La tecnologia BLOCKCHAIN - Michele Melchiori DII - UniBS Workshop SFEF -7 luglio 2021
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
DELL'INFORMAZIONE
La tecnologia BLOCKCHAIN
Michele Melchiori
DII - UniBS
Workshop SFEF – 7 luglio 2021
Blockchain (BC) e Bitcoin BC non è Bitcoin! Bitcoin è una specifica applicazione di BC; uno dei sui possibili impieghi! BC è invece una tecnologia ideale per la gestione di asset digitali di vario tipo e ha caratteristiche di immutabilità e sicurezza. Bitcoin e criptovalute sono casi applicativi ben noti per BC, ma ci sono molte applicazioni che possono trarre vantaggio dalla tecnologia BC. Ci sono varie Blockchain, anche con caratteristiche differenti. Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Alcuni ambiti emergenti per applicazioni della BC
Financial Services Health Care Trade Smart Cities
Programmable Health data Business Tokenized
currency exchange digital ID commodities
Regulatory- Person-centric Smart titles Smart Devices
inclusive Financial medical records and agreements Economy
Services
Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Il caso Estonia
L'Estonia è stato il primo Stato al mondo ad implementare la tecnologia blockchain in sistemi
informativi governativi. Iniziando nel 2012 con il Registro delle Successioni mantenuto dal Ministero
della Giustizia.
L'Estonia usa la tecnologia blockchain per verifica dell'integrità di registri governativi e relativi dati.
Nessun dato è salvato nella blockchain.
Registro Sanitario
Catasto
Registro Imprese
Registro delle successioni
Sistema giudiziario digitale
Gazzetta di Stato
Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Casi d'uso: Healthcare
Realizza la portabilità e la validazione del dossier medico con la storia clinica
completa di un Cittadino.
Usando blockchain e smart contracts promette l'accesso regolamentato e la
protezione del dossier senza la presenza di un soggetto intermediario
Ha come obiettivo quello di combattere la contraffazione di farmaci.
Progetto che copre vari aspetti ma in particolare la tracciabilità dei
movimenti e manipolazione di lotti di farmaci.
Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Sommario A cosa serve? Il double spending Blockchain: Ledger distribuito Caratteristiche delle Blockchain Come viene aggiornata, Mining e consenso Tipologie di blockchain Gli smartcontract Workshop SFEF - 7 luglio 2021
A cosa serve BC? Il "double spending" nel mondo digitale Quando si invia un documento Word, Excel o PDF come allegato ad un mail si sta inviando al destinatario una copia di quel documento. In generale, questa possibilità di duplicare senza sforzo contenuti digitali è riconosciuta come molto vantaggiosa! Non è così se si considera l'invio di entità quali: denaro, biglietti per un concerto, titoli di credito, documenti vincolati a proprietà intellettuale, ecc. Ad esempio, se si invia una somma di 0.01 BTC è importante che la disponibilità di questa somma passi dal mittente al destinatario Questi esempi illustrano un problema di "double spending" di asset digitali La tecnologia BC consente di evitare il double spending senza la necessità di fare riferimento ad un intermediario o ad una autorità garante che sovraintenda le transazioni Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Cos'è una BlockChain? Un registro, o ledger, "distribuito" e replicato
In termini molto semplici, una blockchain è un registro ("ledger") che permette la registrazione "sicura"
di grandi insiemi di transazioni DIGITALI le quali possono essere in relazione tra loro (es. movimenti tra
"conti" di denaro o di titoli).
Questo registro è condiviso tipicamente tra molti partecipanti, dove ciascuno ne ha una copia completa,
aggiornata e uguale alle altre.
Ogni partecipante è un computer connesso ad altri partecipanti, è quindi un nodo di una rete
informatica, ad es. peer-to-peer.
Ogni partecipante in ogni momento può accedere, leggere, verificare, il contenuto completo della BC e
può aggiungere nuovi contenuti, a certe condizioni.
Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Perché si chiama Blockchain? Una analogia
Un Blocco = Una Pagina Sul Blocco è possibile scrivere informazioni (es. transazioni)
Transazione 1
Transazione 2
Transazione 3
…
…
…
Transazione 25
Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Perché si chiama Blockchain?
