Cos’è una Blockchain e come funziona?

Cos’è una Blockchain?

La blockchain è una tecnologia composta da un database digitale (noto anche come registro pubblico) in cui vengono registrate le transazioni. Questo database è nella maggior parte dei casi pubblico (open-source) e mantenuto da una rete di computer in tutto il mondo. Una rete blockchain è quindi solitamente di natura decentralizzata.

Una blockchain è composta da blocchi nei quali sono memorizzate le transazioni. Ogni blocco è collegato cronologicamente al blocco precedente, formando così una catena: la blockchain. Un nuovo blocco contiene le transazioni più recenti e un riferimento al blocco precedente. Una volta raggiunto il consenso sulla validità delle transazioni, il blocco viene aggiunto alla catena e quindi alla rete.

Tutto ciò che avviene sulla blockchain è immutabile. Questo significa che tutte le informazioni elaborate in un blocco non possono essere modificate o cancellate.

Esempio: Puoi paragonare la blockchain alla catena di un’ancora. Ogni blocco contiene informazioni sulle transazioni. Se segui la catena verso il basso, puoi vedere tutti gli anelli (blocchi) che contengono la cronologia delle transazioni. Ciò significa che puoi sempre sapere quante e quali transazioni sono state eseguite, dalla prima alla più recente. Grazie a questa struttura, i tentativi di manipolare le informazioni possono essere rilevati e respinti dalla rete. Questo rende la tecnologia blockchain affidabile e consente di eseguire transazioni in modo sicuro.

In breve

• La blockchain è un registro digitale decentralizzato e immutabile in cui le transazioni sono registrate in blocchi collegati crittograficamente.
• Le criptovalute funzionano su blockchain e utilizzano la tecnologia sottostante per elaborare le transazioni e garantire la sicurezza.
• Le transazioni vengono verificate attraverso meccanismi di consenso come Proof of Work (PoW) o Proof of Stake (PoS).
• La blockchain offre sicurezza grazie a crittografia, decentralizzazione, trasparenza e immutabilità, rendendo quasi impossibile la manipolazione dei dati.
• La tecnologia ha vantaggi e svantaggi: è sicura, trasparente e accessibile, ma può essere ad alta intensità energetica e avere problemi di scalabilità.

Le criptovalute sono blockchain?

Le criptovalute non sono blockchain. Criptovalute come BTC ed Ether sono valute digitali (coin) che operano su una blockchain, come la rete Bitcoin e Ethereum. Sono emesse e gestite all’interno di una rete blockchain. La blockchain funge da sistema sottostante su cui le transazioni vengono elaborate e registrate.

Le criptovalute sfruttano la sicurezza, la trasparenza e l’affidabilità della blockchain. Quando effettui una transazione con una criptovaluta, questa viene verificata dalla rete e poi memorizzata nel registro distribuito della blockchain.

Come funziona una blockchain?

Una blockchain funziona come un registro distribuito condiviso tra una rete di computer (nodi). Ogni transazione o informazione viene registrata sulla blockchain. Questo avviene in modo sicuro, trasparente e immutabile. Ecco come funziona il processo passo passo:

1. Creazione di una transazione

Tutto inizia con la creazione di una nuova transazione. Supponiamo che tu voglia inviare Bitcoin a qualcuno. Avvii la transazione inviando Bitcoin dal tuo crypto wallet all’indirizzo wallet del destinatario. La transazione contiene le seguenti informazioni:

• L’indirizzo wallet del mittente (chiave pubblica del mittente)
• L’indirizzo wallet del destinatario (chiave pubblica del destinatario)
• L’importo che vuoi inviare
• Eventuali dati aggiuntivi (ad esempio un memo)

Quando crei una transazione, devi anche pagare una commissione di servizio. Questa è una tariffa che i nodi ricevono per convalidare ed elaborare le transazioni.

2. Invio della transazione alla rete

Dopo la creazione, la transazione viene inviata all’intera rete peer-to-peer di nodi. Ogni nodo riceve le stesse informazioni.

3. Verifica della transazione

Il passo successivo è la verifica. Durante questo processo, la transazione viene controllata per verificarne la legittimità dalla rete di computer (nodi). Il processo di validazione varia a seconda della blockchain e dipende dal meccanismo di consenso utilizzato. I più conosciuti sono:

• Proof of Work (PoW): In Proof of Work si utilizza la potenza di calcolo per risolvere puzzle crittografici. L’esempio più noto è la blockchain di Bitcoin.
• Proof of Stake (PoS): In Proof of Stake le monete vengono messe in stake dai validatori, che le usano per convalidare le transazioni. Questo è un processo più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al PoW. Esempi di blockchain che usano PoS sono Ethereum e Cardano.

