Che cos’è il mining ?
Il mining è il processo di creazione di nuovi Bitcoin risolvendo operazioni matematiche. Consiste in computers dotati di chip avanzati per risolvere operazioni matematiche complesse. Il “bitcoin miner” (come vengono chiamati questi sistemi n.d.r.) a risolvere il “puzzle” viene premiato in bitcoin. Il processo di mining conferma anche le transazioni sulla rete della criptovaluta e le rende affidabili. Per un breve periodo dopo il lancio di Bitcoin, i primi Bitcoin sono stati estratti su computer desktop con normali unità di elaborazione centrale (CPU) con un processo estremamente lento. Ora la criptovaluta viene generata utilizzando grandi pool di mining distribuiti in molte aree geografiche e i minatori di bitcoin aggregano sistemi di mining che consumano enormi quantità di elettricità per estrarre le criptovalute.
Nelle regioni in cui l’elettricità viene generata utilizzando combustibili fossili, l’estrazione di bitcoin è considerata dannosa per l’ambiente, di conseguenza, molti miners di criptovalute hanno spostato le loro operations in luoghi con fonti di energia rinnovabili per ridurre l’impatto sui cambiamenti climatici, proprio come l’oro viene estratto dalla terra utilizzando grandi attrezzi e macchine, anche il mining utilizza grandi sistemi simili ai data center, che risolvono enigmi matematici generati dall’algoritmo di Bitcoin per produrre nuove monete.
Risolvendo problemi di matematica computazionale, i miner rendono anche affidabile la rete della criptovaluta verificandone le informazioni sulle transazioni. Queste transazioni possono teoricamente essere piccole quanto una transazione, ma spesso sono diverse migliaia a seconda della quantità di dati che ciascuna transazione memorizza. L’idea alla base della verifica delle informazioni sulle transazioni Bitcoin è prevenire la doppia spesa. Con le valute stampate, la contraffazione è sempre un problema, ma generalmente, quando si spendono € 20 in un negozio il conto è nelle mani dell’impiegato, mentre invece con la valuta digitale, è una situazione diversa.
Le informazioni digitali possono essere riprodotte in modo relativamente semplice, quindi con Bitcoin e altre valute digitali, c’è il rischio che uno spender possa fare una copia del proprio bitcoin e inviarlo a un altra parte pur mantenendo l’originale. Le transazioni Bitcoin vengono aggregate in blocchi che vengono aggiunti ad una blockchain. I nodi completi nella rete di Bitcoin mantengono un registro della blockchain e verificano le transazioni che si verificano su di essa. I miners di Bitcoin scaricano l’intera cronologia della blockchain e assemblano transazioni valide in un blocco, e se il blocco delle transazioni assemblate viene accettato e verificato da altri miner, il miner riceve una ricompensa. La ricompensa per i blocchi viene dimezzata ogni 210.000 blocchi (o all’incirca ogni quattro anni). Nel 2009 era 50. Nel 2013, l’importo della ricompensa è sceso a 25 e nel 2016 è diventato 12,5 ed in tempi recenti la ricompensa è stata modificata a 6.25.
Un altro incentivo per i miners a partecipare al processo sono le commissioni di transazione. Oltre ai premi, i miners ricevono anche commissioni da qualsiasi transazione contenuta in quel blocco di transazioni. Quando Bitcoin raggiunge il limite pianificato di 21 milioni (previsto intorno al 2140), i miners saranno ricompensati con commissioni per l’elaborazione delle transazioni che gli utenti della rete pagheranno. Queste commissioni assicurano che i miners abbiano ancora l’incentivo per estrarre e mantenere attiva la rete. L’idea è che la concorrenza per queste commissioni le farà rimanere basse dopo che gli eventi che costantemente le dimezzano, saranno terminati.
Qual è il “puzzle” matematico del mining
Al centro del mining c’è un puzzle matematico che i miners dovrebbero risolvere per guadagnare ricompense in bitcoin. Il puzzle si chiama proof of work (PoW), un riferimento al lavoro computazionale speso dai miners per estrarre bitcoin. Sebbene venga spesso definito complesso, il puzzle è in realtà abbastanza semplice e può essere descritto come segue.
