Cosa è Bitcoin? dai Tulipani al Consenso Distribuito https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ Emanuele Cisbani 2017 

Introduzione 

4 discipline Per capire in modo approfondito come funziona e cosa è Bitcoin bisogna acquisire conoscenze molto specifiche e di recente scoperta nelle seguenti discipline ● Crittografia ● Reti di calcolatori e trasmissione dei dati ● Teoria dei giochi e consenso distribuito ● Teorie economiche della moneta Per tre di esse ci affidiamo volentieri a esposizioni divulgative di esperti autorevoli, ma per il quarto argomento pensiamo di saperne qualcosa perché il denaro ci è familiare, lo usiamo quotidianamente, per cui tendiamo a rifiutare idee “strane” Emanuele Cisbani 2017 

Bitcoin P2P e-cash paper "Cryptography" a mailing list devoted to cryptographic technology and its political impact From: Satoshi Nakamoto Date: Fri Oct 31 14:10:00 EDT 2008 Subject: Bitcoin P2P e-cash paper I've been working on a new electronic cash system that's fully peer-to-peer, with no trusted third party. The paper is available at: http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf 

Pedro Franco Pedro Franco holds an MSc in Electrical Engineering from ICAI, a BSc in Economics and an MBA from INSEAD. He has been a consultant with McKinsey and Boston Consulting Group, as well as a researcher with IIT, prior to gaining more than 10 years of experience in financial markets, holding Quant and Trading positions in Credit, Counterparty Risk, Inflation and Interest Rates. He has created various mathematical libraries for financial derivatives, and managed teams of software developers. 

Ferdinando Ametrano Distributed Ledger Technology payment solutions for the Global Transaction Banking of Intesa Sanpaolo. I teach "Bitcoin and Blockchain Technologies" at Politecnico di Milano and Milano-Bicocca University. Former Head of Blockchain and Virtual Currencies in Intesa Sanpaolo bank. https://www.linkedin.com/in/ferdinandoametrano/ 

La mia esperienza Crittografia e informatica sono il mio lavoro, ho conoscenze di economia e finanza Ho qualche nozione di teoria dei giochi e un buon quoziente intellettivo strategico Nel 2013 scopro l’esistenza di Bitcoin, mi affascina ma diffido che possa funzionare Mi sembra solo un esperimento curioso, oppure una truffa molto ben congeniata Nella primavera del 2016, incuriosito, comincio a studiare seriamente il fenomeno Capisco che Bitcoin potrebbe un giorno non valere più nulla, ma funziona... Pur partendo avvantaggiato, perché ci ho messo tanti mesi a capire cosa è Bitcoin? Emanuele Cisbani 2017 

Programma ➢ Spam e Bias ➢ Tulipani e Denaro ➢ Bitcoin ➢ Hash e Proof of Work ➢ Consenso Distribuito ➢ Truffe e ICO Emanuele Cisbani 2017 

Spam e Bias 

Pensieri lenti e veloci SINISTRA sinistra destra DESTRA DESTRA sinistra SINISTRA destra maiuscolo minuscolo MINUSCOLO maiuscolo MAIUSCOLO minuscolo MINUSCOLO maiuscolo 

Bias (errori sistematici) Quando i pensieri veloci ci fanno sbagliare: ● bias di conferma (maggior rilevanza alle informazioni a favore della propria idea) ● bias della scelta (razionalizzare le scelte fatte in modo errato o impulsivo) ● bias dell’effetto struzzo (ignorare ciò che ci contraddice o non ci piace affrontare) ● bias del carro della banda musicale (basarsi sull’opinione della maggioranza) ● euristica della disponibilità (sovrastimare le informazioni a nostra disposizione) ● bias dell'ordine di grandezza (sbagliare le stime numeriche anche se in perfetta buona fede) ● bias della negatività (dare sempre maggior peso agli aspetti negativi rispetto a quelli positivi) ● bias dell'effetto dell'informazione errata (data un'informazione errata prima del richiamo di un evento, questa modificherà nel soggetto il ricordo dell'evento facendolo tendere e/o coincidere con l'informazione errata) Emanuele Cisbani 2017 

