Che cosa sono i Minatori di bitcoin ? A cosa servono i Mining-Rig di Ethereum ? E' vero che i minatori possiedono la rete delle criptovalute ? E cos'è l'hashing Power ? A queste ed altre domande cercherò di rispondere con questo articolo, nel quale entreremo più in dettaglio all'interno delle Monete Crittografiche. Dato che comunque una moneta è per definizione un bene di uso generale, nei limiti del possibile cercherò di usare un linguaggio accessibile a tutti. Resta comunque il fatto che le criptovalute a livello mondiale sono ormai oltre 800, tanto da costituire un vero e proprio "ECOSISTEMA", con tutta la sua terminologia, la sua economia e le sue tecnologie.

Bitcoin...Mining

Premessa

Le criptovalute sono monete digitali che funzionano grazie ad internet ed in modo indipendente dalle monete emesse dalle banche centrali. Oggi le criptovalute sono centinaia, ma la capostipite è BITCOIN, la prima ad essere stata inventata e messa in funzione.

Il suo inventore, noto come Satoshi Nakamoto (che probabilmente è l'australiano Craig Steven Wright), nel 2008 è riuscito a mettere assieme le migliori tecnologie informatiche per realizzare un qualcosa che finora si reputava impossibile : un sistema informatico per scambiarsi un valore che funziona senza banche.
Bitcoin è entrato in funzione nel Gennaio 2009 ed ha continuato a funzionare ininterrottamente fino ai giorni nostri, vedendo progressivamente crescere il livello di partecipazione tanto che oggi è costituita da oltre 9000 nodi funzionanti in tempo reale, come si vede nella mappa interattiva del sito www.bitnodes.21.co/.
Ricordo che per "Nodo" si intende un PC che contiene una copia dell'Archivio dei Pagamenti di una specifica moneta, cioè la Blockchain. Ma ci torneremo tra poco.

EY_Bitnode_640.png

Troppa "Carne al Fuoco"

Dato che il software Bitcoin è aperto, cioè di pubblico dominio, ci sono stati negli ultimi anni numerosi programmatori che lo hanno utilizzato (cioè COPIATO !!) per sviluppare monete alternative, tanto che oggi, come già detto, abbiamo centinaia di altre monete simili se non migliori rispetto a Bitcoin.

Ecco quindi ETHEREUM, BITCOIN CASH, LITECOIN, DASH, ZCASH... e tante altre, ognuna con le sue peculiarità, talvolta orientate a specifici settori e talvolta orientate specifiche funzioni.

Panorama di tutte le Crypto : www.coinmarketcap.com

Alcune hanno ricalcato in tutto e per tutto le caratteristiche di Bitcon con lievi migliorie, ma altre stanno proponendo sistemi completamente diversi, sia per proporre servizi diversi dal mero pagamento, come Giochi o Assicurazioni sia per rivolgersi a clientele differenti.
La moneta IOTA, ad esempio, sembra più orientata a piccoli pagamenti elettronici, come il parcheggio o il biglietto della Metro, piuttosto che alla funzione di sostituto dell'Oro, che spesso si attribuisce a Bitcoin.

In ogni caso, per non mettere troppa "carne al fuoco", nella restante parte dell'articolo risponderò alle domande iniziali utilizzando prevalentemente Bitcoin. Sono comunque ragionamenti che si potranno in linea di massima applicare anche alle altre Criptovalute.

Qualche definizione

Prima di procedere con le spiegazioni, è comodo fare una breve analogia tra i concetti "bancari" e quelli di Bitcoin; eccovi quindi un "glossario" dei principali concetti delle criptovalute che vi consiglio di osservare attentamente : capirete meglio i concetti seguenti.

