TL;DR
La blockchain è un ledger digitale decentralizzato che registra in modo sicuro i dati delle transazioni su molti computer specializzati della rete.
La blockchain garantisce l'integrità dei dati grazie alla sua natura immutabile attraverso la crittografia e i meccanismi di consenso, il che significa che una volta registrate, le informazioni non possono essere alterate retroattivamente.
La blockchain è alla base di criptovalute come Bitcoin ed Ethereum ed è fondamentale per promuovere la trasparenza, la sicurezza e la fiducia in vari settori oltre a quello finanziario.
Cos'è la blockchain?
Una blockchain è un tipo speciale di database, chiamato anche registro digitale decentralizzato, gestito da numerosi computer distribuiti in tutto il mondo. I dati della blockchain sono organizzati in blocchi, disposti cronologicamente e protetti dalla crittografia.
Il primo modello di blockchain è stato creato all'inizio degli anni '90 quando lo scienziato Stuart Haber e il fisico W. Scott Stornetta hanno implementato tecniche crittografiche all'interno di una catena di blocchi, per proteggere dei documenti digitali dalla manomissione.
Haber e Stornetta hanno ispirato il lavoro di molti altri informatici e appassionati di crittografia, portando infine alla creazione della prima criptovaluta basata sulla tecnologia blockchain, ovvero Bitcoin. Da allora, l'adozione della tecnologia blockchain si è gradualmente ampliata e le criptovalute sono utilizzate da un numero crescente di persone a livello globale.
Sebbene la tecnologia blockchain sia spesso utilizzata per registrare le transazioni di criptovalute, è adatta a registrare molti altri tipi di dati digitali e può avere varie applicazioni.
Cos'è la decentralizzazione nella blockchain?
La decentralizzazione nella blockchain si riferisce all'idea che il controllo e il potere decisionale di una rete siano distribuiti tra i suoi utenti piuttosto che controllati da una singola entità, come un governo o una società. Ciò può essere utile in situazioni in cui le persone devono coordinarsi con estranei o vogliono garantire la sicurezza e l'integrità dei propri dati.
In una rete blockchain decentralizzata, non esiste un'autorità centrale o un intermediario che controlli il flusso di dati o transazioni. Le transazioni sono invece verificate e registrate da una rete distribuita di computer che collaborano per mantenere l'integrità della rete.
Quando si parla di tecnologia blockchain, spesso non si parla solo di database. La tecnologia blockchain alimenta applicazioni come le criptovalute e i token non fungibili (NFT), consentendo alle persone di collaborare e di effettuare transazioni tra loro senza affidarsi a un'autorità centrale.
Come funziona la blockchain?
Alla base della blockchain c'è un ledger digitale che registra in modo sicuro e a prova di manomissione, le transazioni tra due controparti. I dati delle transazioni sono registrati su una rete distribuita a livello globale di computer speciali che prendono il nome di nodi.
Quando un utente avvia una transazione, ad esempio l'invio di una certa quantità di criptovaluta a un altro utente, tale transazione viene trasmessa alla rete. Ogni nodo autentica la transazione verificando le firme digitali e altri dati della transazione.
Una volta verificata, la transazione viene aggiunta a un blocco insieme ad altre transazioni già verificate. I blocchi vengono concatenati tra loro con metodi crittografici, portando alla formazione della blockchain. Il processo di verifica delle transazioni e della loro aggiunta alla blockchain avviene attraverso un meccanismo di consenso, un insieme di regole che disciplinano il modo in cui i nodi della rete giungono a un accordo sullo stato della blockchain e sulla validità delle transazioni.
La crittografia è fondamentale per la blockchain per mantenere un registro delle transazioni sicuro, trasparente e resistente alle manomissioni. Ad esempio, l'hashing è un metodo crittografico fondamentale utilizzato nelle blockchain. È un processo crittografico che converte un input di qualsiasi dimensione in una stringa di caratteri di dimensioni fisse.
Le funzioni di hash utilizzate nelle blockchain sono generalmente resistenti alle collisioni, il che significa che le probabilità di trovare due dati che producono lo stesso risultato sono astronomicamente basse. Un'altra caratteristica è il cosiddetto effetto valanga, che si riferisce al fenomeno per cui ogni minima variazione dei dati in input produce un output drasticamente diverso.
Illustriamo questo aspetto con SHA256, una funzione utilizzata in Bitcoin. Come si può notare, cambiando la lettera da maiuscola a minuscola, l'output è radicalmente diverso. Inoltre, le funzioni di hash sono funzioni unidirezionali, perché è computazionalmente impossibile arrivare ai dati di ingresso attraverso il reverse engineering dell'output dell'hash.
Ogni blocco all'interno di una blockchain contiene in modo sicuro l'hash del blocco precedente, creando una solida catena di blocchi. Chiunque voglia modificare un blocco dovrebbe modificare tutti i blocchi successivi, un compito non solo tecnicamente impegnativo ma anche dal costo computazionale proibitivo.
Un altro metodo crittografico ampiamente utilizzato nella blockchain è la crittografia a chiave pubblica. Chiamata anche crittografia asimmetrica, aiuta a stabilire transazioni sicure e verificabili tra gli utenti.