I minatori nella rete di Bitcoin cercano di trovare un numero esadecimale di 64 cifre, chiamato hash, che è inferiore o uguale a un hash target in SHA256, l’algoritmo PoW di Bitcoin. I sistemi di un minatore utilizzano una notevole forza sotto forma di più unità di elaborazione impilate insieme e generano hash a velocità diverse: megahash al secondo (MH/s), gigahash al secondo (GH/s) o terahash al secondo (TH/s )—a seconda dell’unità, indovinando tutte le possibili combinazioni a 64 cifre finché non si arriva a una soluzione. I sistemi che indovinano un numero minore o uguale all’hash vengono premiati con bitcoin.
Ecco un esempio per spiegare il processo. Supponiamo di chiedere agli amici di indovinare un numero compreso tra 1 e 100 che avete pensato e annotato su un pezzo di carta. I vostri amici non devono indovinare il numero esatto, devono solo essere la prima persona a indovinare un numero inferiore o uguale al vostro numero. Se state pensando al numero 19 e un amico esce con 21, perde perché 21 è maggiore di 19. Ma se qualcuno indovina 16 e un altro amico indovina 18, allora quest’ultimo vince perché 18 è più vicino a 19 che a 16. In termini molto semplici, il puzzle matematico del mining di bitcoin è la stessa situazione descritta sopra, tranne che con numeri esadecimali a 64 cifre e migliaia di sistemi informatici.
Quali sono le difficoltà del mining
Uno dei termini che si incontrano spesso quando si parla di mining di bitcoin è la difficoltà vera e propria del mining. La difficoltà del mining si riferisce alla difficoltà di risolvere il puzzle matematico e generare bitcoin che influenza a sua volta la velocità di generazione dei bitcoin.
La difficoltà di estrazione cambia ogni 2.016 blocchi o approssimativamente ogni due settimane ed il livello di difficoltà successivo dipende dall’efficienza dei minatori nel ciclo precedente. È anche influenzato dal numero di nuovi miner che si uniscono alla rete del Bitcoin perché aumenta l’hash rate o la quantità di potenza di calcolo impiegata per estrarre la criptovaluta. Nel 2013 e nel 2014, con l’aumento del prezzo del bitcoin, più miner si sono uniti alla rete e il tempo medio per scoprire un blocco di transazioni è sceso a nove minuti da 10 minuti.
Può anche essere vero il contrario e cioè, più minatori sono in competizione per una soluzione, più difficile diventerà il problema e se la potenza di calcolo viene sottratta alla rete, la difficoltà si riduce per rendere più facile il mining. Il livello di difficoltà per l’estrazione a marzo 2022 é di 27,55 trilioni. Cioè, la possibilità che un computer produca un hash al di sotto del target è 1 su 27,55 trilioni. Per metterlo in prospettiva, ci sono circa 91.655 probabilità in più di vincere il jackpot Powerball con un singolo biglietto della lotteria rispetto a scegliere l’hash corretto in una singola prova.
Quali sono gli aspetti economici del mining ?
Sono tre i costi principali nel mining di bitcoin:
Elettricità: é ovviamente il modo per far funzionare i sistemi di mining 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Può arrivare a un conto sostanzioso. Se si considera che il processo consuma la stessa quantità di elettricità di alcuni paesi, i costi possono risultare piuttosto elevati.
Sistemi di mining: contrariamente alla narrativa popolare, i computer desktop e i normali sistemi non sono adatti o efficaci per il mining di bitcoin. Il processo può riscaldare tali sistemi e causare problemi di larghezza di banda in una rete domestica. I sistemi di chip integrati specifici dell’applicazione (ASIC), che sono macchine personalizzate per il mining di bitcoin, sono il principale investimento infrastrutturale per i minatori di bitcoin. La fascia di prezzo per tali macchine può variare da € 4.000 a € 12.000. Anche con costi così elevati, un singolo sistema dotato di ASIC genera meno di un singolo bitcoin. I minatori di bitcoin organizzano migliaia di sistemi ASIC in pool di mining che funzionano 24 ore su 24, 7 giorni su 7 per generare il numero esadecimale di 64 cifre necessario per risolvere un hash.