Qualche Problema

Torniamo quindi a Bitcoin , un programma, un protocollo, un database, ma a tutti gli effetti una moneta. Decentrata ed elettronica, ma comunque una moneta, cioè un sistema per trasferire del valore.
I problemi principali da affrontare e da risolvere sono quindi quelli inerenti la sicurezza, quindi ecco i due criteri fondamentali che deve soddisfare questo software :

• nessuno deve entrare in possesso delle "monete" che appartengono ad altri;
• nessuno deve poter "falsificare" le monete, creandone dal nulla o duplicando quelli già esistenti.

Ebbene, entrambi questi problemi sono stati risolti con l'uso di algoritmi crittografia, sistemi per la cifratura dei dati sviluppati principalmente in ambito militare e quindi di efficacia provata.

Cifratura a Doppia Chiave

Per quanto riguarda il primo punto, cioè garantire che ognuno sia il solo e unico proprietario dei propri soldi, la soluzione si è trovata con un sistema già esistente : la cifratura a doppia chiave, un sistema nato per rendere incomprensibili i messaggi prima della spedizione. Questa soluzione si compone di due codici, una chiave privata (segreta, che possiede solo l'utente) e da una chiave pubblica (che tutti possono conoscere).
In Bitcoin :

• la chiave privata viene usata dall'utente per cifrare gli ordini di pagamento prima di spedirli,
• la chiave pubblica viene usata dai nodi per decifrare il messaggio e "capire" che contiene un ordine di pagamento.

Ma questo argomento merita un approfondimento, quindi lo rimandiamo ad un futuro articolo.

Niente Copie

Il secondo problema è ancora più importante e "pericoloso" : come evitare che un malfattore possa alterare il Database dei pagamenti ? Il database di una criptovaluta, infatti, è di pubblico dominio e chiunque può entrarne in possesso : Come evitare che un malintenzionato non inserisca direttamente nell'archivio delle transazioni un valore a sua piacimento per il proprio "conto corrente" ?
E come evitare che i soldi vengano duplicati allo stesso modo delle banconote false ?
Questo è un problema noto come "Double Spending" (doppia spesa), per il quale Satoshi Nakamoto ha dato il meglio di sè inventando la Blockchain ed il "mestiere" dei minatori.

La Blockchain

I pagamenti Bitcoin, a differenza di quanto accade nel mondo bancario, non avvengono tra archivi diversi ma avvengono tutti all'interno di un unico database, detto nel gergo Blockchain.
Qui non ci sono Banche che si scambiano denaro, ma c'è solo un archivio che tiene traccia di tutti i movimenti.
Dal punto di vista tecnico, la Blockchain è un archivio che in informatica si definisce "APPEND ONLY" : è cioè un file dove si possono solamente aggiungere dati alla fine e non si possono apportare modifiche al contenuto .
La Blockchain di una criptovaluta, quindi, inizia dal primo giorno in cui è stata messa in funzione e continua perennemente ad incrementarsi, mantenendo traccia "in eterno" di tutto quello che è successo.
Inoltre, la Blockchain è un file di pubblico dominio che chiunque può avere nel proprio PC, anche un Hacker; del resto bitcoin è una moneta decentrata, non c'è una banca, tantomeno un proprietario, quindi.... il database è di tutti !
Per averlo basta scaricare il software "Full Node" (ovviamente gratuito) ed installarlo in un qualunque PC. Dopo alcuni giorni di scaricamento dati, necessari per riallinearsi con tutti gli altri nodi, si avrà nel proprio PC una copia aggiornata della Blockchain, cioè un duplicato.
Inoltre, mantenendo acceso il PC 24 su 24, il software manterrà la Blockchain aggiornata in tempo reale.

PS : Nel momento in cui è stato scritto questo articolo, la Blockchain di bitcoin occupava circa 132 GB Blockchain.info - blocks-size

Democrazia

Come detto, il Full Node è un PC che restando sempre acceso mantiene nel proprio Hard Disk una copia della Blockchain sempre aggiornata, partecipando attivamente al funzionamento di Bitcoin, ed alla sua sicurezza !
Ricordiamo infatti che il Full Node ha il software Bitcoin "originale", quindi se riceve un ordine di pagamento "malevolo", lo scarterà perché non è conforme alle regole del software (ad esempio password errate o ordini di pagamento con soldi che non ci sono, eccc..).
Questo significa che se un pirata crea un Full Node fasullo, questo verrà rapidamente "emarginato" da tutti gli altri perchè contiene una copia della Blockchain che non corrisponde a quella corretta.
In pratica la rete Bitcoin è una rete a maggioranza, per cui chi non rispetta le regole viene espulso.

