Catene di hash e collegamento dei blocchi

Una catena di hash collega blocchi di dati in modo che ogni blocco contenga l'hash del blocco precedente. La modifica di un blocco qualsiasi ne cambia l'hash, invalidando tutti i blocchi successivi. Si crea così un registro append-only, in cui le manomissioni sono rilevabili.

Ogni blocco contiene: (1) payload di dati (transazioni), (2) hash del blocco precedente (puntatore al blocco precedente), (3) marca temporale, (4) nonce (per PoW), (5) radice di Merkle delle transazioni. Il primo blocco (genesis) ha previous_hash = "0"*64.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

Se un attaccante modifica i dati del blocco 3, cambia l'hash del blocco 3. Il blocco 4 fa riferimento al vecchio hash del blocco 3: la catena si interrompe al blocco 4. L'attaccante deve ricalcolare gli hash dei blocchi 3, 4, 5, ... fino alla punta della catena. Con PoW, questa operazione è computazionalmente impraticabile.

Le catene di hash consentono di rilevare le manomissioni, ma da sole non garantiscono l'immutabilità. Senza meccanismi aggiuntivi (PoW, firme digitali, distribuzione), un attaccante che controlli la catena può riscriverla. È il consenso distribuito a rendere la blockchain resistente alle manomissioni nella pratica.

Regola della catena più lunga di Bitcoin: la catena valida con la maggiore quantità cumulativa di proof-of-work è quella canonica. Se un attaccante crea un fork della catena, i miner onesti estendono più rapidamente la catena onesta (assunzione del 51%). Il fork dell'attaccante è più corto e viene scartato.

I client SPV (Simple Payment Verification) di Bitcoin scaricano solo le intestazioni dei blocchi da 80 byte (contenenti l'hash precedente, la radice di Merkle, il nonce, la marca temporale e i bits). I nodi completi memorizzano tutte le transazioni. I client SPV verificano una transazione tramite una prova di Merkle rispetto alla radice di Merkle dell'intestazione.

Il blocco genesis di Bitcoin (blocco 0, 3 gennaio 2009) ha prev_hash = 0x000...0. Satoshi ha inserito il titolo "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks" nella transazione coinbase come prova della marca temporale.

Le catene di hash precedono la blockchain. Utilizzi: elenchi di revoca dei certificati (collegati tramite hash), integrità dei log (hash della voce di log precedente), catena di fiducia DNSSEC. Il concetto si generalizza a qualsiasi struttura append-only in cui ogni voce si impegna rispetto a tutte le voci precedenti.

Per velocizzare la sincronizzazione iniziale, Bitcoin Core codifica nel client dei checkpoint: hash di blocchi noti come validi a determinate altezze. Un client che avvia la sincronizzazione può saltare la verifica PoW dei blocchi precedenti al checkpoint, fidandosi dell'hash codificato. Compromesso: si riduce la minimizzazione della fiducia.

Git utilizza lo stesso principio: ogni commit è identificato dall'hash SHA-1/SHA-256 del proprio contenuto + l'hash del commit padre. Eseguire git checkout restituisce esattamente quello stato. L'intera cronologia di Git è un albero di oggetti collegati tramite hash.

Perché un attaccante deve ricalcolare tutti gli hash dei blocchi successivi dopo aver modificato un blocco?

Le catene di hash collegano i blocchi tramite puntatori crittografici. Una modifica si propaga a tutti i blocchi successivi. In combinazione con PoW e il consenso distribuito, questo rende la blockchain immutabile nella pratica. Prossimo argomento: alberi di Merkle per garantire in modo efficiente l'integrità delle transazioni.