4. Raggruppamento delle transazioni in un blocco

Una volta verificate, le transazioni vengono raggruppate in un blocco. Questo blocco viene poi aggiunto alla blockchain da un nodo (miner in PoW, validatore in PoS).

5. Aggiunta del blocco alla blockchain

Il nuovo blocco viene aggiunto alla blockchain dal nodo (miner o validatore). Il blocco contiene un riferimento al blocco precedente (il suo 'hash'), così i blocchi restano collegati in catena. Una volta aggiunto, il blocco è immutabile, cioè i dati passati non possono essere modificati.

6. Conferma del blocco

Dopo l’aggiunta, la blockchain aggiornata viene immediatamente condivisa con tutti i nodi della rete. In questo modo, tutti hanno la stessa versione del registro. Una volta che il blocco contenente la transazione è confermato dalla rete, il pagamento è considerato definitivo.

Esempio: Supponiamo che tu voglia inviare una lettera a un amico. Scrivi la lettera e la metti in una busta. Sulla busta scrivi il tuo indirizzo (il tuo wallet address) come mittente e l’indirizzo del tuo amico (wallet address del destinatario) come destinatario. Poi porti la lettera all’ufficio postale (la rete di nodi). Lì controllano che sia tutto corretto e che non ci siano contenuti corrotti nella tua lettera (legittimità della transazione).

Una volta approvata, la lettera viene messa in un sacco postale insieme ad altre lettere verificate (un blocco contenente più transazioni). Questo sacco riceve un numero unico (ad esempio blocco n. #840.000). Così tutti possono controllare in seguito quando è stato inviato e quali lettere conteneva.

Una volta consegnata, la spedizione è registrata in modo permanente nel sistema: nessuno può modificare il contenuto o negare che la lettera sia stata inviata.

Qual è il più grande vantaggio delle blockchain?

Il più grande vantaggio della tecnologia blockchain è che elimina la necessità di un intermediario, come entità centralizzate (ad esempio le banche). Le blockchain permettono agli utenti di effettuare transazioni o condividere altri dati direttamente, senza un’autorità centrale.

Cosa rende una blockchain sicura?

La tecnologia blockchain è considerata altamente sicura. Ma perché? Questo è dovuto a una combinazione di fattori, tra cui crittografia, decentralizzazione, trasparenza e immutabilità:

1. Crittografia

I dati e le transazioni memorizzati sulla blockchain sono crittografati utilizzando algoritmi crittografici. Grazie alla crittografia, le informazioni sono protette con codici segreti leggibili solo da chi possiede le chiavi corrette. Le informazioni sono immutabili e ogni transazione deve essere firmata digitalmente prima di essere inclusa in un blocco. Ogni blocco contiene anche un hash crittografico unico che riassume e protegge il contenuto del blocco.

Grazie all’hash, qualsiasi tentativo di modificare i dati è immediatamente visibile, poiché anche la minima modifica genera un hash completamente diverso. Questo garantisce che la blockchain rimanga sicura e affidabile.

2. Struttura a catena

Se un hacker riuscisse a modificare un blocco, tutti i blocchi successivi diventerebbero invalidi. In teoria, l’hacker dovrebbe modificare anche tutti i blocchi successivi. In pratica, ciò è considerato quasi impossibile, soprattutto nelle reti grandi, dove molti nodi lavorano insieme per proteggere la blockchain.

3. Decentralizzazione

Grazie alla presenza di migliaia o milioni di nodi in tutto il mondo, una blockchain è decentralizzata, il che significa che non esiste un’entità centrale che controlla la rete. I dati sono memorizzati in un ambiente distribuito, non in mano a un’autorità centrale. Ogni nodo (computer) possiede una copia identica del database.

A differenza dei database centralizzati, il controllo è nelle mani degli utenti della blockchain. Gli utenti (nodi) sono responsabili della registrazione delle nuove transazioni. Per garantire la sicurezza, più nodi devono concordare sulla validità di una transazione prima che venga eseguita.

4. Meccanismi di consenso

L’aggiunta di nuovi blocchi alla blockchain avviene tramite meccanismi di consenso. Ogni blockchain utilizza il proprio meccanismo con regole e algoritmi specifici. Nella maggior parte delle blockchain, almeno il 50% dei nodi deve approvare un blocco prima che venga aggiunto. In questo modo, i blocchi corrotti con informazioni fraudolente vengono respinti. Ciò significa che un attore malevolo deve controllare almeno il 51% dei nodi per arrecare danni: questo è noto come attacco del 51%.

5. Trasparenza

La maggior parte delle blockchain pubbliche è open-source, il che significa che sia il codice sorgente che i dati delle transazioni sono visibili a tutti. Tutte le transazioni completate possono essere tracciate e non possono essere manipolate. Su appositi block explorer, gli utenti possono visualizzare tutte le informazioni sui blocchi di una blockchain.

