1. Anatomia
Fisiologia
Anatomia e Fisiologia del Bitcoin,
cos’`e e come evolve
Pietro Peterlongo
Universit`a di Trento, Dipartimento di Matematica
Laboratorio di Crittografia e Matematica Industriale
7 Maggio 2014
P Peterlongo Bitcoin2014UTFEN
2. Anatomia
Fisiologia
Outline
1 Anatomia del Bitcoin (cos’´e? smontiamolo!)
Moneta digitale e pagamenti elettronici
Bitcoin come criptomoneta
Un soldo digitale `e una catena di firme
l’hash crittografico `e il lavoro che produce capitale
Bitcoin come rete peer-to-peer
esempi di pagamento
2 Fisiologia del Bitcoin (come si `e sviluppato? e come prezza?)
Storia: eventi e prezzo
Imprenditori, investitori e traders
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3. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Outline
1 Anatomia del Bitcoin (cos’´e? smontiamolo!)
Moneta digitale e pagamenti elettronici
Bitcoin come criptomoneta
Un soldo digitale `e una catena di firme
l’hash crittografico `e il lavoro che produce capitale
Bitcoin come rete peer-to-peer
esempi di pagamento
2 Fisiologia del Bitcoin (come si `e sviluppato? e come prezza?)
Storia: eventi e prezzo
Imprenditori, investitori e traders
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4. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Outline
1 Anatomia del Bitcoin (cos’´e? smontiamolo!)
Moneta digitale e pagamenti elettronici
Bitcoin come criptomoneta
Un soldo digitale `e una catena di firme
l’hash crittografico `e il lavoro che produce capitale
Bitcoin come rete peer-to-peer
esempi di pagamento
2 Fisiologia del Bitcoin (come si `e sviluppato? e come prezza?)
Storia: eventi e prezzo
Imprenditori, investitori e traders
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5. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Moneta fiat e moneta digitale
la valuta che noi usiamo oggigiorno
`e la moneta fiat (o moneta legale):
il suo valore `e completamente
determinato dalle leggi dei Governi
non `e una commodity (come l’oro)
n´e rappresenta delle commodity
(dal 1971)
Le 3 funzioni della moneta:
- mezzo di scambio
(medium of exchange)
- unit`a di conto (unit of
account)
- riserva del valore (store of
value)
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6. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Pagamenti online
Uno sketch di un pagamento online:
per richiedere un pagamento, devi inserire delle credenziali
il sistema accetta il pagamento dopo aver controllato le tue
credenziali
il pagamento `e successivamente viene vagliato da una camera
di compensazione che utilizza un libro mastro
questo coinvolge una terza parte fidata e implica un costo della
compensazione.
Un euro digitale non `e altro che un bit di informazione scambiato
tra le parti.
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7. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Il costo dell’e-payment
La compensazione delle transazioni ha enormi costi infrastrutturali
e rischi potenziali.
Le banche ricevono ordini di transazioni dai loro clienti. Gli
ordini sono messi in coda e sono risolti in orari prestabiliti da
un processo automatico di compensazione all’interno della
banca.
I trasferimenti interbancari e intranationali sono risolti dalle
camere di compensazione supervisionate dalle autorit`a
nazionali.
I trasferimenti internationali richiedono il vaglio e la
manutenzione da parte di altri attori che controllano gli
standard e risolvono dispute.
Banche, banche centrali, circuiti di pagamento, consorzi etc -
incorrono in costi in termini di personale, infrastrutture ed altro.
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8. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Bitcoin: moneta nativa digitale
Bitcoin
`E la prima valuta decentralizzata digitale.
- Digitale: `e un registro delle transazioni (un libro mastro).
- Decentralizzata: il registro mastro `e pubblico;
la validazione del libro mastro `e fatto mediante una rete
peer-to-peer.
modellata su internet
globale
commissioni basse o nulle
facile da implementare
il protocollo bitcoin diventer`a lo standard per i pagamenti online?
