Come funziona Bitcoin

Bitcoin è un grande libro contabile digitale condiviso tra migliaia di computer in tutto il mondo. Le firme crittografiche garantiscono che solo i legittimi proprietari possano spendere i propri fondi, mentre il lavoro dei “miners” assicura che nessuno possa alterare lo storico delle transazioni o spendere due volte il denaro.

Detto in altro modo, Bitcoin è un protocollo in cui tutte le transazioni vengono riportate su un registro digitale pubblico decentralizzato. La spina dorsale di questo asset e’ un sistema di verifica decentralizzata e senza intermediari, basato sulla matematica della crittografia.

Il registro pubblico

Alla base del protocollo Bitcoin c’è l’idea che tutte le transazioni siano scritte e conservate all’interno di un unico registro pubblico globale verificabile, la cui copia completa viene mantenuta e condivisa dai nodi della rete.

Le firme digitali

Come gia’ accennato, tutte le transazioni sono riportate sul registro. Il primo livello di sicurezza e verifica sul registro è dato dalle firme digitali crittografiche. Ogni utente dispone di una coppia di chiavi: una chiave pubblica e una chiave privata (paragonabile alla password per autorizzare l’operazione).

Queste firme si basano su algoritmi a curva ellittica, il che le rende praticamente impossibili da decodificare o indovinare.

Il sistema si regge su due funzioni fondamentali:

Funzione SIGN (Transazione, Chiave Privata) = Firma
Funzione VERIFY (Transazione, Firma, Chiave Pubblica) = VERO / FALSO

Ogni firma è generata combinando la chiave privata del mittente con i dati specifici di quella singola transazione. Di conseguenza, la firma appare diversa per ogni operazione: non solo non può essere falsificata, ma non può nemmeno essere copiata e incollata per autorizzare una transazione differente.

L’elenco di tutte le transazioni è la valuta stessa

Bitcoin <-> Protocollo

Per entrare nel sistema ed essere inclusi in questo registro, da un punto di vista pratico è necessario collegarsi online a una piattaforma di scambio ed entrare nel registro tramite una transazione da valuta fiat a criptovaluta, o ad esempio si riceve BTC perché si è fornito un servizio o perché in cambio si è dato USD a qualcuno che ha dato BTC in cambio, questo è irrilevante per il sistema.

Il concetto chiave e’ che, una volta dentro la rete, lo storico delle transazioni costituisce in un certo senso la valuta stessa. Non esiste un “gettone digitale” separato dal registro: il protocollo sa quanti Bitcoin possiede ciascun indirizzo semplicemente ripercorrendo la storia di tutti i movimenti avvenuti in passato. Mantenendo lo storico completo, il sistema garantisce che nessuno possa spendere più di quanto possiede, rendendo superfluo il denaro contante fisico.

Cosa possiedi realmente quando possiedi Bitcoin?

Bitcoin non registra un semplice saldo associato al tuo nome o al tuo indirizzo. I Bitcoin sono rappresentati da output di transazioni precedenti che non sono ancora stati spesi, chiamati UTXO (Unspent Transaction Outputs). Quando effettui un pagamento, la tua transazione utilizza uno o più UTXO come input e crea nuovi output destinati al destinatario e, quando necessario, al tuo resto. Un UTXO può essere utilizzato una sola volta: è proprio questo meccanismo, insieme alle regole di consenso e alla Proof of Work, che impedisce il double spending

Decentralizzazione. I nodi ed i miners.

Come si fa a garantire che lo storico sia valido e condiviso da tutti? Chi ne garantisce l’integrità senza una banca centrale?

L’elenco delle transazioni è pubblico e trasparente. La rete si divide principalmente in due categorie di partecipanti:

I Nodi: Computer sparsi in tutto il mondo che conservano una copia aggiornata dell’intero registro e verificano in modo indipendente che ogni nuova transazione rispetti le regole del protocollo.
I Miner: Partecipanti che mettono a disposizione potenza di calcolo per raggruppare le transazioni e proporre nuovi blocchi da aggiungere al registro.

Ogni volta che si verifica una nuova transazione, questa viene trasmessa a tutti i computer della rete. La fiducia non è riposta in un’entità centrale, ma nel fatto che l’intero network condivide e verifica la stessa identica copia del registro in ogni momento. Ciò garantisce la decentralizzazione e l’assenza di necessita’ di fidarsi di fidarsi di qualcuno o qualcosa che garantisca il registro. Ogni volta che si verifica una nuova transazione, questa viene trasmessa a tutti i computer ovunque. La fiducia nel protocollo e’ nel fatto che tutto il mondo ha la stessa copia del registro in ogni momento.

La Blockchain

Le transazioni non vengono aggiunte una alla volta, ma raggruppate all’interno di blocchi. Allo stesso modo in cui una transazione è valida solo se firmata dal mittente, un blocco è valido solo se contiene una prova di lavoro computazionale (Proof of Work).

Per garantire l’ordine cronologico e la cronologia delle transazioni, ogni nuovo blocco contiene al suo interno un’impronta digitale (hash) del blocco precedente. In questo modo i blocchi risultano indissolubilmente concatenati tra loro, formando la Blockchain (catena di blocchi). Se si provasse a modificare anche solo una virgola di una transazione passata, l’hash di quel blocco cambierebbe, spezzando la catena e rendendo l’alterazione immediatamente visibile e rifiutata da tutti i nodi.

