La tecnologia Blockchain

Nel 2018, in occasione della tesina delle superiori, ho deciso di approfondire una delle tecnologie
più discusse degli ultimi anni: la blockchain, nata con Bitcoin
e poi ripresa in molti altri contesti.

In questo articolo ripercorro i concetti fondamentali: cos’è una blockchain, come funziona “dietro le quinte”
e perché viene considerata così sicura e rivoluzionaria.

Che cos’è la blockchain

La blockchain può essere vista come un registro pubblico distribuito:

• è un registro perché contiene l’elenco di tutte le transazioni (nel caso di Bitcoin, i movimenti della criptovaluta);
• è pubblico perché chiunque può scaricare la blockchain e leggerne il contenuto;
• è distribuito perché non esiste un server centrale: la copia del registro è presente su molti nodi della rete.

Questa rete è una rete peer-to-peer (P2P): ogni computer connesso partecipa alla condivisione
delle informazioni, senza bisogno di un’autorità centrale.

Blocchi concatenati tra loro

I dati non sono salvati in un unico file continuo, ma in blocchi.
Ogni blocco contiene:

• un insieme di transazioni,
• un riferimento al blocco precedente,
• un valore di controllo (l’hash) calcolato su tutti i dati del blocco.

I blocchi sono concatenati perché ciascuno contiene l’hash del blocco precedente.
In questo modo si forma una vera e propria catena di blocchi: block-chain.

Se qualcuno modificasse anche solo un dato all’interno di un blocco, cambierebbe il suo hash e di conseguenza
sarebbero da ricalcolare tutti gli hash dei blocchi successivi. È proprio questo meccanismo a rendere
le modifiche così difficili.

Hash, nonce e lavoro computazionale

Il “collante” tra i blocchi è una funzione di hash crittografica.
Si tratta di una funzione che:

• prende in ingresso i dati del blocco (transazioni, timestamp, riferimento al blocco precedente, ecc.);
• restituisce in uscita una lunga stringa alfanumerica (l’hash);
• è facile da calcolare in un senso, ma impossibile da invertire
  (dall’hash non si può risalire ai dati originali).

Nel caso di Bitcoin, per considerare valido un blocco non basta calcolare l’hash una volta sola:
l’hash generato deve iniziare con un certo numero di zeri iniziali.

Per ottenere un hash con queste caratteristiche si introduce un numero variabile chiamato nonce.
Il processo è questo:

1. si prendono i dati del blocco,
2. si aggiunge un valore di nonce,
3. si calcola l’hash,
4. se l’hash non ha il numero richiesto di zeri iniziali, si cambia il nonce e si riprova.

Questo processo va avanti per tentativi, finché non si trova un nonce che produce un hash valido.
Tutta questa ricerca è il famoso lavoro computazionale: richiede tempo ed energia,
perché bisogna provare moltissime combinazioni.

Chi fa questo lavoro? I miner

Il lavoro di ricerca del nonce viene svolto dai miner.

• In teoria, chiunque nella rete può diventare miner.
• In pratica, oggi servono macchine con un’elevatissima capacità di calcolo per competere con gli altri.

I miner competono per trovare per primi il nonce giusto di un nuovo blocco.
Chi riesce a validare il blocco:

• lo comunica alla rete,
• viene ricompensato con nuova criptovaluta (nel caso di Bitcoin, con nuovi bitcoin emessi).

Questo meccanismo prende il nome di Proof of Work:
la prova che è stato svolto un certo lavoro computazionale per aggiungere un blocco alla catena.

Perché la blockchain è considerata sicura

La sicurezza della blockchain nasce dalla combinazione di diversi fattori:

• Dipendenza tra i blocchi
  Ogni blocco contiene l’hash del precedente. Modificare un blocco obbligherebbe a ricalcolare anche tutti quelli successivi.
• Rete distribuita
  La blockchain è memorizzata su molti nodi della rete. Non esiste un unico punto da attaccare o da corrompere.
• Regola della catena più lunga
  La rete accetta come valida la catena più lunga (quella che rappresenta la maggior quantità
  di lavoro computazionale svolto). Una versione alterata della blockchain, più corta o con meno lavoro, viene scartata.
• 51% di onestà
  Il sistema è sicuro fintanto che almeno il 51% della potenza di calcolo è controllata da nodi onesti.
  Per attaccare davvero la blockchain bisognerebbe controllare la maggioranza del potere di calcolo totale:
  un’impresa estremamente costosa e difficile.

Perché la blockchain è rivoluzionaria

La vera rivoluzione non è solo la criptovaluta in sé, ma il fatto che la blockchain permette di:

• avere un registro pubblico che nessuno controlla da solo;
• garantire integrità dei dati senza fidarsi di una singola entità centrale;
• coordinare transazioni economiche tra sconosciuti, sfruttando la matematica e la crittografia
  invece della fiducia personale.

Nel caso di Bitcoin, questo si traduce in una moneta digitale che non dipende da banche centrali
o intermediari tradizionali. Ma la stessa idea di “registro distribuito” può essere applicata a molti altri ambiti:
contratti, tracciabilità, gestione di asset digitali e molto altro.