Bitcoin e CISA: innovazioni in gioco per ottimizzare la blockchain, attraverso uno degli aggiornamenti più attesi…
Bitcoin, introdotto nel 2008-2009 da Satoshi Nakamoto, ha rivoluzionato il concetto di moneta digitale attraverso la blockchain, un registro distribuito che garantisce trasparenza, immutabilità e sicurezza senza intermediari. Tuttavia, con la crescita dell’adozione di Bitcoin, sono emerse sfide legate alla scalabilità, ai costi di transazione e all’efficienza nell’uso dello spazio su blockchain.
Una delle innovazioni più promettenti per affrontare queste problematiche è la cosiddetta Cross-Input Signature Aggregation (CISA), una proposta tecnica che mira a ottimizzare l’uso dello spazio nella blockchain di Bitcoin, ridurre i costi delle transazioni e migliorare la privacy.
Questo articolo esplora nel dettaglio il funzionamento di CISA, le sue innovazioni tecniche e il suo impatto sulla gestione dello spazio in blockchain, evidenziando come e quanto questa tecnologia di aggiornamento potrebbe trasformare l’ecosistema Bitcoin migliorandolo ulteriormente a favore di una ancora più intensa e orizzontale adozione.
Bitcoin e CISA: di che si tratta?
CISA è una proposta di miglioramento del protocollo Bitcoin che consente di aggregare le firme digitali di più input di una transazione in un’unica firma compatta. In Bitcoin, come sappiamo, ogni transazione è composta da input (che rappresentano i fondi spesi) e output (che indicano i destinatari dei fondi).
Ogni input richiede una firma digitale per dimostrare che il proprietario dei fondi ha autorizzato la spesa. Queste firme occupano una porzione significativa dello spazio nella blockchain, contribuendo alla dimensione complessiva delle transazioni e, di conseguenza, ai costi di transazione pagati ai miner.
Con CISA, invece di includere una firma “separata”” per ogni input, è possibile “combinare”” le firme di tutti gli input di una transazione in un’unica firma aggregata. Questo approccio si basa su tecniche crittografiche avanzate, come le Schnorr signatures, introdotte in Bitcoin attraverso il soft fork Taproot nel novembre 2021. Le firme Schnorr, grazie alla loro proprietà di linearità, consentono l’aggregazione di più firme in una sola, riducendo significativamente i dati necessari per validare una transazione.
L’idea di CISA è stata approfondita in ricerche recenti, come quella condotta da Jonas Nick e Tim Ruffing, e ulteriormente esplorata da svariati studiosi e team di sviluppo. La proposta non è ancora stata implementata nel protocollo Bitcoin, ma rappresenta un passo avanti verso una blockchain più efficiente e scalabile.
Le innovazioni tecniche di CISA
CISA introduce diverse innovazioni tecniche che hanno il potenziale di migliorare l’efficienza di Bitcoin. Di seguito, citiamo e analizziamo brevemente le principali:
Aggregazione firme di Schnorr
Le firme Schnorr sono alla base di CISA. A differenza delle firme ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) utilizzate in precedenza in Bitcoin, le firme Schnorr offrono svariati vantaggi: linearità, ossia consentono di sommare più firme in una sola senza perdere la validità crittografica; compattezza, in quanto banalmente una firma Schnorr è più piccola rispetto a una firma ECDSA; e non da ultimo flessibilità, considerando il fatto che supportano schemi avanzati come la firma multi-partita e l’aggregazione.
Con CISA, se una transazione ha N input, ciascuno dei quali richiederebbe una firma separata, queste N firme vengono combinate in un’unica firma Schnorr aggregata sulla base di un preciso e piuttosto articolato algoritmo crittografico. Questo riduce drasticamente la dimensione della transazione, specialmente per transazioni complesse con molti input, come quelle utilizzate nei wallet multi-firma o nelle transazioni di CoinJoin.
Ottimizzazione dello spazio in blockchain
La blockchain di Bitcoin ha un limite di dimensione per blocco, attualmente fissato a circa 1 MB (con il supporto di Segregated Witness, SegWit, che aumenta leggermente la capacità effettiva). Poiché lo spazio nei blocchi è limitato, le transazioni più grandi richiedono fee più alte per essere confermate rapidamente. CISA affronta il problema della scarsità di spazio nei blocchi (block space scarcity) riducendo la dimensione delle transazioni.
A titolo di esempio, una transazione con 10 input, ciascuno con una firma ECDSA di circa 70-73 byte, potrebbe occupare 700-730 byte solo per le firme. Con CISA queste firme vengono aggregate in una singola firma Schnorr di circa 64 byte, con un risparmio di spazio fino al 90% per la componente delle firme. Questo non solo libera spazio per includere più transazioni in un blocco, ma riduce anche i costi per gli utenti, poiché le fee sono calcolate in base ai byte della transazione.
Dalla parte della privacy
CISA offre anche vantaggi significativi in termini di privacy. Le transazioni tradizionali con più input possono rivelare informazioni sulla struttura del wallet dell’utente, come il numero di input controllati o il tipo di script utilizzato (ad esempio, multi-firma). Con questo aggiornamento l’aggregazione delle firme rende le transazioni più uniformi e difficili da analizzare coi normali strumenti di chain analisys, riducendo la possibilità di identificare pattern specifici.
Inoltre questo costrutto si integra bene con altre tecniche di miglioramento della privacy, come il già citato CoinJoin, che combina più transazioni di utenti diversi per oscurare la provenienza dei fondi. L’aggregazione delle firme in CoinJoin riduce ulteriormente la dimensione delle transazioni collaborative, rendendo questa tecnica più economica e accessibile.