Ecco come funziona. Ogni partecipante ha una coppia di chiavi unica: una chiave privata, che tiene segreta, e una chiave pubblica, che viene condivisa apertamente. Quando un utente avvia una transazione, la firma utilizzando la propria chiave privata, creando una firma digitale.
Gli altri utenti della rete possono quindi verificare l'autenticità della transazione applicando la chiave pubblica del mittente alla firma digitale. Questo approccio garantisce che le transazioni siano sicure perché solo il legittimo proprietario della chiave privata può autorizzare una transazione, ma tutti possono verificare le firme utilizzando la chiave pubblica.
Un'altra caratteristica della blockchain è la sua trasparenza. In generale, chiunque può controllare i dati di una blockchain, compresi tutti i dati delle transazioni e i dati dei blocchi, sui siti web pubblici di tale blockchain. Ad esempio, sui blockchain explorer è possibile vedere ogni transazione che è stata registrata sulla rete Bitcoin, compresi gli identificativi del mittente e del destinatario, l'importo del trasferimento e un elenco dei proprietari di ogni bitcoin. È anche possibile tracciare i blocchi da oggi (al momento il blocco 788.995 alle 18:52:21 GMT del 29 maggio 2023) fino al primo blocco, noto come genesis block.
Cos'è un meccanismo di consenso?
Un algoritmo di consenso è un meccanismo che consente agli utenti o alle macchine di coordinarsi in un ecosistema distribuito. Deve garantire che tutti gli agenti del sistema possano concordare su un'unica fonte di verità, anche se alcuni agenti falliscono. I meccanismi di consenso assicurano che tutti i nodi della rete abbiano la stessa copia del ledger, che contiene la registrazione di tutte le transazioni. I meccanismi di consenso sono necessari per le blockchain perché non esiste un'autorità centrale che verifichi le transazioni e mantenga l'integrità della rete.
Quando decine di migliaia di nodi conservano una copia dei dati della blockchain, possono sorgere rapidamente alcune sfide, tra cui la coerenza dei dati e la presenza di nodi malintenzionati. Per garantire l'integrità della blockchain, esistono diversi meccanismi di consenso che regolano il modo in cui i nodi della rete raggiungono un accordo. Vediamo ora i principali.
Tipologie di meccanismi di consenso
Cos'è la Proof of Work (PoW)?
La Proof of Work (PoW) è un meccanismo di consenso utilizzato in molte reti blockchain per verificare le transazioni e mantenere l'integrità della blockchain. È il meccanismo di consenso originale utilizzato da Bitcoin.
Nella PoW, i miner competono per risolvere un complesso problema matematico per aggiungere il prossimo blocco alla blockchain. Nel processo noto come mining, il primo miner che risolve il problema viene ricompensato con delle criptovalute.
I miner devono utilizzare potenti computer per risolvere dei problemi matematici al fine di proteggere la rete e ottenere nuove monete. Per questo motivo il processo di mining richiede una notevole potenza di calcolo e, quindi, di energia.
Cos'è la Proof of Stake?
La Proof of Stake (PoS) è un meccanismo di consenso progettato per risolvere alcuni degli inconvenienti della Proof of Work (PoW). In un sistema PoS, invece dei miner che competono per risolvere complessi problemi matematici per convalidare le transazioni e aggiungere nuovi blocchi alla blockchain, i validatori sono scelti in base alla quantità di criptovaluta che "mettono in staking" sulla rete.
I validatori mantengono una certa quantità di criptovaluta come collaterale, o "stake," per partecipare al processo di consenso. Vengono quindi selezionati in modo casuale per creare nuovi blocchi e convalidare le transazioni in base all'entità della loro somma in staking. I validatori sono ricompensati con le commissioni di transazione per la creazione di nuovi blocchi e come incentivo ad agire nel migliore interesse della rete.
Altri meccanismi di consenso popolari
Proof of Work e Proof of Stake sono gli algoritmi di consenso più comuni, ma ne esistono anche altri. Alcuni sono ibridi e combinano elementi di entrambi i sistemi, mentre altri sono metodi completamente diversi.
Ad esempio, la Delegated Proof of Stake (DPoS) è simile alla PoS, ma invece di dare a tutti i validatori la possibilità di creare nuovi blocchi, i titolari dei token eleggono un gruppo più ristretto di delegati che lo fanno per loro conto.
Nella Proof of Authority (PoA), invece, i validatori sono identificati dalla loro reputazione o identità piuttosto che dalla quantità di criptovaluta che detengono. I validatori sono selezionati in base alla loro affidabilità e possono essere rimossi dalla rete se agiscono in modo malevolo.
Vantaggi della blockchain
1. Decentralizzazione
La natura decentralizzata della blockchain fa sì che non esista un singolo punto di controllo o vulnerabilità, il che può renderla più sicura e resistente agli attacchi o alle violazioni dei dati.
2. Trasparenza
Le transazioni su una blockchain sono visibili a tutti i partecipanti, rendendo più facile tracciare e verificare le transazioni e garantirne l'accuratezza.