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9. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
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Moneta digitale e pagamenti elettronici
Bitcoin come criptomoneta
Un soldo digitale `e una catena di firme
l’hash crittografico `e il lavoro che produce capitale
Bitcoin come rete peer-to-peer
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10. Anatomia
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moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
la Blockchain, libro mastro del bitcoin
Il libro mastro (public ledger) del Bitcoin `e detto Blockchain:
contiene tutte le transazioni in bitcoin
`e validato ogni 10 minuti con nuove transazioni
nuovi bitcoin sono creati durante il processo di validazione
(mining)
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11. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
bitcoin `e una criptovaluta
Bitcoin `e basato sulla crittografia. I due principali ingredienti sono:
Funzioni crittografiche Hash
ECDSA: Elliptic Curve Digital Signature Algorthm (algoritmo
di firma digitale con curve ellittiche)
taken from bitcointalk.org
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12. Anatomia
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moneta digitale
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firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
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Bitcoin come rete peer-to-peer
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13. Anatomia
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moneta digitale
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hash crittografici
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esempi di pagamento
Cos’`e un soldo digitale?
Satoshi Nakamato, 1998:
“We define a digital coin as a chain of digital signatures”
una moneta `e definita
mediante la lista delle sue
transazioni fino ad ora
(cambio di propriet`a)
prova di propriet`a `e (di
solito) data mediante una
firma digitale della
transazione da parte
dell’ultimo proprietario.
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14. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Timbratura temporale (timestamping) delle transazioni
Il problema del double-spending `e risolto mediante un
timestamping e la verifica di tutte le transazioni.
Un timestamp server comprime un blocco di item che devono
essere timbrati e pubblica la compressione (hash). Ogni timestamp
include il precedente timestamp nella sua hash, formando una
catena (chain).
Questo log pubblico della transazione condiviso `e detto block chain.
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15. Anatomia
Fisiologia
moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
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Moneta digitale e pagamenti elettronici
Bitcoin come criptomoneta
Un soldo digitale `e una catena di firme
l’hash crittografico `e il lavoro che produce capitale
Bitcoin come rete peer-to-peer
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16. Anatomia
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moneta digitale
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firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Funzioni di Hash Crittografico
Una funzione di hash prende come input una stringa di lunghezza
arbitraria e da come output una stringa di lunghezza fissata
(message digest).
le funzioni di hash crittografiche
sono molto difficili (computazionalmente
parlando) da invertire
il loro output sembra random
Il protocollo Bitcoin usa SHA-256 (message digest di 256 bit) per
fornire il lavoro necessario (proof-of-work) a validare le transazioni.
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17. Anatomia
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moneta digitale
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firma digitale
hash crittografici
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esempi di pagamento
Esempio di output di SHA-256 (noninvertibilit`a
dell’output)
Supponiamo che io voglia fare un pronostico su chi vincer`a il
trading game 2014. Non voglio dirvi il mio pronostico per
influenzarvi, ma voglio mettervi in grado di decidere se ho fatto il
pronostico giusto senza barare. Come posso fare?
Vi mostro l’hash del mio pronostico:
1206b41450c9a754f601eb73ef18d3c62d1f5a8fd176aa0e20851bf
Alla fine della competizione vi mostro il mio messaggio
originale:
vince chi va L su BTC per primo
Voi controllate che l’hash del messaggio sia quello che vi ho
dato. Per me sarebbe impossibile fabbricare un pronostico
diverso che abbia lo stesso hash.
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18. Anatomia
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firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Esempio di output di SHA-256 (randomicit`a dell’output)
input: “Edward Snowden is PRISM whistleblower”
output:
48FCB0286DFF720812402010EFCA0A3121BBCE61BA0A121B591756D3B487B8B3
input: “Edward Snowden is PRISM whistleblower [00]”
output:
7C8AC6BFA2315E7AC4D11F8986B677F29173BA86955DE37341FE311761D93E24
input: “Edward Snowden is PRISM whistleblower [12]”
output:
0D97B5BE09152D3610F5D5F0079A46957E3951CAD8077F495D1AB150C107ED9D
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19. Anatomia
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moneta digitale
criptomoneta
firma digitale
hash crittografici
rete p2p
esempi di pagamento
Esempio di transazione
Una transazione `e una lista di input e di
output con i valori di unit`a di monet`a che
escono dagli input ed entrano dagli output.
hash:
9c809ffd57fe160b7a5504f0ff9ec2beb3f491fd3eb88d548d56399b7b8bd4db
inputs (1):
amount: 100 from (address): 1PgMst4c11hPpuYQeqRPTCjMv9Z8CmLus4
scriptSig:
30450221008044adfa98b5bd83f2ec0852e8c5aa7b5e226924b475be32. . .
outputs (1):
amount: 100 to (address): 16MgZaATWXrAgDB3Q9evULCHATWrmbxmUt
scriptPubKey: . . . 3ac1f8f5cb7ab8ed6d2d5dc1d295ec3e1d00dbd6 . . .