I Minatori

Un altro fondamentale elemento di sicurezza di una rete di Criptovalute è costituito da coloro che scelgono di fare per mestiere i "verificatori" delle transizioni; sono coloro che nel gergo sono chiamati MINATORI , una attività imprenditoriale che richiede risorse non indifferenti.

Mining Farm

E per risorse intendo risorse economiche necessarie all'acquisto di Hardware, cioè apparecchiature elettroniche.
Come vedremo infatti per fare il minatore è necessario disporre di dispositivi non proprio d'uso comune.

Cosa fa il Minatore ?

Il minatore si occupa di convalidare i pagamenti e di pacchettizzarli in un gruppo che viene chiamato "Blocco", il quale solitamente contiene i pagamenti accumulati negli ultimi 10 minuti.
Quando un blocco viene completato, il minatore lo rende pubblico trasmettendolo a tutti i nodi della rete Bitcoin, i quali dopo aver verificato che è conforme alle regole, lo aggiungono alla propria copia della Blockchain.
In poche parole, ogni 10 minuti alla blockchain viene aggiunto un blocco.
Ma quand'è che un blocco è completato ? E come fanno più "minatori" a lavorare contemporaneamente ?
Semplice : i minatori sono in competizione tra loro e vince chi è più veloce !

Parentesi : dalla Carne al fuoco alla Carne Tritata

Facciamo ora una piccola parentesi per parlare di Crittografia, ma non spaventatevi, niente formule matematiche ! Piuttosto cercherò di spiegarvi i bizzarri risvolti di questo calcolo.
Parliamo quindi di un metodo ideato a partire dagli anni '90 dall'Agenzia per la sicurezza degli Stati Uniti (la NSA) per controllare che un qualunque messaggio non sia stato alterato.
Si tratta di un calcolo matematico, denominato funzione di Hash o Hashing, che dal contenuto di un qualsiasi documento (una frase, un file PDF, ecc), genera un codice che possiamo considerare come una impronta digitale del documento stesso.
Questo codice nel gergo viene chiamato Hash, vocabolo inglese che sta ad indicare la carne tritata, perchè per generare questa sorta di "firma" il documento viene rimescolato e ridotto più volte, come fosse "tritato", fino a trovare una sequenza di 64 caratteri.
Ma l'aspetto fondamentale e sorprendente di questo algoritmo è il seguente : è un calcolo congegnato in modo tale che da ogni file si estrae un hash diverso, per cui ogni file ha il proprio hash !
La matematica e la statistica, in pratica, ci dicono che ogni Hash è Unico.
Significa che modificando anche un solo bit di un documento, si avrà come risultato un hash completamente diverso da quello calcolato con il documento originale.
Come si vede dall'esempio qui sotto, basta cambiare una lettera della parola OVER , per modificare completamente lHash risultante.

Risultati (Digest) della procedura di Hash

Come usare questa funzione per controllare che un documento ricevuto non sia stato modificato da malintenzionati ? Semplicemente ricalcolando l'Hash e confrontandolo con quello che il mittente ha calcolato sul file originale :

• se l'Hash "ricalcolato" corrisponde all'Hash originale, significa che il file ricevuto è corretto;
• se l'Hash "ricalcolato" è diverso, significa che il file ricevuto è stato manomesso.
  

In informatica un sistema molto simile si usa per proteggere il downoload dei files (Hash MD5).

