La blockchain è protetta attraverso una varietà di meccanismi che includono tecnologie di crittografia avanzate, teorie matematiche sul cambiamento del comportamento e meccanismi decisionali. La tecnologia blockchain è l'infrastruttura fondamentale per la maggior parte dei sistemi di criptovaluta e ciò che impedisce a questo tipo di denaro digitale di essere duplicato o distrutto.

Sono attualmente in fase di esplorazione anche metodi per utilizzare la tecnologia blockchain in contesti diversi in cui l'immutabilità e la sicurezza dei dati sono di grande valore. Alcuni esempi includono la registrazione e il monitoraggio delle donazioni di beneficenza, i database medici e la gestione della catena di approvvigionamento.

Tuttavia, la sicurezza della blockchain non è un argomento semplice. Pertanto, è importante comprendere i concetti fondamentali e i meccanismi che forniscono una forte protezione a questi sistemi innovativi.


Concetti di immutabilità e consenso

Sebbene molte caratteristiche siano associate alla sicurezza della blockchain, le più importanti sono il consenso e l'immutabilità. Il consenso si riferisce alla capacità dei nodi all'interno di una rete blockchain distribuita di concordare sullo stato reale della rete e sulla validità delle transazioni. Di solito, il processo di raggiungimento del consenso si basa su ciò che viene chiamato algoritmi di consenso.

D'altra parte, il termine immutabilità si riferisce alla capacità della blockchain di prevenire la modifica delle transazioni già confermate. Sebbene queste transazioni riguardino principalmente il trasferimento di criptovalute, possono anche riferirsi a registri di altre forme di dati digitali non monetari.

Il consenso e l'immutabilità forniscono insieme un quadro per la sicurezza dei dati nelle reti blockchain. Mentre gli algoritmi di consenso garantiscono che le regole del sistema vengano seguite e che tutte le parti coinvolte concordino sullo stato attuale della rete, l'immutabilità garantisce l'integrità dei dati e dei registri delle transazioni dopo che è stata verificata la validità di ogni nuovo insieme di dati.


Il ruolo della crittografia nella sicurezza della blockchain

Le reti blockchain si basano fortemente sulla crittografia per garantire la sicurezza dei propri dati. Una delle funzioni crittografiche importanti in questo contesto è la funzione di hash. L'hashing è un processo in cui un algoritmo noto come funzione hash riceve input di dati (di qualsiasi dimensione) e restituisce output specifici contenenti un valore di lunghezza fissa.

Indipendentemente dalla dimensione degli input, gli output appariranno sempre della stessa lunghezza. Se gli input cambiano, gli output cambiano completamente, ma se gli input non cambiano, l'hash risultante rimarrà costante indipendentemente da quante volte si esegue la funzione di hash.

Nella blockchain, questi valori di output noti come hash vengono utilizzati come identificatori unici per i blocchi di dati. L'hash di ogni blocco è collegato all'hash del blocco precedente. Questo collega i blocchi insieme e forma una catena di blocchi (la blockchain). Inoltre, l'hash di un blocco si basa sui dati all'interno di quel blocco, il che significa che qualsiasi modifica apportata ai dati richiede una modifica nell'hash del blocco.

Pertanto, l'hash di ogni blocco viene creato in base ai dati presenti all'interno di quel blocco e all'hash del blocco precedente. Questi identificatori hash giocano un ruolo chiave nel garantire la sicurezza e l'immutabilità della blockchain.

L'hashing è utilizzato anche negli algoritmi di consenso utilizzati per verificare la validità delle transazioni. Ad esempio, nella blockchain di Bitcoin, l'algoritmo di prova di lavoro (PoW) utilizzato per raggiungere il consenso e minare nuove criptovalute utilizza una funzione di hash chiamata SHA-256. SHA-256 prende l'input dei dati e restituisce un hash lungo 256 bit o 64 caratteri come indicato dal nome. Oltre a fornire protezione per i registri delle transazioni nei ledger, la crittografia gioca anche un ruolo nel garantire la sicurezza dei portafogli utilizzati per memorizzare unità di criptovaluta. Vengono create coppie di chiavi pubbliche e private che consentono agli utenti di ricevere e inviare pagamenti rispettivamente attraverso l'uso della crittografia asimmetrica o della crittografia a chiave pubblica. Le chiavi private vengono utilizzate per creare firme digitali per le transazioni, consentendo la verifica della proprietà delle criptovalute inviate.