Spam, statistica, bias Di fronte alle idee che suonano strane avere un comportamento statistico è il modo più corretto, perché i pensieri veloci hanno ragione nella maggioranza dei casi Il pensiero veloce ci difende continuamente dal “rumore” e dalle truffe, tuttavia non è infallibile! Emanuele Cisbani 2017 

Cosa è Bitcoin? Il nostro pensiero veloce ci fa propendere per risposte di questo genere: Si tratta di una idea strana (criptovaluta non stampata dalle autorità!) La maggioranza ancora non crede che sia una cosa di cui fidarsi Viene usato solo dai criminali su internet Ho sentito dire che le criptovalute sono tutte truffe! Non conosco nessuno che usa Bitcoin Emanuele Cisbani 2017 

Source: Roeland Creve @Creveroeland https://twitter.com/Creveroeland/status/922885198810877952 

Pochi cercano di capire cosa è Bitcoin Prima di tutto perché è un argomento nuovo e controintuitivo ● Il nostro modo di credere è irrazionale (bias), per difenderci dal rumore ● Se qualcosa suona strano lo rifiutiamo a priori (e facciamo bene) ● Gli argomenti razionali non bastano a convincerci (se non siamo esperti) Ma poi perché Bitcoin richiede di comprendere aspetti sottili di 4 diverse discipline E in particolare per quanto riguarda l’economia: ● l’idea che abbiamo del valore e del denaro è imprecisa ● la bolla del denaro, nessuno si ricorda più come e quando è iniziata Emanuele Cisbani 2017 

Tulipani e Denaro 

I Tulipani: una bolla che è esplosa L'interesse della gente per i tulipani arrivò a non dipendere più dalla loro bellezza, ma dalla nascente consapevolezza che se ne poteva trarre profitto. Un caso di isteria collettiva e di speculazione di massa La vicenda di un fiore ci svela gli imponderabili meccanismi delle passioni umane che tante volte determinano il nostro destino 

Wagon of Fools by Hendrik Gerritsz Pot, 1637 

Valore intrinseco Valore i. di un oggetto, il valore reale, dato dalla materia di cui è fatto (escluso quindi il pregio che gli aggiunge il lavoro, la sua bellezza, l’antichità, la novità, il valore affettivo, ecc.); di una moneta metallica, soprattutto di metallo prezioso, il valore del metallo stesso, contrapposto al valore nominale; molto spesso sostantivato: d’i. vale poco, ma è un caro ricordo di famiglia; moneta d’i. inferiore al valore nominale. Dizionario Treccani 

Tommaso Monacelli Professore ordinario di Economia all'Università Bocconi, Ph.D. in Economia presso la New York University Associate editor di riviste scientifiche internazionali, research consultant per Bce, Ocse, IMF, e Riksbank I suoi interessi di ricerca riguardano la teoria e politica monetaria e la macroeconoma internazionale 

La moneta è una bolla Secondo la teoria economica un’attività finanziaria (di qualsiasi tipo: una valuta così come un’azione di una società o un immobile) è una bolla, quando il valore “di mercato” a cui viene scambiata si discosta dal suo valore fondamentale. Qual è il valore fondamentale della moneta? Presa come bene in quanto tale, la moneta è intrinsecamente inutile. Il valore fondamentale della moneta è, semplicemente, pari a zero. È quindi vero che la moneta, di per sé, è una bolla. Più precisamente, la moneta è una bolla quando la moneta stessa viene detenuta come pura riserva di valore (nonostante abbia un valore fondamentale pari a zero). È sufficiente avere l’aspettativa che sarà accettata da altri agenti in futuro. Prof. Tommaso Monacelli, http://www.lavoce.info/archives/48888/bitcoin-gia-bolla/ 