Hash e Bitcoin

Ora torniamo a Bitcoin ed al problema di rendere i pagamenti effettuati non più modificabili nè manipolabili.
Dobbiamo cioè fare in modo che qualunque malintenzionato non possa alterare le transazioni contenute nella Blockchain, ad esempio :

• modificando il destinatario di un qualsiasi pagamento (furto), oppure
• duplicando dei bitcoin già spesi (contraffazione/duble spending)

Per risolvere questo problema ci viene incontro la funzione di Hash spiegata in precedenza, che per certi versi ci permette di "congelare" ciascun blocco con il suo contenuto.
In particolare nel software Bitcoin è previsto che ad ogni nuovo blocco venga aggiunta la corrispondente "impronta digitale", generata con la funzione di Hash denominate "SHA-256".

(*) Questo Hash non è di fantasia : è l'Hash del blocco generato il 7.9.2017 alle 09:38:13.
Se qualcuno vuole vederlo, è sufficiente aprire un qualsiasi Bitcoin Scanner/blochckain explorer e digitare il numero 483990. Oppure con il sito Blockchain.info in questa Pagina

Ma in Bitcoin l'Hash è duplice

Nel software Bitcoin l'utilizzo dell'Hash viene fatto per due motivi :

• congela definitivamente ciascun blocco con tutto il suo contenuto (la funzione per cui è nato l'Hash)
• collega indissolubilmente ciascun blocco con quello successivo

Infatti l'Hash, oltre che essere usato per concludere il blocco corrente, viene poi usato per iniziare il blocco seguente, cioè quello che conterrà le operazioni dei 10 minuti successivi, e così via.

Esempio di Blockchain

In questo modo i blocchi sono virtualmente "concatenati" uno dopo l'altro, proprio con gli Hash, formando una catena dalla quale deriva il nome Blockchain.
Ma dato che gli Hash sono "UNICI", non è di fatto possibile apportare modifiche alla Blockchain.

Gli Hash che concatenano i Blocchi

Perchè non posso modificare una Blockchain ?

Qui ci sta bene un esempio, quindi immaginiamo che ci sia un malintenzionato che voglia appropriarsi "illecitamente" di bitcoin (o di un'altra criptovaluta che funziona in modo simile).
Il nostro Hacker dovrebbe fare indicativamente queste operazioni :

1. prendere un blocco esistente che più assomiglia a ciò che vuol fare (facilissimo : la Blockchain è di pubblico dominio)
2. alterare una transazione esistente cambiando il destinatario per bonificare dei bitcoin verso il suo conto,
3. oppure aggiungere una transazione che gli assegni bitcoin già spesi (cioè duplicandoli)
4. Chiudere il blocco calcolando l'Hash,
5. inviare il blocco a tutti i Nodi della rete e attendere che lo inseriscano dentro la Blockchain.

Ma dato che il nuovo Hash calcolato per il blocco è diverso da quello originario, il blocco alterato non riuscirà più ad "incastrarsi" al posto del blocco originale e tantomeno in qualsiasi altro punto della Blockchain. I nodi della rete, pertanto, ricevuto via internet questo blocco e assodato che l'Hash non corrisponde con nessun altro Hash della Blockchain, non potranno fare altro che scartarlo.
L'hacker allora potrebbe furbescamente chiudere il blocco truffaldino piazzando il vecchio Hash (cioè quello originale), ma si ripeterebbe lo stesso problema : i Nodi si accorgerebbero che l'Hash non corrisponde con il contenuto del blocco e lo scarterebbero. In poche parole, la matematica protegge il sistema.

Torniamo ai Minatori

Il minatore è quindi una persona (o forse sarebbe meglio chiamarlo imprenditore) che oltre ad avere un PC con la funzione di Full Node, è anche dotato di apparecchiature elettroniche che eseguono il programma con l'algoritmo di Hash.
Perchè ho usato il termine apparecchiature ?? Non è possibile usare un PC per calcolare l'Hash ?
La risposta è si, ma un PC sarebbe troppo lento.
L'inventore di Bitcoin infatti, il "famigerato" Satoshi Nakamoto, qui ha messo un pizzico di fantasia per mettere l'imprenditorialità dietro al sistema, elemento indispensabile per tenerlo in piedi.
Ci sono in sostanza alcune figure che sono incentivate a far funzionare bitcoin (ed a farlo funzionare bene) perchè dal funzionamento di bitcoin deriva il loro reddito.
E' un concetto sorprendente che non si era mai visto prima legato ad un software.

