Blockchain: cos'è e come funziona la catena di blocchi

Cos’è, in pratica, una blockchain

Secondo il NIST (National Institute of Standards and Technology, 2018), una blockchain è un registro digitale distribuito, organizzato in blocchi di transazioni firmate crittograficamente e collegati tra loro. La definizione tecnica insiste su due proprietà: resistenza alla manomissione (tamper resistant) ed evidenza della manomissione (tamper evident). In pratica, chi modifica il registro lascia una traccia visibile a chiunque ne confronti le copie.

Ogni blocco è diviso in due parti, come spiega il NIST: un header con i metadati e i dati veri e propri, cioè le transazioni raccolte in quel blocco. È l’header a fare il lavoro di collegamento: contiene l’hash digest, l’impronta crittografica, dell’header del blocco precedente. Cambiare un dato in un blocco già pubblicato ne cambierebbe l’hash, e quel cambiamento si propagherebbe a ogni blocco successivo, perché ciascuno porta l’hash di chi lo precede.

Esempio pratico: immagina un quaderno a fogli numerati in cui ogni pagina, in alto, riporta l’impronta digitale di quella precedente. Se qualcuno strappasse una pagina di mezzo per riscriverla, il codice in cima cambierebbe, e con lui non tornerebbero più i codici di tutte le pagine successive: chiunque confronti il quaderno con una copia se ne accorgerebbe.

Il risultato pratico è un registro difficile da falsificare senza lasciare traccia, quella che il NIST chiama resistenza alla manomissione.

Una rete senza centro

La blockchain di Bitcoin, riporta il NIST, è mantenuta e gestita in modo indipendente da un gruppo distribuito di partecipanti, con nodi che possono trovarsi in punti diversi del mondo. Non esiste un server unico che tiene la copia corretta: ogni nodo conserva il proprio registro e lo confronta con quello degli altri. È un’architettura che ricorda come funziona Internet in generale, dove non serve un’autorità centrale perché i dati viaggino da un punto all’altro della rete: la blockchain applica la stessa logica distribuita al problema di tenere un registro condiviso e affidabile.

Il problema del consenso: chi scrive il prossimo blocco

Se nessuno controlla la rete, serve comunque una regola per decidere chi ha il diritto di aggiungere il prossimo blocco. Il whitepaper di Bitcoin, pubblicato da Satoshi Nakamoto nel 2008, risolve il problema con il proof of work: i nodi competono a trovare un nonce, un numero usato una sola volta, che unito ai dati del blocco produca un hash con un certo numero di zero iniziali tramite SHA-256. Trovarlo richiede molti tentativi; verificarlo, una volta trovato, è immediato. La regola di consenso è semplice: i nodi considerano sempre corretta la catena più lunga, quella con più lavoro computazionale investito.

Ethereum ha usato lo stesso principio, con l’algoritmo Ethash, fino al 2022, anno in cui è passata al proof of stake, come documenta Ethereum.org. Al posto del calcolo intensivo, chi vuole diventare validatore deposita 32 ETH in un contratto dedicato ed esegue tre software distinti: un client di esecuzione, uno di consenso e uno per la validazione. A ogni slot, un validatore viene scelto a caso per proporre il blocco successivo. Se agisce in modo scorretto, rischia lo slashing, una penalità che va da meno dello 0,1% del proprio deposito, se è l’unico validatore coinvolto, fino al 100% in un evento di slashing di massa che riguarda molti validatori insieme.

Non solo pagamenti

Il whitepaper di Bitcoin descrive un sistema pensato per permettere pagamenti diretti tra due parti, senza passare da un istituto finanziario. Il NIST elenca anche usi non finanziari: transazioni B2B che registrano attività su beni digitali o fisici, tracciabilità nella supply chain, per esempio la posizione di una spedizione, e gli smart contract, in cui una transazione serve a inviare dati, elaborarli e memorizzarne il risultato. Sono applicazioni distinte dalle criptovalute, che restano il caso d’uso più noto ma non l’unico: la blockchain resta la struttura tecnica sotto il cofano, e le criptovalute sono un’applicazione fra le tante che ci si costruiscono sopra.

Capire questa distinzione aiuta anche a leggere meglio cos’è un algoritmo: il proof of work e il proof of stake sono, alla fine, procedure, sequenze di passaggi definiti per arrivare a un risultato verificabile, applicate a un problema specifico, quello di mettere d’accordo migliaia di computer senza un capo.

I limiti, secondo chi l’ha studiata

Il NIST è esplicito su un punto: la blockchain non è una soluzione universale, e ha problemi da considerare caso per caso. Il consumo di risorse dei sistemi a proof of work ha spinto, secondo il NIST, a spostare i nodi che pubblicano blocchi verso aree con elettricità a basso costo in eccesso. La sicurezza dell’utente, inoltre, non è automatica: un attaccante che voglia colpire chi usa la rete deve comunque individuare i singoli partecipanti, uno per uno.