Valore, rendimento, prezzo Valore: il paradosso dell'acqua e dei diamanti (utilità e costo marginale) Quanto vale una banconota, un’azione o un’obbligazione? Quanto vale un quadro, un francobollo? Quanto vale un bitcoin? Valore e rendimento sono frutto di stime e/o di aspettative soggettive Stime e aspettative aggregate diventano un fenomeno misurabile, oggettivo In un mercato valore e rendimenti attesi, stime e aspettative, diventano prezzi Emanuele Cisbani 2017 

Denaro e consenso Il denaro funziona perché: ● tutti confidiamo (aspettativa soggettiva) nel fatto che ● tutti daranno un certo valore (stima soggettiva) ● a dei pezzi di carta colorati senza alcun valore intrinseco (dato oggettivo) Una bolla quale il denaro è una forma di consenso collettivo (distribuito) in merito al valore di scambio di qualcosa, a prescindere dal suo valore intrinseco Il consenso è qualcosa di molto delicato e difficile da far durare a lungo La moneta a corso legale non può essere rifiutata come saldo di un debito Emanuele Cisbani 2017 

Bitcoin 

Storia Ecash, David Chaum, 1982 (blind signature) B-money, Wei Dau, 1988 (database distribuito) Hashcash, Adam Back, 1997 (Proof-of-Work) Bit gold, Nick Szabo, 1998 (database distribuito, creazione di moneta) Anonymous Electronic Cash, Tomas Sander e Amnon Ta-Shma, 1999 (anonimità) PoW riutilizzabile, Hal Finney, 2004 Bitcoin, Satoshi Nakamoto, 2009 Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Economia e informazione globale I dati sono trasferiti con costo marginale nullo Perché pagare una tariffa per trasferire dati che rappresentano del valore? Perché solo dalle 9 alle 17, da lunedì a venerdì, aspettando due giorni per l’esito? Quand’è che qualcuno darà all’umanità una rete di pagamenti peer-to-peer gratuita e istantanea? Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Caratteristiche di Bitcoin ● Decentralizzato: non ci sono autorità né intermediari ● Senza permesso: non c’è un regolatore ● Resistente alla censura: non si possono congelare i fondi di nessuno ● Accesso libero: nessuna discriminazione, nessun limite di importi, accessibile 24h al giorno per tutti i giorni dell’anno ● Quasi gratuito: il costo della transazione è trascurabile ● Senza confini: non ci sono limitazioni geografiche ● Transnazionale: non si applicano norme giuridiche specifiche di un paese ● Sicurezza elevata: transazioni non ripudiabili né falsificabili ● Resiliente: dal gennaio 2009 nulla è riuscito a fermarlo o manometterlo Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Bitcoin spiegato a un Alieno moneta fiat ● nessun valore intrinseco (corso legale, contratto sociale) ● sicurezza dalla contraffazione basata su carta e inchiostro ● sistema di governance discrezionale ● tassi di interesse dipendenti da un approccio improntato a teorie economiche (Wicksell) bitcoin ● nessun valore intrinseco (moneta digitale) ● sicurezza dalla contraffazione basata su matematica/crittografia ● sistema di governance definito da un algoritmo (deterministico) ● offerta controllata da un algoritmo (deterministica) Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Cosa rende speciale Bitcoin Digitale e scritturale: esiste solo come transazione validata È un asset (un bene), non una liability (un credito) È uno strumento in possesso al portatore Presenta una scarsità nel mondo digitale, come nient’altro prima È trasferibile ma non duplicabile (posso spenderlo una sola volta) Imita la politica monetaria dell’oro i bitcoin sono oro digitale questo è il brillante e innovativo risultato raggiunto da Satoshi Nakamoto Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Storia di Bitcoin e dell’Oro oro ● l’adozione non è stata pianificata centralmente ● la forma di moneta con maggior successo fino ad oggi ● ha innescato tutti i sistemi di moneta che conosciamo ● è stato sorpassato da molte altre forme di moneta senza diventare obsoleto bitcoin ● l’adozione non è stata pianificata centralmente ● la criptovaluta con maggior successo fino ad oggi ● ha innescato tutte le altre criptovalute ● potrà essere sorpassato da altre criptovalute senza diventare obsoleto Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Confronto tra forme di valuta Mezzo di scambio Riserva di valore costante Unità di conto Bestiame vivo ⭐ ⭐ ⭐ Diamanti ⭐ ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐ Oro ⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐ Moneta fiat ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐ Bitcoin ⭐⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐❓ ⭐⭐ scambiabile, fungibile, portatile, divisibile, riconoscibile, resistente alla contraffazione facile da conservare, immagazzinare e recuperare, mantiene l’utilità nel tempo, mantiene le proprietà di riserva, non deperibile o con basso costo di conservazione unità di misura di una certa utilità, valore stabile per una valida comparazione dei prezzi, l’offerta deve essere controllata in qualche modo Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Bitcoin e bitcoin “Bitcoin” è un protocollo, una tecnologia, un insieme di regole “Bitcoin” è la soluzione al problema del consenso distribuito su reti di computer I “bitcoin” sono una moneta, una criptovaluta I “bitcoin” sono un bene digitale creato tramite il protocollo Bitcoin I “bitcoin” sono la principale applicazione del protocollo Bitcoin I “bitcoin” si trasferiscono usando “Bitcoin” Emanuele Cisbani 2017 