Infrastruttura di rete: le velocità di rete non fanno una differenza significativa nel processo di mining di bitcoin. Tuttavia, è importante disporre di una connessione Internet disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7 senza interruzioni. La connessione dovrebbe anche avere latenza dai pool minerari vicini. Le reti dedicate riducono la dipendenza esterna e assicurano che la latenza sia ridotta al minimo. Andare offline non interrompe necessariamente il processo di sincronizzazione delle transazioni. Ma può rendere il processo dispendioso in termini di tempo e, possibilmente, soggetto a errori dopo il ripristino di una connessione.
I costi totali per questi tre input dovrebbero essere inferiori all’output, in questo caso, il prezzo del bitcoin, affinché i minatori generino profitti dalla loro impresa. Considerando il prezzo alle stelle del bitcoin, l’idea di coniare le proprie criptovalute potrebbe sembrare una proposta allettante.
Tuttavia, nonostante ciò che dicono i sostenitori del Bitcoin, il mining di criptovaluta non è un hobby di alcun tipo. È un’impresa costosa con un’alta probabilità di fallimento. Come illustrato nella sezione sulla difficoltà di mining, non vi è alcuna garanzia che si guadagni anche dopo aver speso sforzi considerevoli, e non solo finanziari. L’aggregazione dei sistemi di mining per gestire una piccola impresa che estrae bitcoin potrebbe offrire una via d’uscita. Tuttavia, anche tali aziende sono alla mercé dei prezzi volatili delle criptovalute. Se il prezzo delle criptovalute crolla come nel 2018, diventa antieconomico gestire sistemi di mining di bitcoin e i piccoli miner sono costretti a chiudere l’attività. Il calo del numero di bitcoin assegnati ai miner ogni quattro anni rende l’attività ancora meno attraente. Data la notevole difficoltà insita nell’economia del mining di bitcoin, l’attività è ora dominata da grandi società di mining che hanno operations in più continenti.
Quanta elettricità utilizza il processo di mining ?
Per la maggior parte della breve storia di Bitcoin, il suo processo di mining è rimasto un processo ad alta intensità energetica. Nel decennio successivo al suo lancio, il mining di bitcoin è stato truffato dalla Cina, un paese che fa affidamento su combustibili fossili come il carbone per produrre la maggior parte della sua elettricità. Non sorprende che i costi energetici astronomici dell’estrazione di bitcoin abbiano attirato l’attenzione degli attivisti del cambiamento climatico che incolpano l’attività per l’aumento delle emissioni. Secondo alcune stime, il processo di mining delle criptovalute consuma tanta elettricità quanto interi paesi.
Ma i sostenitori del bitcoin hanno pubblicato studi che affermano che le criptovalute sono alimentate in gran parte da fonti di energia rinnovabile.
Due sviluppi hanno contribuito all’evoluzione e alla composizione del mining di bitcoin così com’è oggi. Il primo è la produzione di macchine minerarie personalizzate per bitcoin. Poiché il mining di bitcoin è essenzialmente un’ipotesi, arrivare alla risposta giusta prima che un altro minatore abbia quasi tutto a che fare con la velocità con cui il computer può produrre hash. Agli albori di Bitcoin, i computer desktop con CPU ordinarie dominavano il mining di bitcoin. Ma hanno iniziato a impiegare molto tempo per scoprire le transazioni sulla rete delle criptovalute poiché il livello di difficoltà dell’algoritmo è aumentato nel tempo. Secondo alcune stime, ci sarebbero voluti “diverse centinaia di migliaia di anni in media” utilizzando le CPU per trovare un blocco valido al livello di difficoltà di inizio 2015.11
Nel corso del tempo, i minatori si sono resi conto che le schede grafiche, note anche come unità di elaborazione grafica (GPU), erano più efficaci e veloci nel mining. Ma hanno consumato molta energia per i singoli sistemi hardware che non erano realmente necessari per il mining della criptovaluta.
