nodi del network riconoscono che un nodo malintenzionato sta tentando di aggiungere transazioni non valide, possono semplicemente rifiutare il blocco proposto, facendo perdere tempo e risorse al malintenzionato.

Che cosa sono, esattamente, gli hash?

Gli hash creati ai fini del mining di bitcoin sono generati tramite l'algoritmo crittografico SHA-256, che è essenzialmente una formula matematica che prende un input di qualsiasi lunghezza e lo trasforma in un codice esadecimale a lunghezza fissa di 64 cifre.

Se vuoi approfondire la crittografia delle criptovalute, consulta il nostro articolo approfondito sull'argomento, In che modo le criptovalute utilizzano la crittografia?

Pensa all'hashing crittografico come a una speciale macchina per la generazione di password che trasforma qualsiasi dato immesso, sia esso una singola parola, una stringa casuale di caratteri della tastiera o un intero romanzo del Signore degli Anelli, in una combinazione unica di 64 caratteri.

Questi hash hanno una serie di caratteristiche interessanti:

• Sono unidirezionali: non è possibile determinare l'input originale di un hash.
• Sono deterministici: se si fa passare lo stesso input attraverso la stessa funzione di hashing crittografico, questa fornirà sempre lo stesso codice a lunghezza fissa.
• Sono unici: ogni codice hash generato è completamente unico rispetto all'input corrispondente.

Ad esempio, se si cambiasse una singola lettera di una parola di un libro del Signore degli Anelli e la si sottoponesse nuovamente all'algoritmo SHA-256, quella modifica apparentemente irriconoscibile risulterebbe in un codice esadecimale immediatamente riconoscibile e completamente diverso.

Difficoltà di mining

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.

Il tempo medio di blocco di Bitcoin è fissato a 10 minuti, il che significa che in media un minatore del network dovrebbe imbattersi in un hash vincente ogni 10 minuti. Questo è stato progettato per aiutare a regolare il flusso di nuove monete che entrano nella fornitura circolante, fornendo un tasso di emissione prevedibile per la moneta.

Più precisamente, l'algoritmo controlla il tempo impiegato dai miner per scoprire 2.016 blocchi e lo confronta con i 20.160 minuti che dovrebbero essere necessari (10 x 2.016). 

Se i blocchi vengono scoperti più velocemente del tempo desiderato, l'algoritmo regolerà automaticamente la difficoltà che i miner hanno a trovare l'hash vincente, e viceversa. Ciò avviene aggiungendo o rimuovendo zeri dalla parte anteriore dei successivi hash target nel successivo gruppo di 2.016 blocchi, denominato epoca.

Con l'aumento della difficoltà aumentano anche i costi associati al mining. In alcuni casi, l'aumento della difficoltà di estrazione dei bitcoin ha costretto i miner più piccoli che non sono in grado di coprire i costi di gestione dell'elettricità e dell'hardware ad abbandonare le loro attività. 

Poiché è improbabile che i miner con una piccola percentuale della potenza di estrazione scoprano il blocco successivo e quindi vengono raramente compensati, i miner spesso uniscono le loro risorse nei cosiddetti pool di estrazione. 

Oggi, la maggior parte del mining di Bitcoin viene effettuato da questi gruppi. I pool di mining condividono la loro potenza di elaborazione e dividono proporzionalmente tra i membri le ricompense dei blocchi ottenute.

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