I blocchi sono collegati a formare una catena = il Ledger
Transazione 1
Transazione 2
Transazione 3
Transazione 26
Transazione 27
Transazione 28
… Transazione X100
Transazione X101
Transazione X102
… … …
… … …
… … …
Transazione 25 Transazione 50 Transazione ….
Blocco 1 Blocco 2 Blocco X
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Esempi di transazioni Un pagamento della somma X dal conto A verso il conto B Un passaggio di movimentazione di un oggetto in una supply chain (tracciabilità) La registrazione di un voto in un procedimento elettorale L'aggiunta di un report di analisi cliniche al dossier sanitario di un cittadino Workshop SFEF - 7 luglio 2021
C'è però di più… (1)
• I blocchi sono prodotti e inseriti nella BC in un preciso ordine cronologico
• Ogni blocco contiene alcune transazioni da conservare nella BC, la "firma digitale" del blocco precedente, e
la soluzione, chiamata "proof of work", di un problema computazionale la cui soluzione richiede molti
tentativi
(e una nuova soluzione va trovata per ogni nuovo blocco!)
• Aggiungere un nuovo blocco alla BC comporta trovare questa soluzione; ciò richiede ai partecipanti tempo
e risorse di calcolo: ha un costo economico tangibile (energia elettrica).
-> NON E' GRATIS
Workshop SFEF - 7 luglio 2021C'è però di più… (2)
• I blocchi "validati" non vengono mai rimossi dalla BC
• Una BC contiene quindi la storia di tutte le transazioni registrate sulla BC stessa, disponibile e verificabile
da tutti i partecipanti
• In questo modo, le possibilità che accadano attività fraudolente o di duplicazione di transazioni o di
alterazione del contenuto di un blocco, tentando di manipolare il contenuto della BC, sono rese
complicate e questo accade senza la necessità di una autorità terza che supervisioni le attività.
• Ad es. cambiare un blocco comporta ricalcolare la soluzione "proof of work" di quel blocco e dei
successivi,… (nella pratica è di fatto "quasi impossibile" a causa del costo elevato e del tempo richiesti)
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Cos'è un ledger distribuito (DLT)?
Centralized Ledger Distributed Ledger
ClientA N odeA
Node E Node B
Client
B Bank Client
C
Client D Node D Node C
(da
https://www.sec.gov/spotlight/investor-advisory-committee-2012/slides-nancy-liao-brief-intro-to-blockchain-iac-101217.pdf)
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Chi possiede un ledger distribuito?
Single Entity Multiple Entities
(da
https://www.sec.gov/spotlight/investor-advisory-committee-2012/slides-nancy-liao-brief-intro-to-blockchain-iac-101217.pdf)
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Il ledger distribuito (DLT) del Bitcoin
(da https://techradar.softwareag.com/technology/blockchain-distributed-ledger-technology-dlt/)
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Registro "distribuito": dove sono oggi i computer partecipanti alla BC Bitcoin Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Perché usare BC?
• Il modo in cui i dati nella BC sono resi sicuri deriva dall'uso di crittografia avanzata.
• Il fatto che il registro è distribuito e duplicato in molte copie introduce robustezza: la perdita o
alterazione di una copia non produce problemi
• La BC contiene l'intera storia delle transazioni e questa è sia verificabile che difficilmente
alterabile
In generale: una BC è meno efficiente e meno veloce di un database centrale ma è più robusta
rispetto "a manipolazioni fraudolente" e può essere realizzata e gestita in assenza di una
Autorità centrale
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Caratteristiche delle Blockchain
Verificabilità
pubblica
Trasparenza dei
dati e dei
Automazione processi di
aggiornamento
(tracciabilità,
Benefici auditable)
della BC
Privacy (vs.
Trasparenza) Integrità
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Come viene aggiornata una Blockchain
A vuole inviare una somma a B:
La transazione è validata da un nodo Il blocco una volta validato è
firma digitalmente la
che la inserisce in un blocco (da inviato in broadcast ad altri nodi
transazione e la invia ai nodi
validare)
?
? ?
? ?
A
Un protocollo del consenso è
usato per approvare il blocco Il blocco approvato è
aggiunto alla Blockchain B "riceve" il denaro
B
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Dove è usata la crittografia nella BC?