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20. Anatomia
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moneta digitale
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hash crittografici
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esempi di pagamento
Esempio di Blocco
Un Blocco contiene una lista di
transazioni con il loro hash e un block
header che contiene:
Prev Hash:
0000000000001978. . .
Merkle Root:
e39d3f5dea. . .
Nonce:
1277352253
Hash of Block header:
00000000000003f522c0efba7648a8940055555b8738a2820b26d9a1603d5577
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21. Anatomia
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Proof-of-work
Il sistema di proof-of-work funziona cos`ı:
incremento il nonce nel blocco finch´e non trovo un valore che da un hash del
blocco con un certo numero specificato di zeri successivi all’inizio (difficolt`a).
Il lavoro medio richiesto `e esponenziale nel numero di bit posti a zero (facendo
un numero esponenziale di operazioni di hash), ma pu`o essere verificato
facendo un solo hash.
Una volta che lo sforzo computazione `e stato speso il blocco non pu`o essere
cambiato senza rifare il lavoro.
Quando altri blocchi vengono incatenati al primo, il lavoro di cambiare un
blocco include quello di ricalcolate tutti i blocchi successivi.
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22. Anatomia
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firma digitale
hash crittografici
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La rete Bitcoin
1 Le nuove transazioni sono trasmesse a tutti i nodi.
2 Ogni nodo prova a risolvere la proof-of-work per il blocco di
transazioni.
3 Quando un nodo dichiara una soluzione, questa viene
trasmessa e verificata da tutti gli altri nodi.
4 Un certo numero di bitcoin sono riscossi dal nodo che ha
trovato la soluzione con successo. Questo include “l’attivit`a
estrattiva” (mining), ovvero 25 bitcoin, ed eventualmente le
imposte di transazioni volontarie.
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24. Anatomia
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firma digitale
hash crittografici
rete p2p
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Onest`a della rete
Una maggioranza di nodi onesti `e essenziale per prevenire un
attacco basato sul controllo della maggioranza della potenza di
calcolo.
Questo consentirebbe di:
influenzare pesantemente le transazioni passate e future
ma non di
invertire/modificare le transazioni passate.
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25. Anatomia
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26. Anatomia
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hash crittografici
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esempi di pagamento
Esempio (1)
Supponiamo che Alice voglia pagare in bitcoin il conto di una cena
nel ristorante di Bob che li accetta
1 Bob digita l’importo sul suo tablet e appare un codice QR
2 Alice avvicina il suo smartphone al QR e la sua APP di bitcoin
(wallet) legge i dati della transazione che sono scritti
all’interno del QR
3 A questo punto l’unica cosa che deve fare Alice `e confermare
la transazione sul suo smartphone
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27. Anatomia
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firma digitale
hash crittografici
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Esempio (2)
Supponiamo ora che Alice, per tornare a casa, voglia prendere
l’autobus e pagare nuovamente in bitcoin. A differenza di prima, il
prezzo in questo caso `e fisso.
Salita sull’autobus, Alice trova un codice QR attaccato vicino alla
macchina obliteratrice, avvicina il suo smartphone, conferma la
transazione e...il gioco `e fatto!
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28. Anatomia
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Esempio avanzato (3 - futuro prossimo?)
Alice `e stanca di dover sempre prendere l’autobus e decide di
noleggiare una macchina. Va su internet, trova un noleggiatore di
auto che accetta bitcoin, sceglie la sua auto e procede con il
pagamento: il sito le mostra un QR code, lei avvicina la sua app,
paga e sulla app viene automaticamente caricata una chiave per
aprire la macchina. Si reca nel luogo dove `e caricato la macchina
da noleggiare e la apre con il suo smartphone.