Hash e Proof of Work 

Hash, una funzione Dati Hash Cosa è Bitcoin? 92ef55af759e138843265e9e66f9ca16e37b7b941d5107d1a9d060dc4f552d52 Cosa è bitcoin? 3277e3f78e563735c84e53db34061a35fdfbd16c72a5291a54d8decc8e58c2ad Cosa è Bitcoin?! cdc3eb7df24d13523b12e917802ef0fb99cd166fb385cd9f764686abe45711b1 Cosa è Bitcoin?1 4b0312ae66f38f78320c5357c7a2135d3dfa78cdb7f20f56bda98a0c2d8e0025 Cosa è Bitcoin?2 92ef55af759e138843265e9e66f9ca16e37b7b941d5107d1a9d060dc4f552d52 Cosa è Bitcoin? Cosa è Bitcoin? 0b6b96445e07f546f1c75f653f563a2f6b9ff4b93433eca645ce32d7b96235ca http://www.fileformat.info/tool/hash.htm Emanuele Cisbani 2017 

Funzioni unidirezionale Le funzioni di hash sono unidirezionali Ci si aspetta che in pratica non siano invertibili Risulta cioè molto difficile ricostruire i dati iniziali a partire dal valore di hash, se non spendendo un tempo di calcolo molto lungo Dati Hash Facile Molto Difficile Emanuele Cisbani 2017 

La blockchain Calcolare l’hash di un blocco è molto facile Ogni blocco contiene un codice univoco (hash) calcolato sui dati del blocco precedente Risulta molto facile verificare che i blocchi siano integri, basta calcolare l’hash di ognuno e verificare che sia contenuto nel blocco successivo Non è una innovazione, è un semplice registro con un utile meccanismo di garanzia dell’integrità, ma si può fare molto di più con i moderni database Hash of previous block Data Block #2 Hash of previous block Data Block #1 Genesis Block Data Block #0 Hash of previous block Emanuele Cisbani 2017 

Un hash puzzle (difficile a piacere) Dati Hash (SHA-256) Cosa è Bitcoin? 92ef55af759e138843265e9e66f9ca16e37b7b941d5107d1a9d060dc4f552d52 Cosa è Bitcoin?1 cdc3eb7df24d13523b12e917802ef0fb99cd166fb385cd9f764686abe45711b1 Cosa è Bitcoin?2 0b6b96445e07f546f1c75f653f563a2f6b9ff4b93433eca645ce32d7b96235ca ... ... Cosa è Bitcoin?27395996 000009771979e5339881c5c236c0cb6345fbe1141474bfd5338b52c02569c5c3 Trovare una sequenza di caratteri (dati) che inizia con la frase “Cosa è Bitcoin?” e continui con una serie di cifre numeriche qualsiasi (il puzzle da indovinare) in modo tale che calcolandone la funzione SHA-256 si ottenga un hash che inizia con 5 zeri Emanuele Cisbani 2017 

