Il consenso per la blockchain è una procedura in cui i peer di una rete blockchain raggiungono un accordo sullo stato attuale dei dati nella rete. In questo modo, gli algoritmi di consenso stabiliscono l’affidabilità e la fiducia nella rete blockchain.
Punti di forza:
- I meccanismi di consenso (noti anche come protocolli di consenso o algoritmi di consenso) sono utilizzati per verificare le transazioni e mantenere la sicurezza della blockchain sottostante.
- Esistono diversi tipi di meccanismi di consenso, ciascuno con vari vantaggi e svantaggi.
- Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS) sono due dei meccanismi di consenso più utilizzati.
Perché le blockchain hanno bisogno di meccanismi di consenso
I meccanismi di consenso costituiscono la spina dorsale di tutte le blockchain di criptovalute e sono ciò che le rende sicure. Prima di approfondire i diversi meccanismi di consenso, definiamo innanzitutto cosa significa per le blockchain raggiungere il consenso.
Una blockchain è un registro digitale decentralizzato, distribuito e spesso pubblico utilizzato per registrare le transazioni. Ciascuna di queste transazioni viene registrata come un “blocco” di dati, che deve essere verificato in modo indipendente da reti di computer peer-to-peer prima di essere aggiunto alla catena. Questo sistema aiuta a proteggere la blockchain da attività fraudolente e risolve il problema della “doppia spesa”.
Per garantire che tutti i partecipanti a una rete blockchain concordino su un’unica versione della storia, le reti blockchain come Bitcoin ed Ethereum implementano i cosiddetti meccanismi di consenso (noti anche come protocolli di consenso o algoritmi di consenso). Questi meccanismi mirano a rendere il sistema tollerante ai guasti.
Per saperne di più sui principi alla base della blockchain e sulle sfide legate al raggiungimento del consenso in un sistema distribuito e decentralizzato, leggere Che cos’è la Blockchain? Dal problema dei generali bizantini al consenso.
Cos’è il consenso nella Blockchain?
Il consenso è il processo attraverso il quale un gruppo di pari – noti come “nodi” – su una rete determina quali transazioni della blockchain sono valide e quali no. I meccanismi di consenso sono le metodologie utilizzate per raggiungere questo accordo. Sono queste serie di regole che aiutano a proteggere le reti da comportamenti dannosi e attacchi di hacking.
Esistono diversi tipi di meccanismi di consenso, a seconda della blockchain e della sua applicazione. Sebbene si differenzino per l’utilizzo di energia, la sicurezza e la scalabilità, condividono tutti uno scopo: garantire che i record siano veri e onesti. Ecco una panoramica di alcuni dei più noti tipi di meccanismi di consenso utilizzati dai sistemi distribuiti per raggiungere il consenso.
Tipi di meccanismi di consenso
Prova di lavoro (PoW)
Utilizzato da Bitcoin e da molte altre blockchain pubbliche, Proof of Work (PoW) è stato il primo meccanismo di consenso creato. È generalmente considerato il più affidabile e sicuro di tutti i meccanismi di consenso, anche se le preoccupazioni sulla scalabilità sono numerose. Sebbene il termine “proof of work” sia stato coniato per la prima volta all’inizio degli anni ’90, è stato il fondatore di Bitcoin Satoshi Nakamoto ad applicare per la prima volta la tecnologia nel contesto delle valute digitali.
In PoW, i “minatori” competono essenzialmente l’uno contro l’altro per risolvere puzzle computazionali estremamente complessi utilizzando computer ad alta potenza. Il primo a fornire il numero esadecimale di 64 cifre (“hash”) si guadagna il diritto di formare il nuovo blocco e di confermare le transazioni. Il minatore che ha successo viene anche ricompensato con una quantità predeterminata di criptovalute, nota come “block reward”.
Poiché richiede grandi quantità di risorse computazionali e di energia per generare nuovi blocchi, i costi operativi di PoW sono notoriamente elevati. Ciò costituisce una barriera all’ingresso per i nuovi minatori, con conseguenti preoccupazioni circa la centralizzazione e le limitazioni di scalabilità.
