Come funziona il mining in Bitcoin?Pt.1

Nel mezzo delle difficoltà nascono le opportunità

Mi scuserà di certo Albert Einstein per aver completamente prima decontestualizzato e poi ricontestualizzato nel mondo Bitcoin una delle sue frasi più celebri. Quella a cui mi riferisco in questo post è proprio la difficulty di Bitcoin, visto che parliamo di mining, del suo funzionamento e appunto delle opportunità a esso legate.

Bitcoin Mining: Overview

Con il termine mining si intende il processo di verificare e aggiungere nuove transazioni, sotto forma di blocchi alla timechain di Bitcoin.

Coinvolge una rete decentralzzata di “computer” che competono per risolvere un problema matematico complesso tramite un meccanismo di consenso noto come Proof-of-Work (PoW). I miners usano il loro “potere computazionale” per trovare una soluzione, e chi tra loro la trova la aggiunge insieme alle transazioni verificate alla timechain. Il “vincitore” viene ricompensato con “nuovi bitcoin” e con le fees legate alle transazioni.

Questo processo assicura l’immutabilità della rete e previene il double spending.

Bitcoin Mining: Il processo

Il processo inizia con i miner che raccolgono le transazioni pendenti e le organizzano in blocchi. Queste transazioni rimangono in mempool finché non sono validate. Ogni blocco contiene un insieme di transazioni e un riferimento, hash, oltre alla sequenza temporale, al blocco precedente. Per aggiungere un nuovo blocco alla timechain i miner devono risolvere un problema computazionale.

I miner devono cioé trovare un valore specifico, nonce, che produce un hash con proprietà specifiche quando combinato con i dati del blocco. Trovare questo valore richiede una significativa spesa computazionale e una volta che un miner lo ha trovato lo diffonde alla rete così da poter permettere agli altri miner di verificarlo. A differenza della risoluzione del problema l’operazione di verifica è immediata e computazionalmente lineare.

La rete dei miner è sottoposta dal Protocollo a un meccanismo di consenso per maggioranza che in caso di “biforcazioni” alla timechain, quando due miner trovano la soluzione quasi in contemporanea e la diffondono, premia la catena più pesante cioé quella con più Proof-of-Work (e non la più lunga).

La partecipazione dei miner al processo è incentivata, attraverso la teoria matematica dei giochi, dalle block rewards e dalle fees legate alle transazioni. La prima transazione di ogni blocco, detta coinbase transaction, estrae nuovi bitcoin e li invia al miner che ha aggiunto il nuovo blocco.

Bitcoin Mining: Hardware

Nel primo periodo di vita di Bitcoin era possibile effettuare il mining usando le normali CPU dei computer: bastava scaricare il client Bitcoin e usare il potere di calcolo della CPU per risolvere il “puzzle computazionale”. D’altronde la difficoltà risultava piuttosta bassa e la rete non ancora molto estesa.

Fortunatamente, o sfortunamente a seconda dei punti di vista, al crescere della rete e di conseguenza della difficulty, il mining si è tramutato in un vero e proprio business che ha portato allo sviluppo di hardware dedicato al compito sempre più efficiente sia dal punto di vista energetico che da quello computazionale.

A partire infatti dal 2013 le CPU e le GPU, schede grafiche per intenderci, furono via via sostituite dagli ASICs (Application Specific Integrated Circuits) cioé delle macchine disegnate specificatamente per il Bitcoin Mining efficienti dal punto di vista energetico e con un alto hash rate (il numero di hash prodotti, soluzioni al problema, in genere misurati al secondo). Oggi siamo nell’ordine di più di un centinaio di Terahash, Th, al secondo.

Alternativa agli ASICs potrebbero essere le FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) molto più efficienti di CPUs e GPUs ma sicuramente molto più complesse nell’impianto e nella customizzazione del codice.

Bitcoin Mining: Software

Così come per l’hardware, i miner spesso usano del software specifico per il mining che consente loro di connettersi alla rete Bitcoin. Questo software si occupa di tutto: si connette alla rete, riceve transazioni e blocchi, e naturlmente fa tutti i calcoli necessari alla prova di lavoro in base alla difficoltà richiesta.

L’alternativa per molti miner è entrare a fare delle mining pool, che sono appunto gruppi di miner che condividono il proprio potere di calcolo, hash, nella speranza di “trovare un blocco”. I rewards ottenuti sarebbero minori perché appunto eventuali fees e block rewards sarebbero divisi tra tutti i partecipanti della pool in rapporto alla quantità di lavoro fornita (in genere il termine “tecnico” usato è shares).