Utilità degli hash puzzle Un puzzle crittografico costringe a svolgere un lavoro, introducendo un costo fittizio in una attività che di per sé altrimenti avrebbe un costo quasi nullo Questo genere di utilizzo è il motivo per cui si chiama anche Proof-of-Work (PoW) ovvero “attestazione di lavoro” Il protocollo Bitcoin richiede una proof-of-work a chi vuole generare nuovi bitcoin La PoW richiesta è “Hashcash”, un sistema proposto nel 1997 per limitare lo spam in ingresso sui server di posta elettronica, e in generale gli abusi dei servizi in rete (attacchi di denial-of-service) Emanuele Cisbani 2017 

Proof of Work Risulta quindi abbastanza difficile calcolare i caratteri (il puzzle) da appendere al blocco in modo che il suo hash abbia un predefinito numero di zeri iniziale Questa è l’attività dei minatori, un lavoro costoso in termini di calcolo e di energia l primo minatore che risolve il puzzle, acquisisce il diritto di coniare una prefissata quantità di nuovi bitcoin (il nuovo blocco conterrà una transazione di accredito) Tutti gli altri computer che partecipano al gioco (conservando una copia della catena) possono facilmente verificare se la soluzione data è valida e aggiungere il blocco alla blockchain Emanuele Cisbani 2017 

Le regole del gioco I “miners” possono coniare nuova moneta, beneficiando dei redditi di signoraggio Ma per fare ciò devono sostenere un costo significativo in termini di energia di calcolo Tutti i partecipanti al gioco possono verificare che i miners non barino Ogni nuovo blocco di dati è come una pagina di un registro contabile: contiene le transazioni avvenute nell’ultimo periodo temporale, cioè l’elenco dei trasferimenti di bitcoin tra gli utenti Emanuele Cisbani 2017 

L’energia in gioco Se un malintenzionato volesse alterare un blocco della catena, dovrebbe modificare anche tutti i successivi Più è vecchio il blocco da modificare, più sono i blocchi da rigenerare L’attuale consumo annuale di energia elettrica dei minatori di bitcoin è pari a 28.8 TWh (19 nov 2017) Il costo annualizzato è 1,4 Mld di $ a fronte di un ricavo di circa 6,9 Mld di $ https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption Emanuele Cisbani 2017 

La Proof of Work è l’idea geniale Perché? ● richiede un grosso investimento (1,4 Miliardi di $ l’anno) ● sembra un assurdo spreco di energia ● ma è proprio ciò che rende sicura la blockchain e l’intera architettura ● convince a non barare rendendolo antieconomico! ● il profitto dei miners è il prezzo pagato dalla comunità per la sicurezza ● i bitcoin “valgono” grazie alla sicurezza cristallizzata in forma di PoW Emanuele Cisbani 2017 

La Blockchain senza i minatori (DLT) 

Consenso Distribuito 

Decentralizzazione Chi ha l’autorità per decidere quali transazioni sono valide e quali no? Chi custodisce il registro delle transazioni? Chi crea nuovi bitcoin? Chi decide come cambiano le regole di funzionamento (il protocollo Bitcoin)? Emanuele Cisbani 2017 