Vediamo quindi in dettaglio la questione  :
L'algoritmo di Bitcoin, affinché un Blocco venga concluso, non si accontenta di un qualunque Hash , ma richiede che soddisfi determinati requisiti : deve iniziare con almeno uno zero.
Ma dato che non è possibile sapere quale Hash verrà fuori dal calcolo, il minatore per convalidare un blocco, cioè per trovare l'Hash corretto, deve procedere per tentativi.

• hash("CoinDesk rocks!!") -> 66925f1da83c54354da73d81e013974d => NO
• hash("CoinDesk rocks!!!") -> c8de96b4cf781a6373766c668ceac0f0 => NO
• hash("CoinDesk rocks!!!!") -> 9ea367cea6a2cc4a6f5a1d9a334d0d9e => NO
• hash("CoinDesk rocks!!!!!") -> b8d43387d98f035e2f0ac49740a5af38 => NO
• hash("CoinDesk rocks!!!!!!") -> 0fe46518541f4739613b9ce29ecea6b6 => OK !!

Nell'esempio sopra riportato il calcolo dell'Hash viene ripetuto più volte aggiungendo punti esclamativi al messaggio "CoinDesk rocks !!" finché dal calcolo non si ricava un Hash che inizia con uno Zero.

Competizione

Bene, quindi riassumiamo : i minatori di Bitcoin sono persone impegnate, ciascuna per proprio conto, a controllare la correttezza dei pagamenti avvenuti negli ultimi 10 minuti e, una volta raggruppati in un blocco (file) si impegnano a calcolare il relativo Hash.
Ma solo colui che riesce per primo a trovarlo sarà l'autore del Blocco e gli verranno assegnati i nuovi bitcoin previsti come "ricompensa" per il lavoro svolto.
Al momento della convalida del blocco, infatti, al minatore vengono assegnate le commissioni sui pagamenti che il blocco contiene, più 12,5 bitcoin generati da zero (questo valore si dimezza ogni 4 anni, una sorta di inflazione inversa).
Ecco quindi che i minatori fanno a gara a chi per primo trova l'Hash del blocco che sta per essere aggiunto alla Blockchain.
Per questo motivo i Minatori sono aperti ai dispositivi che escono sul mercato con migliori prestazioni nel calcolo dell'Hash.

Hashing Power

Se seguiamo la storia di Bitcoin, vediamo che inizialmente i blocchi ed il relativo Hash veniva calcolato dagli stessi utenti usando semplicemente il proprio PC. Nei fatti non esisteva la distinzione tra utenti e minatori.
Poi la storia insegna (Adam Smith, la divisione del lavoro) si sono create delle specializzazioni : alcune persone hanno fiutato l'affare ed hanno iniziato a calcolare l'Hash usando le GPU, ed infine si è passati ad utilizzare Hardware dedicati (ASIC), che riescono a calcolare Migliaia di Miliardi di Hash al secondo.

Processore ASIC per elaborare Hash "SHA-256"