Creazione delle Transazioni • Firma Digitale
• Chiavi pubbliche/private
Validazione di Transazioni • Proof ofWork o tecniche alternative di consenso
Aggiunta di blocchi • Algoritmi Hash
alla catena
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Consenso
E' il processo attraverso il quale la maggioranza, o in alcuni casi tutti, i partecipanti
validatori si accordano sul fatto che la blockchain deve cambiare contenuto, ad
esempio registrando un nuovo blocco contenente delle transazioni di scambio di
denaro
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Protocolli di consenso
• Nel Proof of Work (PoW) il creatore di un nuovo blocco è tenuto a risolvere problemi
computazionali per convalidare le transazioni e creare nuovi blocchi. Trovare la soluzione richiede
molto "lavoro" di calcolo, verificarla è invece immediato
• Nel Proof of Stake (PoS) il creatore di un nuovo blocco viene scelto tramite varie combinazioni di
selezione casuale, ricchezza o età del denaro posseduto.
• Nel Proof of Authority (PoA), transazioni e blocchi sono validati da account privilegiati e approvati,
noti come validatori.
• …
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Mining e proof of work nel Bitcoin
• Il processo di ricerca della soluzione del problema computazionale viene detto
“mining”; chi lo effettua viene invece chiamato “miner”.
• Per ottenere il diritto di validare un blocco di transazioni, i miner competono tra loro
tentando di risolvere il problema computazionale basato su un algoritmo
chiamato hash: Chi risolve per primo, vince.
• Nel sistema Bitcoin il miner che trova la soluzione al problema computazionale riceve
una ricompensa in valuta Bitcoin "coniata" appositamente.
• Perché un sistema di consenso "a maggioranza" non funzionerebbe nel Bitcoin?
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Perchè il "proof of work" funziona e rende sicura la BC
Ogni nodo ha la stessa copia del ledger
Per fare un cambio al ledger, 51% o più dei computer (potenza di calcolo) nella rete devono
accordarsi sulla modifica da fare
51% della attuale potenza di calcolo equivale a $7B+ in risorse hardware per 10 minuti di
controllo
In sostanza, questo sistema rende più difficile per i miner disonesti creare blocchi
Workshop SFEF - 7 luglio 2021 26Tipi di Blockchain
Blockchain pubbliche Blockchains private
• Chiunque può partecipare • Partecipanti sono noti
• Partecipanti anonimi • Possono essere controllate e avere
• Non c'è autorità che una “proprietà” da parte di un
supervisiona consorzio
• Approvazione di transazioni non è
vincolata alla maggioranza dei
partecipanti alla Blockchain bensì a un
numero limitato di partecipanti
"affidabili
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Smart Contract
Le transazioni in bitcoin sono limitate
₋ Trasferisci bitcoin "X" da "Y" a "Z"
Necessità di realizzare transazioni più potenti, es. per pagamenti condizionati:
₋ Scambi di asset
₋ Aste
₋ Supply chain e logistica
₋ Accordi legali
Soluzione
- Creare Smart Contract, conservarli ed eseguirli sulla blockchain
- Gli effetti della loro esecuzione non possono essere ritrattati
- Uno Smart Contract codifica un insieme di regole (es., di un contratto)
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Smart Contract: un esempio Smart contract "Polizza viaggio" che paga automaticamente un viaggiatore nel caso il suo volo sia cancellato Workshop SFEF - 7 luglio 2021
Smart Contract e token digitali
La possibilità di “tokenizzare” risorse del mondo reale quali asset, prodotti e servizi
ha reso possibile utilizzare la vendita di token come forma di finanziamento.
Creare un token sulla Blockchain vuol dire definire tramite uno smart contract
tutte le sue caratteristiche.
I diritti dei titolari di token possono essere codificati tramite smart contract.
Ad esempio:
1. a scadenze temporali prefissate il possesso di un certo numero N di token dà diritto a riceverne uno
ulteriore, o a ricevere una somma quale interesse.
2. se le azioni della società sono tokenizzate, gli azionisti hanno diritto di voto. Con uno smart contract, il
diritto di voto della persona viene abilitato quando si verifica una certa condizione, es., scadenza
temporale.
Lo smart contract consente loro di esprimere il proprio voto e registra tutto in modo trasparente.
Workshop SFEF - 7 luglio 2021Grazie!
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