Decentralizzazione La rete è “peer-to-peer” vale a dire non gerarchica, paritetica: tutti i computer che partecipano al gioco hanno pari dignità e potere Chiunque può usare il software libero aggiungendo un computer alla rete dei “nodi” che custodiscono una copia della blockchain, verificando i blocchi Chiunque in teoria può fare anche il minatore (ma in pratica questa attività remunerativa ha attirato grossi investimenti in hardware producendo una notevole concentrazione e una barriera economica all’ingresso) Chiunque può partecipare allo sviluppo del software, gli sviluppatori sono molto stimati perché hanno un potere rilevante e competenze tecniche di alto livello Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Consenso Distribuito Il consenso distribuito consiste in un accordo fra tutti i nodi circa le transazioni Il protocollo deve condurre i nodi al raggiungimento di un unico stato Lo stato raggiunto dai nodi deve essere proposto da un nodo non malevolo Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Difficoltà I nodi possono fermarsi (crash), scomparire e riapparire I nodi possono essere malevoli Ogni nodo può riuscire a comunicare solo con alcuni, non con tutti gli altri Non c’è garanzia di sincronizzazione senza una nozione di tempo assoluta Esiste la latenza, un ritardo tecnico nella trasmissione dei messaggi Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Il consenso di Bitcoin Si basa su una strategia di teoria dei giochi: l’incentivo economico dei minatori L’incentivo economico è reso possibile dall’esistenza di una criptovaluta Il consenso ha un carattere non deterministico ma probabilistico per cui richiede un lasso di tempo sufficientemente ampio (almeno un’ora) per dare garanzie L’identità dei nodi non è in alcun modo rilevante, anzi si vuole garantire un certo grado di privacy (i codici identificativi sono pseudonimi non associati a persone) Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Algoritmo (semplificato) Le nuove transazioni sono propagate a tutti i nodi Ogni nodo raccoglie le transazioni in un nuovo blocco Ad ogni giro il nodo che risolve per primo il puzzle diffonde il proprio blocco Tutti gli altri nodi verificano che il nuovo blocco sia valido Il nuovo blocco se è valido viene accodato alla blockchain L’approvazione del nuovo blocco è resa palese inserendone l’hash nel successivo Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Sicurezza Le transazioni sono verificate nella loro legittimità controllando: ● la firma elettronica di chi trasferisce i bitcoin ● l’effettiva disponibilità contabile Le transazioni sono rese sicure dalla crittografia e rafforzate dal consenso La protezione da una “doppia spesa” degli stessi bitcoin in due distinte transazioni è garantita solo dal consenso La garanzia che una transazione sia nel ramo su cui il consenso si è stabilizzato è probabilistica: non si è mai sicuri al 100% (ma aumenta nel tempo) Fonte: lezioni di Ferdinando Ametrano (Bicocca 2017) 

Truffe e ICO 

Le altre criptovalute “Se una criptovaluta non si può comprare e vendere contro euro o dollari in diverse borse allora è certamente una truffa Se soddisfa questo requisito ma non innova significativamente rispetto a bitcoin è probabilmente una truffa Bitcoin invece non è una truffa: potrebbe fallire ma è un esperimento molto serio” Fonte: da una intervista a Ferdinando Ametrano Emanuele Cisbani 2017 

Initial Coin Offering (ICO) Il nuovo token (coin) che viene proposto: ● è davvero necessario per far funzionare l’applicazione o il servizio? ● rappresenta una qualche forma di scarsità nell’applicazione? ● perché un nuovo token e non Bitcoin o Ethereum? Se non c'è una risposta convincente a queste tre domande, una ICO è una truffa Dovrebbe chiamarsi semplicemente IPO (Initial Public Offering) I token e le ICO sono per lo più un modo per sfuggire ai controlli normativi Emanuele Cisbani 2017 

Investire? “L’errore più grande è comprare più bitcoin di quanti puoi permetterti di perdere” “Ma sarebbe un errore altrettanto grande non comprarne nessuno” “Un bitcoin [forse] raggiungerà il valore di 1 milione di dollari nei prossimi 10 anni” “Metti l’1% del tuo patrimonio in Bitcoin e non pensarci più per 10 anni” 2017 Wences Casares, CEO of bitcoin wallet Xapo and member of PayPal’s board of directors Emanuele Cisbani 2017 

https://about.me/emanuelecisbani Domande