Questo scenario pi`u o meno futuristico `e reso possibile da alcune
delle possibilit`a avanzate fornite dalla caratteristiche di scripting
presenti nel bitcoin. Uno scenario di questo tipo va sotto il nome
di smart property: la propriet`a di un bene, viene automaticamente
collegata al pagamento effettuato per l’acquisto. Il potenziale
tecnologico distruttivo del bitcoin `e ancora tutto da scoprire.
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29. Anatomia
Fisiologia
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30. Anatomia
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31. Anatomia
Fisiologia
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In breve
2008-9 idea e protocollo creato da autore ignoto — sotto pseudonimo
di Satoshi Nakamoto [“preistoria”].
2010 nasce il primo mercato, epoca di aneddoti eroici [“et`a
dell’oro”].
2011 parit`a con il dollaro e primo picco; nello stesso anno nasce silk
road [“periodo classico”].
2012 crescita e sviluppo costante, bitcoin spesso associato alla
criminalit`a cyber [“medioevo”].
2013 entrano i imprenditori ed investitori (silk road chiude);
aumento di popolarit`a e prezzo (1000$ a fine anno)
[“rinascimento”].
2014 il prezzo cala, problemi di regulations, chiusura di MTGOX.
Crisi o mainstream? [“et`a moderna”]
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33. Anatomia
Fisiologia
storia
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2008-9-10 [preistoria ed et`a dell’oro]
18ago08 dominio bitcoin.org registrato
31ott08 articolo sul design del protocollo pubblicato.
09nov08 progetto bitcoin registrato su sourceforge.
03gen09 Genesis block (primo blocco).
12gen09 prima transazione (blocco 170 - da Satoshi a Hal Finney).
09ott09 primo prezzo di cambio: 1$ = 1309,03 BTC.
30dic09 primo aumento di difficolt`a.
06feb10 primo Market (Bitcoin Market).
22mag10 acquisto di una pizza per 10K BTC (≈ 25 $).
17lug10 nasce MtGox; il bitcoin prezza a mezzo dollaro.
07ott10 primo aumento sensibile di prezzo fino a $0.06/ BTC.
06nov10 il valore dell’economia bitcoin raggiunge 1 milione di dollari.
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35. Anatomia
Fisiologia
storia
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2011-2 [periodo classico e medioevo]
09feb11 il bitcoin raggiunge la parit`a con il dollaro (nello stesso mese
apre silkroad).
25mar11 decremento di difficolt`a del 10% (evento raro).
16apr11 articolo del TIME sul bitcoin.
23apr11 parit`a con l’euro.
08giu11 primo picco del bitcoin a 31,91$; scende a 10$ pochi giorni
dopo. In giugno, attacchi a MtGox.
22lug11 prima app bitcoin per iPad (BitCoins mobile).
20ago11 prima bitcoin conference a New York.
25nov11 prima bitcoin conference europea a Praga.
dic11 minimo del bitcoin a 2$
27set12 creata la Bitcoin Foundation
28nov12 si dimezza la ricompensa per i miner (da 50 a 25 BTC).
dic12 durante l’anno il prezzo cresce costantemente fino a 13$.
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38. Anatomia
Fisiologia
storia
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2013-4 [rinascimento ed et`a moderna]
12mar13 Fork della Blockchain dovuto ad un problema di update del
client.
28mar13 Capitalizzazione del bitcoin a 1 miliardo di dollari.
11apr13 rally di prezzo (crisi di Cipro) e picco a 266$.
01lug13 I fratelli Winklevoss aprono un Trust Bitcoin a Wall Street.
02ott13 chiusura di SilkRoad (rilanciato il mese dopo) ed arresto di
Dread Pirate Roberts.
02nov13 una coppia di sposi ha vissuto 100 giorni pagando solo con
bitcoin.
27nov13 Il bitcoin rompe la barriera dei 1000$.
05dic13 La banca centrale cinese vieta alle istituzioni finanziarie
transazioni in bitcoin.
feb14 MtGox chiude, Bitstamp diventa la borsa di bitcoin pi`u
grande.
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43. Anatomia
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1 Anatomia del Bitcoin (cos’´e? smontiamolo!)
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Un soldo digitale `e una catena di firme
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