Vita da Minatore

Oggi nonostante la presenza di questi "processori dedicati", che tra l'altro hanno un consumo elettrico notevole (circa 1200 Watt), per i minatori la vita... non è cosa facile.
Infatti c'è un altro simpatico paletto che il nostro Satoshi Nakamoto ha aggiunto al software dei "Full Node": circa ogni 2 settimane viene verificato in quanto tempo viene calcolato un nuovo blocco (ricordiamo che il tempo ideale è stato stabilito in 10 minuti, significa che un utente deve attendere al massimo 10minuti per vedersi approvato un pagamento, cioè per vederlo memorizzato nella Blockchain).
Questo controllo è necessario proprio per tenere sotto controllo l'eventuale aumento di minatori e l'aumento della potenza di calcolo dei processori, pertanto se i blocchi vengono calcolati in meno di 10 minuti viene aumentata la complessità del calcolo, richiedendo un ulteriore Zero all'inizio dell'Hash.
Oggi siamo giunti al punto tale che i minatori per vedersi riconosciuto un blocco, devono trovare un Hash che inizi con 8 numeri Zero !!!
Ecco perchè i minatori professionisti hanno "capannoni" zeppi di macchine per calcolare l'Hash : per trovare quello corretto è necessario fare miliardi di tentativi.

Miner_KNC.jpg

Nota

Se guardate il contenuto di un blocco, vedrete che c'è un numero chiamato Nonce : è il numero che il minatore genera per provare a calcolare l'Hash. E' l'unica cosa che può "toccare" dentro ad un blocco; tutto il resto del contenuto è gestito dal software Bitcoin.
A proposito, nel blocco che ho visualizzato sopra come esempio, il Nonce vale 1535802725 (circa 1 Miliardo e Mezzo)!

Ethereum

Nella criptovaluta Ethereum, invece, per fare i minatori si stanno usando ancora le GPU, cioè le schede grafiche ad alte prestazioni (quelle per il Gaming 3D !), che vengono assemblate con dei telai metallici aperti in modo da dissipare tutto il calore prodotto. Sono sistemi per certi versi artigianali che vengono chiamati Mining Rig (pozzo per minatore).

Conclusioni

Come abbiamo visto il minatore "professionista" è un imprenditore con risorse economiche importanti.
Ha infatti la necessità di :

• grandi spazi,
• apparecchiature elettroniche speciali (costruite su misura),
• sostenere costi di manutenzione importante (le apparecchiature sono accese 24 ore su 24),
• sostenere costi per l'innovazione (escono circa ogni 2 anni modelli più potenti),
• pagare bollette energetiche di non poco conto.
  

Quest'ultimo fattore spiega perchè i minatori sono dislocati prevalentemente nei paesi dove l'energia elettrica costa molto poco.
E' vero che i minatori accumulano bitcoin man mano che "azzeccano" il calcolo, ma è anche vero che devono spenderli continuamente per coprire i costi aziendali. Dire che i minatori possiedono l'intera rete bitcoin è quindi scorretto e assurdo (anche perche la rete è costituita da migliaia di nodi dislocati in tutto il mondo !).

E' invece vero che un minatore dotato di una grande potenza di calcolo (cioè molti processori ASIC) potrebbe lui stesso fare l'Hacker, generando un blocco truffaldino per farsi accreditare bitcoin che non gli spettano.
Ma questo rischio è estremamente basso : un comportamento del genere, visto che la Blockchain è pubblica, sarebbe allarmante e provocherebbe una rapida fuga degli utenti (e degli investitori) verso altre Criptovalute.
Ricordo infatti che i portali di trading, gli Exchange, permettono di passare da una criptovaluta all'altra in meno di un minuto.
In una simile evenienza il valore del bitcoin si ridurrebbe fortemente; lo stesso minatore si troverebbe con un valore bassissimo. Ricordo infatti che non c'è nessuna "Banca Centrale" che protegge la fluttuazione del valore di bitcoin : il valore è frutto di pura contrattazione, cioè del... "libero mercato" !
Da un certo punto di vista il minatore è un commerciante : se fa male il suo lavoro rischia di perdere i clienti e di trovarsi con il negozio pieno di merce che nessuno vuole.
Pertanto, la presenza delle altre criptovalute è una assicurazione, costringendo il minatore di fare bene il suo lavoro.

LINK UTILI

• STATISTICHE BITCOIN

https://blockchain.info/it/stats

• Wikipedia - Algoritmi di Hash di Sicurezza

https://it.wikipedia.org/wiki/Secure_Hash_Algorithm