Sebbene i dettagli siano al di fuori dell'ambito di questo articolo, la natura della crittografia asimmetrica impedisce a chiunque tranne il proprietario della chiave privata di accedere ai fondi memorizzati in un portafoglio di criptovaluta, mantenendo così questi fondi al sicuro fino a quando il proprietario decide di spenderli (finché la chiave privata non è condivisa o compromessa).


Crittouconomics

Oltre alla crittografia, un concetto relativamente nuovo noto come crittoeconomia gioca un ruolo nel mantenere la sicurezza delle reti blockchain. È legato a un campo di studio noto come teoria dei giochi, che modella matematicamente il processo decisionale degli agenti razionali in situazioni con regole e ricompense predefinite. Mentre la teoria dei giochi tradizionale può essere applicata ampiamente in una serie di casi, la crittoeconomia definisce e descrive il comportamento dei nodi sui sistemi blockchain distribuiti.

In breve, la crittoeconomia è lo studio delle economie all'interno dei protocolli delle reti blockchain e i risultati potenziali che il loro design può offrire in base al comportamento dei partecipanti. La sicurezza attraverso la crittoeconomia si basa sull'idea che i sistemi blockchain forniscono incentivi maggiori ai nodi per lavorare onestamente piuttosto che cercare di adottare comportamenti malevoli o scorretti.

Ancora una volta, l'algoritmo di consenso di prova di lavoro (Proof of Work / PoW) utilizzato nel mining di Bitcoin fornisce un buon esempio di questa struttura di incentivazione.

Quando Satoshi Nakamoto ha creato un framework per il mining di Bitcoin, è stato progettato intenzionalmente per essere un processo costoso e intensivo in risorse. A causa della sua complessità e delle sue richieste computazionali, il mining utilizzato nell'algoritmo di prova di lavoro comporta un grande investimento di denaro e tempo, indipendentemente da dove e da chi stia minerando i nodi. Pertanto, una tale struttura fornisce una forte barriera all'attività malevola e grandi incentivi per l'attività di mining onesta. I nodi insufficienti o inefficaci vengono rapidamente espulsi dalla rete blockchain, mentre un miner attivo ed efficiente ha la possibilità di ottenere ricompense di blocco significative.

Allo stesso modo, questo equilibrio di rischi e ricompense fornisce anche protezione contro attacchi potenziali che potrebbero affrontare il consenso quando il tasso di hash di maggioranza della rete blockchain è nelle mani di un singolo gruppo o entità. Tali attacchi sono noti come attacchi del 51% e possono essere estremamente distruttivi se eseguiti con successo. Data la competitività del sistema di mining dell'algoritmo di prova di lavoro e la dimensione della rete Bitcoin, la probabilità che un attore malevolo controlli la maggior parte dei nodi è estremamente bassa.

Inoltre, il costo nel campo del calcolo necessario per effettuare un attacco riuscito del 51% su una rete delle dimensioni della rete Bitcoin sarebbe astronomico. Ciò rende l'incentivo per un tale attacco estremamente basso rispetto all'enorme investimento richiesto.

Questo fatto, noto come errore bizantino (BFT), contribuisce alle caratteristiche della blockchain. Che è fondamentalmente la capacità del sistema distribuito di continuare a funzionare normalmente anche se alcuni nodi sono a rischio o agiscono in modo dannoso.

Finché il costo di creazione della maggior parte dei nodi malevoli rimane elevato e ci sono incentivi migliori per attività oneste, il sistema sarà in grado di prosperare senza alcun guasto significativo. Tuttavia, è importante notare che le reti blockchain più piccole sono certamente vulnerabili a un attacco di maggioranza (attacco del 51%) poiché il tasso di hash totale assegnato a questi sistemi è molto inferiore a quello di Bitcoin.


Conclusioni finali

I sistemi blockchain possono raggiungere livelli elevati di sicurezza come sistemi distribuiti attraverso l'uso combinato della teoria dei giochi e della crittografia. Come per quasi tutti i sistemi, è importante applicare correttamente questi due ambiti di conoscenza. L'equilibrio preciso tra decentralizzazione e sicurezza è vitale per costruire una rete di criptovalute affidabile ed efficiente.

Con l'evoluzione continua dell'uso della blockchain, anche i loro sistemi di sicurezza cambieranno per soddisfare le esigenze delle diverse applicazioni. Ad esempio, i sistemi blockchain privati attualmente in fase di sviluppo per le imprese si basano più sulla sicurezza tramite il controllo degli accessi piuttosto che su meccanismi di teoria dei giochi (o crittoeconomia) che sono essenziali per l'integrità della maggior parte delle blockchain pubbliche.