Incentivi economici per l’adozione
Un aspetto innovativo di CISA è il suo allineamento di incentivi tra privacy e risparmio economico. Essa offre un vantaggio diretto agli utenti che adottano transazioni aggregate, poiché riduce effettivamente le fee. Questo incentivo economico incoraggia l’uso di tecniche come CoinJoin, che migliorano la privacy senza costi aggiuntivi.
Piena compatibilità Taproot
CISA sfrutta le basi poste dall’aggiornamento Taproot, al quale abbiamo già dedicato un articolo monografico, che ha introdotto le firme Schnorr e nuovi script come Tapscript. Taproot consente già una certa aggregazione delle firme per transazioni multi-firma (ad esempio, in script di tipo “threshold”), ma CISA estende ulteriormente questa capacità a tutti gli input di una transazione, indipendentemente dal tipo di script. Questo la rende una naturale evoluzione di Taproot, senza richiedere modifiche radicali al protocollo.
Ancora sulla gestione dello spazio
La gestione dello spazio in blockchain è una delle sfide più critiche per Bitcoin, soprattutto considerando la crescita della rete e l’aumento della domanda di transazioni. La blockchain di Bitcoin, al 15 settembre 2024, aveva raggiunto una dimensione di oltre 600 GB, e questo dato è destinato a crescere. CISA affronta questa sfida in diversi modi:
Lato ottimizzazione dimensionale delle transazioni
Come illustrato in precedenza, CISA riduce significativamente la dimensione delle transazioni aggregando le firme. Per quantificare l’impatto consideriamo una transazione tipica con 5 input e 2 output. Senza CISA, la transazione potrebbe occupare circa 500-600 byte, di cui 350-400 byte per le firme. Con CISA, la componente delle firme si riduce a 64 byte, portando la transazione a circa 200-250 byte. Questo risparmio di spazio consente di includere fino al doppio delle transazioni in un singolo blocco, aumentando la capacità della rete senza modificare il limite di dimensione del blocco.
Commissioni più basse
La scarsità di spazio nei blocchi crea una competizione tra gli utenti, che offrono fee più alte per garantire la conferma delle loro transazioni. Durante i periodi di alta domanda, come i picchi di mercato del 2021, le fee medie di Bitcoin hanno raggiunto i 50-60 USD per transazione.
CISA riduce la dimensione delle transazioni, abbassando le fee necessarie per essere inclusi in un blocco. Questo rende Bitcoin più accessibile per transazioni di piccolo importo, come micropagamenti, che sono stati finora limitati dai costi elevati.
Scalabilità
L’innovazione contribuisce alla scalabilità di Bitcoin senza richiedere hard fork o aumenti della dimensione del blocco, che sono spesso controversi nella comunità Bitcoin. Riducendo la dimensione delle transazioni, CISA consente alla rete di gestire un volume maggiore di transazioni senza compromettere la decentralizzazione o la sicurezza.
Questo è particolarmente importante in un contesto in cui soluzioni di secondo livello, come il Lightning Network, stanno diventando sempre più popolari per transazioni rapide e a basso costo. CISA e Lightning Network possono lavorare in sinergia: la prima ottimizza le transazioni on-chain, mentre l’architettura di secondo livello gestisce transazioni off-chain.
Archiviazione e sincronizzazione
La crescita della blockchain rappresenta una sfida per i nodi Bitcoin, che devono archiviare e sincronizzare l’intero registro in presenza di una “domanda” crescente a ritmo serrato.
Con l’apporto di CISA la dimensione complessiva della blockchain cresce a un ritmo più lento, riducendo i requisiti di archiviazione e banda per i nodi. Questo è cruciale per mantenere la rete decentralizzata, poiché nodi più leggeri sono più facili da gestire per utenti individuali.
CoinJoin e wallet complessi
CISA ha un impatto particolarmente significativo su transazioni complesse, come quelle di CoinJoin o di wallet multi-firma utilizzati da aziende e istituzioni per massimizzare la sicurezza e minimizzare gli errori. In CoinJoin, più utenti combinano le loro transazioni per migliorare la privacy, ma questo aumenta la dimensione della transazione.
La nuova architettura riduce drasticamente questa dimensione, rendendo CoinJoin più economico e scalabile. Allo stesso modo, i wallet multi-firma, comuni in contesti di sicurezza avanzata, traggono vantaggio dalla riduzione dello spazio necessario per le firme.
Conclusioni
La Cross-Input Signature Aggregation rappresenta una delle innovazioni più promettenti per il futuro di Bitcoin. Sfruttando le firme Schnorr e le capacità introdotte da Taproot, CISA offre una soluzione elegante per ottimizzare la gestione dello spazio in blockchain, ridurre i costi delle transazioni e migliorare la privacy. I suoi benefici si estendono a una vasta gamma di applicazioni, dai micropagamenti alle transazioni istituzionali, contribuendo alla scalabilità e alla sostenibilità della rete Bitcoin.
Certo, la strada verso l’implementazione di CISA è comunque complessa, con sfide tecniche e “sociali” che richiedono un coordinamento attento all’interno della comunità Bitcoinn(come sappiamo, tra le più resilienti e “puriste” in campo criptovalute). Se adottata con successo, però, questa struttura così carica di valore innovativo potrebbe segnare un punto di svolta per Bitcoin stesso, rendendo la blockchain più efficiente, accessibile e resistente alle sfide del futuro.
Filippo Albertin