Al giorno d’oggi, i miner utilizzano macchine personalizzate, chiamate minatori ASIC, che sono dotate di chip specializzati per un mining di bitcoin più veloce ed efficiente. Costano da diverse centinaia a decine di migliaia di dollari ed il mining di bitcoin è così competitivo che può essere svolto in modo redditizio solo con gli ASIC più aggiornati. Quando si utilizzano computer desktop, GPU o modelli precedenti agli ASIC, il costo del consumo energetico supera effettivamente le entrate generate. Anche con l’unità più recente disposizione, un computer è raramente sufficiente per competere con i pool di mining, gruppi di minatori che combinano la loro potenza di calcolo e dividono il bitcoin estratto tra di loro.
La rete Bitcoin può attualmente elaborare poco meno di quattro transazioni al secondo, con transazioni registrate nella blockchain ogni 10 minuti. In confronto, Visa può elaborare circa 65.000 transazioni al secondo. Tuttavia, poiché la rete di utenti Bitcoin continua a crescere, il numero di transazioni effettuate in 10 minuti alla fine supererà il numero di transazioni che possono essere elaborate nei 10 minuti e a quel punto, i tempi di attesa per le transazioni inizieranno e continueranno ad allungarsi, a meno che non venga apportata una modifica al protocollo Bitcoin.
Questo problema al centro del protocollo Bitcoin è noto come ridimensionamento. Sebbene i minatori di bitcoin siano generalmente d’accordo sul fatto che è necessario fare qualcosa per affrontare il ridimensionamento, c’è meno consenso su come farlo. Sono state proposte due soluzioni principali per affrontare il problema del ridimensionamento. Gli sviluppatori hanno suggerito di creare un livello secondario “off-chain” di Bitcoin che consentirebbe transazioni più veloci che possono essere verificate dalla blockchain in un secondo momento o di aumentare il numero di transazioni che ogni blocco può memorizzare. Con meno dati da verificare per blocco, la prima soluzione renderebbe le transazioni più veloci ed economiche per i minatori. Il secondo si occuperebbe del ridimensionamento consentendo l’elaborazione di più informazioni ogni 10 minuti aumentando la dimensione del blocco.
Nel luglio 2017, i minatori di bitcoin e le società di mining che rappresentano circa l’80-90% della potenza di calcolo della rete hanno votato per incorporare un programma che ridurrebbe la quantità di dati necessari per verificare ogni blocco.
Il programma che i minatori hanno votato per aggiungere al protocollo Bitcoin è chiamato testimone segregato, o SegWit. Questo termine è una fusione di segregato, che significa separato, e testimone, che si riferisce alle firme su una transazione Bitcoin. Test segregato, quindi, significa separare le firme delle transazioni da un blocco e allegarle come un blocco esteso. Sebbene l’aggiunta di un singolo programma al protocollo Bitcoin possa non sembrare una soluzione, si stima che i dati delle firme rappresentino fino al 65% dei dati trattati in ogni blocco di transazioni.
Meno di un mese dopo, nell’agosto 2017, un gruppo di minatori e sviluppatori ha avviato un hard fork, lasciando la rete Bitcoin per creare una nuova valuta utilizzando la stessa base di codice di Bitcoin. Sebbene questo gruppo fosse d’accordo con la necessità di una soluzione al ridimensionamento, temeva che l’adozione della tecnologia SegWit non avrebbe risolto completamente il problema del ridimensionamento. Invece, sono andati con la seconda soluzione ad aumentare il numero di transazioni che ogni blocco può memorizzare. La valuta risultante, denominata Bitcoin Cash, ha aumentato la dimensione del blocco a 8 MB per accelerare il processo di verifica e consentire una performance di circa 2 milioni di transazioni al giorno.