Bitcoin Mining: cos’altro?

Oltre a hardware e software, il mining richiede una connessione a internet stabile, dello spazio, le conoscenze necessarie per mantenere operativo il setup e molta corrente elettrica.

Senza una connessione internet stabile non si va da nessuna parte e l’uso di una consistente quantità di energia elettrica richiede un buon sistema di raffreddamento. Considerata la difficulty raggiunta di spazio per contenere gli ASICs ne servirà parecchio. Un’adeguata manutenzione risulta necessaria per mantenere “l’investimento” efficiente e profittevole.

Ultimo ma non ultimo un wallet Bitcoin a supporto. La scelta cadrà su un hardware wallet (cold) o un software (hot) wallet.
Ricordiamo che un wallet è detto cold se disconnesso e offline mentre è detto hot se connesso a intenet. I cold wallet sono in genere più complessi da usare ma più sicuri, discorso opposto per gli hot.

Bitcoin Mining: si guadagna davvero?

Domanda lecita quando si vuole intraprendere un nuovo business e rapportare l’investimento con il suo ritorno.
La risposta ovvia è: dipende. Da diversi fattori tra l’altro tra cui il valore attribuito ai bitcoin dal mercato, l’hash rate, il consumo di energia e il suo costo, i famigerati costi di gestione, dai rewards per blocco e dalle fees sulle transazioni (i miner ringraziano gli ordinals).

Tra tutti l’aspetto che qui più ci interessa è quello legato alle block rewards e all’emissione monteria pre-stabilita dal Protocollo.

Il miner, o la pool, che mina un blocco è ricompensato dalla block subsidy corrente, nuovi bitcoin emessi, e dalle fees legate alle transazioni contenute nel blocco. Queste due componenti insieme costituiscono la block reward.

Attualmente la block subsidy è fissata da Protocollo a 6.25 bitcoin per blocco e si riduce ogni 4 anni tramite il meccanismo by design di halving.
In pratica ogni 4 anni il Protocollo stabilisce il dimezzamento della subsidy dovuta ai miner per ogni nuovo blocco riducendo dunque l’emissione monetaria comunque fissata dal CAP di 21M di bitcoin.
Il prossimo halving avverrà nel 2024 -ogni 210k blocchi- e porterà la subsidy a 3.125 bitcoin per blocco.

Visto che la subsidy scende nel tempo i miner dovranno da una parte puntare alle fees sulle transazioni per mantenere il proprio business profittevole dall’altra alla scelta di fonti energetiche economiche e di hardware sempre più efficiente.

Nel mezzo delle difficoltà nascono le opportunità

Una delle innovazioni più importanti introdotte da Bitcoin è sicuramente l’aggiustamento automatico della difficoltà -nel ricercare il nonce- che serve al Protocollo per mantenere costante il tempo di generazione del blocco e assicurare la sicurezza e stabilità della rete. Avviene ogni 2016 blocchi, più o meno due settimane, e si basa sul potere computazionale della rete meglio noto come hash rate. Così facendo il tempo di blocco resta costante nell’intorno dei 10 minuti.

Per intenderci, la difficoltà aumenterà quando i blocchi sono minati più velocemente rispetto al target dei 10 minuti (hash rate più alto): così facendo sarà più difficile trovare la soluzione e i blocchi saranno aggiunti più lentamente. Viceversa, se i blocchi sono minati molto lentamente, la difficoltà diminuirà (hash rate più basso) così che la soluzioni, e i blocchi, potranno essere trovate più velocemente.

Potremmo dire che l’aggiustamento automatico della difficoltà democratizza la rete Bitcoin evitando che pochi miner possano prenderne il controllo oltre a renderla più sicura contro eventuali attacchi.

Bitcoin Mining: 2140

Neanche a dirlo i miner sono stati e continuano a essere parte integrante del processo di crescita del Protocollo. Attraverso il mining le persone partecipano direttamente all’ecosistema, paretcipazione attiva, e assicurano comunque futuri sviluppi del Protocollo.

Ovviamente ci sono tutta una serie di fattori che “gravano” sul futuro del mining primo di tutti l’halving ricorrente ogni 4 anni….

…Fino al 2140 quando gli ultimi sats saranno emessi e poi? Resteranno davvero solo le fees legate alle transazioni? Quasi certamente si.

Saranno sufficienti?

Ok la bassa preferenza temporale, ma tempo al tempo. Ne riparliamo nella seconda parte di questo post fra un centinaio di anni.