6. Immutabilità

Una volta registrati, i dati sulla blockchain non possono essere modificati o cancellati. Questa caratteristica, detta immutabilità, è una delle più importanti per la sicurezza.

Per modificare un blocco è necessario raggiungere un consenso nella rete. Questo può accadere, ad esempio, durante un 'hard fork' (scissione della blockchain), come avvenne dopo l’hack della DAO sulla rete Ethereum. In quell’occasione venne creata una nuova versione della blockchain, sovrascrivendo il blocco corrotto. La “vecchia” blockchain continuò come Ethereum Classic.

Tipi di blockchain

Esistono diversi tipi di blockchain utilizzabili dagli sviluppatori: pubbliche, semi-private, private e a consorzio:

1. Blockchain pubbliche
   È la blockchain per come la conosciamo. Tutte le blockchain pubbliche, come Bitcoin ed Ethereum, usano questo modello. Chiunque può visualizzare i dati e partecipare alla rete senza autorizzazione e senza perdere l’anonimato. Sono completamente aperte e decentralizzate.

2. Blockchain semi-private
   In una blockchain semi-privata il controllo è in mano a un’azienda o un’organizzazione. Questo la rende più centralizzata di una pubblica. L’ente responsabile può aggiungere o rimuovere utenti dalla rete. Offrono un accesso controllato, utile in contesti aziendali o governativi.

3. Blockchain private
   Sono completamente centralizzate. Solo una parte può leggere dati, eseguire transazioni e partecipare alla rete. Sono meno adatte per applicazioni che richiedono trasparenza e decentralizzazione, ma utili per aziende che necessitano di un ambiente chiuso e controllato.

4. Blockchain a consorzio
   Modello molto diffuso in ambito aziendale. Il consenso è gestito da un gruppo prestabilito di partecipanti, come un’alleanza di imprese. Solo queste parti possono inviare transazioni e vedere i dati, rendendole adatte a scenari che richiedono collaborazione, controllo e privacy.

Consumo energetico della blockchain

Il consumo energetico è un tema molto discusso. Criptovalute come Bitcoin sono note per l’elevato consumo energetico dovuto al Proof-of-Work, che richiede migliaia di computer per risolvere complessi puzzle crittografici. Questo processo, detto mining, richiede molta energia: si stima che Bitcoin consumi tanta elettricità quanto la Polonia.

Per ridurre l’impatto ambientale, sono state sviluppate blockchain con Proof-of-Stake, dove le transazioni sono validate da utenti che mettono in stake le proprie criptovalute come garanzia. Questo richiede molta meno potenza di calcolo ed energia. Esempi noti sono Ethereum e Cardano.

Scalabilità delle blockchain

La scalabilità indica la capacità di elaborare rapidamente ed efficientemente molte transazioni. Più la rete è occupata, maggiore è la pressione. Bitcoin ed Ethereum, durante i picchi di utilizzo, hanno affrontato ritardi e commissioni elevate. Bitcoin elabora circa 7 transazioni al secondo, contro le migliaia di Visa.

Per risolvere questi limiti sono nate diverse soluzioni:

• Soluzioni Layer 2 (es. Bitcoin Lightning Network): permettono di effettuare transazioni fuori dalla mainnet e convalidarle in blocco.
• Sharding: suddivide la rete in catene parallele, permettendo l’elaborazione simultanea delle transazioni.
• Nuovi meccanismi di consenso: come il Proof of History di Solana e algoritmi Proof-of-Stake innovativi come Avalanche.

Vantaggi e svantaggi della blockchain

Chi ha inventato la blockchain?

Molti pensano che la blockchain sia nata con Bitcoin e Satoshi Nakamoto. In realtà, le basi risalgono a prima.

Nel 1983 David Chaum sviluppò il concetto di “firme cieche”, fondamentali per transazioni digitali private. Nel 1991 Stuart Haber e W. Scott Stornetta crearono un metodo per apporre marche temporali a documenti digitali, evitando modifiche non autorizzate. L’anno dopo introdussero una struttura a catena: un’antenata dell’attuale blockchain.

La blockchain divenne famosa nel 2008 con il whitepaper di Bitcoin, che la usò per la prima volta come registro pubblico e decentralizzato per inviare valuta digitale senza banche. Satoshi Nakamoto non inventò il concetto di blockchain, ma è considerato il padre della tecnologia blockchain moderna applicata alle criptovalute.

In conclusione

La tecnologia blockchain è un modo innovativo per registrare dati in modo sicuro, trasparente e immutabile senza l’intervento di autorità centrali. Usa crittografia, decentralizzazione e meccanismi di consenso per garantire fiducia nelle reti. Pur affrontando sfide come consumo energetico e scalabilità, offre applicazioni promettenti sia nel settore finanziario che non finanziario. Grazie allo sviluppo di metodi di validazione più efficienti, la tecnologia continua ad evolversi rapidamente.