Proof of Work

Entriamo nel vivo. Per garantire che tutti i registri in tutto il mondo siano gli stessi per Come si coordinano migliaia di computer nel mondo per stabilire quale sia il blocco successivo da aggiungere alla catena, evitando che qualcuno inserisca transazioni false o spenda due volte lo stesso denaro (double spending)?

La risposta è la Proof of Work (PoW), il meccanismo di consenso di Bitcoin.

Caratteristiche principali della PoW:

Decentralizzata: Nessuna entità decide chi aggiunge il blocco; i miner competono a livello globale in modo aperto.
Immutabile: Modificare un blocco passato richiede di rieseguire il calcolo per quel blocco e per tutti i blocchi successivi, un’impresa praticamente impossibile.
Trustless: I nodi verificano la correttezza del lavoro in pochi millisecondi e senza dover riporre fiducia nel miner.

Come funziona il processo passo-passo:

Regolazione della difficoltà: La difficoltà del puzzle matematico viene ritarata automaticamente ogni 2.016 blocchi (circa ogni due settimane). Questo meccanismo assicura che, indipendentemente dall’aumento o dalla diminuzione della potenza di calcolo globale (hash rate), venga generato un nuovo blocco mediamente ogni 10 minuti.

Raccolta delle transazioni: Quando invii Bitcoin, la transazione viene trasmessa alla rete e attende in una “sala d’attesa” chiamata mempool (pool delle transazioni non confermate).

Creazione del blocco candidato: I miner selezionano un gruppo di transazioni dalla mempool e creano un blocco candidato, aggiungendovi un’intestazione (block header) che comprende:

L’hash del blocco precedente.

Il timestamp (data e ora).

Un Nonce (un numero casuale che il miner modificherà per risolvere l’enigma).

La Merkle Root (un’impronta digitale sintetica che riassume tutte le transazioni del blocco).

Il livello di difficoltà attuale della rete.

Risoluzione del puzzle crittografico: I miner tentano continuamente di combinare i dati del blocco con un Nonce diverso, applicando l’algoritmo di hashing SHA-256. L’obiettivo è trovare un risultato (hash) che sia inferiore a un valore target stabilito dalla rete (ovvero un hash che inizi con una serie di zeri consecutivi, ad esempio 000000…). Questo processo è del tutto analogo a tentare miliardi di combinazioni in una lotteria matematica.

Trasmissione e verifica: Il primo miner che trova un hash valido trasmette immediatamente il blocco alla rete. Gli altri nodi eseguono un controllo istantaneo per verificare che le firme siano valide, che non ci sia doppia spesa e che il problema matematico sia stato effettivamente risolto.

Aggiunta alla Blockchain: Se il blocco è corretto, i nodi lo aggiungono alla propria copia della Blockchain. I miner abbandonano il lavoro precedente e passano al blocco successivo, utilizzando l’hash del nuovo blocco come base.

Ricompensa del blocco (Block Reward): Il miner vincitore riceve come compenso i Bitcoin di nuova emissione (la ricompensa di blocco) più le commissioni di transazione pagate dagli utenti. Ad aprile 2024 si è verificato il quarto Halving, che ha portato la ricompensa da 6,25 BTC a 3,125 BTC per blocco. Questo dimezzamento avviene automaticamente ogni 210.000 blocchi (circa 4 anni).

Perché questo sistema è sicuro?

Costo computazionale: Risolvere il puzzle richiede una notevole quantità di energia elettrica e hardware specializzato. Tentare di frodare la rete o riscrivere lo storico richiederebbe una potenza di calcolo superiore a quella di tutto il resto della rete messo insieme (il cosiddetto attacco del 51%), rendendo l’operazione antieconomica e svantaggiosa.

Incentivi economici: I miner hanno un forte interesse economico a rispettare le regole: comportandosi onestamente guadagnano la ricompensa in BTC; tentando di barare vedrebbero il loro blocco rifiutato dalla rete, sprecando enorme quantità di energia senza alcun guadagno.

Regola della catena più lunga: In caso di discordanze temporanee, i nodi considerano valida la catena con il maggior lavoro accumulato (più calcoli dimostrati), garantendo l’allineamento di tutti i partecipanti.

Chiunque nel mondo può potenzialmente eseguire la Proof of Work, ovvero ascoltare le transazioni trasmesse, raccoglierle in un nuovo blocco e poi svolgere il lavoro computazionale per trovare il numero speciale che fa sì che la funzione ash inizi con un numero prestabilito di zeri.

Quindi, quando parliamo di miner, in realtà si tratta di partecipanti che ascoltano le transazioni e le convalidano ottenendo una ricompensa. Tutti i BTC esistenti vengono introdotti nel sistema con questo processo. Ogni 210.000 blocchi, ovvero all’incirca ogni 4 anni, la ricompensa si dimezza (come detto prima, al momento è più o meno 3 BTC per blocco).

Conclusione

Comprendere il funzionamento interno di Bitcoin, dalle firme digitali alla Proof of Work, permette di apprezzare la reale portata di questa innovazione: un sistema monetario globale, neutrale e resistente alla censura, che funziona in modo autonomo grazie alla matematica e agli incentivi di rete.

Non è necessario padroneggiare ogni dettaglio tecnico per utilizzare o investire in Bitcoin, ma capirne l’architettura è il modo migliore per conoscerne il valore fondamentale.

Vuoi saperne di più? Prosegui la lettura con la nostra guida su Come utilizzare Bitcoin o consulta le Domande Frequenti (FAQ).