3. Immutabilità
Quando una transazione viene registrata su una blockchain, non può essere alterata o cancellata. Viene creato un registro permanente di tutte le transazioni che può essere verificato da chiunque abbia accesso alla rete blockchain. Si tratta di una differenza significativa rispetto ai sistemi tradizionali, dove le transazioni sono reversibili.
4. Efficienza
La blockchain può consentire transazioni più rapide ed efficienti perché non richiede intermediari, come le banche.
5. Commissioni più basse
Eliminando gli intermediari e automatizzando i processi, la blockchain può ridurre i costi di transazione e rendere più efficienti alcune operazioni commerciali.
6. Trustlessness
La tecnologia blockchain consente di effettuare transazioni trasparenti, verificate e convalidate dagli stessi partecipanti alla rete, senza intermediari fidati.
Quali sono i diversi tipi di reti blockchain?
Blockchain pubbliche
Una blockchain pubblica è una rete decentralizzata aperta a chiunque voglia parteciparvi. Queste reti sono tipicamente open source, trasparenti e permissionless, il che significa che chiunque può accedervi e utilizzarle. Bitcoin ed Ethereum sono esempi di blockchain pubbliche.
Blockchain private
Una blockchain privata, come suggerisce il nome, è una rete blockchain non aperta al pubblico. Le blockchain private sono in genere gestite da un'unica entità, come un'azienda, e vengono utilizzate per scopi e applicazioni interne.
Le blockchain private sono ecosistemi permissioned con regole stabilite che definiscono chi può vedere e scrivere sulla catena. Non sono sistemi decentralizzati perché esiste una chiara gerarchia di controllo. Tuttavia, possono essere distribuite in quanto molti nodi mantengono una copia della catena sulle loro macchine.
Blockchain consortile
Una blockchain consortile è un ibrido tra una blockchain pubblica e una privata. In una blockchain consortile, più organizzazioni si uniscono per creare una rete blockchain condivisa che viene gestita e governata congiuntamente. Queste reti possono essere aperte o chiuse, a seconda delle esigenze dei membri del consorzio.
Invece di un sistema aperto in cui chiunque può convalidare i blocchi, o di un sistema chiuso in cui solo una singola entità designa i produttori di blocchi, una blockchain consortile presenta pochi soggetti ugualmente potenti che agiscono come validatori.
Le regole del sistema sono flessibili: la visibilità della catena può essere limitata ai validatori, visibile agli individui autorizzati o visibile a tutti. Se i validatori riescono a raggiungere il consenso, le modifiche possono essere facilmente implementate. Per quanto riguarda il funzionamento della blockchain, se una certa soglia di queste controparti si comporta onestamente, il sistema non avrà problemi.
Per cosa è usata la blockchain?
Sebbene la tecnologia blockchain sia ancora agli inizi, ha già numerose applicazioni in molti settori diversi. Le applicazioni attuali più comuni della tecnologia blockchain includono:
1. Criptovalute
La tecnologia blockchain è stata sviluppata per supportare la creazione di criptovalute, che utilizzano la blockchain come un ledger sicuro e decentralizzato per registrare le transazioni.
2. Identità digitale
La blockchain può essere usata per creare identità digitali sicure e a prova di manomissione che possono essere utilizzate per verificare le informazioni personali e altri dati sensibili. Questo aspetto potrebbe diventare sempre più importante man mano che le nostre informazioni personali e i nostri asset si spostano online.
3. Votazione
Fornendo un registro decentralizzato e a prova di manomissione di tutti i voti espressi, la tecnologia blockchain può essere utilizzata per creare un sistema di voto sicuro e trasparente che elimina la possibilità di frode da parte degli elettori e ne garantisce l'integrità durante il processo di voto.
4. Gestione della catena di fornitura
La tecnologia blockchain può essere utilizzata per creare un ledger di tutte le transazioni all'interno di una catena di fornitura. Ogni transazione può essere registrata come blocco sulla blockchain, creando un registro immutabile e trasparente dell'intero processo della catena di fornitura.
2. Smart contract
Gli smart contract sono contratti auto-esecutivi che possono essere programmati per essere eseguiti automaticamente quando vengono soddisfatte determinate condizioni. La tecnologia blockchain consente la creazione e l'esecuzione di smart contract in modo sicuro e decentralizzato. I casi d'uso più promettenti degli smart contract includono le applicazioni decentralizzate (dApp) e le organizzazioni decentralizzate (DAO).
In chiusura
La tecnologia blockchain offre un modo sicuro e trasparente per registrare le transazioni e archiviare i dati. Ha il potenziale per rivoluzionare molti settori portando un nuovo livello di fiducia e sicurezza nel mondo digitale.
Che si tratti di consentire le transazioni peer-to-peer, creare nuove forme di asset digitali o facilitare l'utilizzo delle applicazioni decentralizzate, la tecnologia blockchain apre un mondo di possibilità. Visto che la tecnologia continua a evolversi e la sua adozione continua a crescere, possiamo aspettarci che nei prossimi anni emergano applicazioni sempre più innovative e sfidanti.
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