Ma non sono solo i costi a essere elevati. La critica più comune al PoW è l’impatto del consumo elettrico sull’ambiente. Questo ha portato molti a cercare protocolli di consenso più sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico, come il Proof of Stake (PoS).
Prova di puntata (PoS)
Come suggerisce il nome, questo popolare metodo di consenso ruota attorno a un processo noto come“staking“. In un sistema Proof of Stake (PoS), i “validatori” si impegnano a versare una quota di valuta digitale per avere la possibilità di essere scelti casualmente per convalidare un blocco, ottenendo così una ricompensa. Il processo non è dissimile da quello di una lotteria, in cui più monete si puntano, maggiori sono le probabilità.
A differenza del PoW, dove i minatori sono incentivati dalle ricompense dei blocchi (monete appena generate), coloro che contribuiscono al sistema PoS guadagnano semplicemente una commissione di transazione.
Il PoS è considerato un’alternativa più sostenibile e rispettosa dell’ambiente rispetto al PoW, oltre che più sicura contro il 51% degli attacchi. Tuttavia, poiché il sistema favorisce le entità con un numero maggiore di token, il PoS ha attirato critiche per il suo potenziale di centralizzazione. Le principali piattaforme PoS includono Ethereum – che è passato da PoW a PoS nel 2022 – Cardano (ADA), Solana (SOL) e Tezos (XTZ).
Prova di puntata delegata (DPoS)
Una modifica del meccanismo di consenso PoS, Delegated Proof of Stake (DPoS), si basa su un sistema di votazione basato sulla reputazione per ottenere il consenso. Gli utenti della rete “votano” per selezionare i “testimoni” (noti anche come “produttori di blocchi”) che proteggono la rete per loro conto. Solo i testimoni di prima fascia (quelli con il maggior numero di voti) si guadagnano il diritto di convalidare le transazioni della blockchain.
Per votare, gli utenti aggiungono i loro gettoni a un pool di scommesse. I voti vengono poi ponderati in base all’entità della quota di partecipazione di ciascun elettore: maggiore è la partecipazione al gioco, maggiore è il potere di voto. I testimoni eletti che verificano con successo le transazioni in un blocco ricevono una ricompensa, che di solito viene condivisa con coloro che hanno votato per loro.
I testimoni di prima fascia rischiano sempre di essere sostituiti da quelli ritenuti più affidabili, che ottengono più voti. Possono anche essere cacciati se non adempiono alle loro responsabilità o se cercano di convalidare transazioni fraudolente. Ciò contribuisce a incentivare i testimoni a rimanere sempre onesti, garantendo l’integrità della blockchain.
Anche se meno diffuso del PoS, il DPoS è considerato da molti più efficiente, democratico e finanziariamente inclusivo del suo predecessore. È utilizzato da Lisk (LSK), EOS.IO (EOS), Steem (STEEM), BitShares (BTS) e Ark (ARK).
Prova di attività (PoA)
La prova di attività (PoA) è un ibrido dei meccanismi di consenso PoW e PoS. È utilizzata dai progetti blockchain Decred (DCR) ed Espers (ESP).
Nei sistemi PoA, il processo di estrazione inizia come PoW, con i minatori che competono per risolvere un elaborato problema matematico utilizzando un’immensa potenza di calcolo. Una volta estratto il blocco, tuttavia, il sistema passa ad assomigliare a PoS, con la trasmissione dell’intestazione del blocco generato con successo alla rete PoA. Un gruppo di validatori viene quindi selezionato a caso per firmare l’hash, convalidando così il nuovo blocco. Come nel caso dei PoS, più criptovalute possiede un validatore, più alte sono le sue possibilità di essere selezionato. Una volta che ogni validatore scelto ha firmato il blocco, questo viene aggiunto alla rete blockchain ed è pronto a registrare le transazioni. La ricompensa del blocco viene quindi condivisa tra il miner di successo e i validatori scelti.
Sebbene il sistema PoA sia stato progettato con l’intento di combinare le migliori caratteristiche di PoW e PoS (evitando i loro difetti), ha attirato critiche per la sua fase di mining ad alto consumo energetico e per la sua intrinseca parzialità nei confronti dei validatori che detengono un numero maggiore di monete.
Prova di autorità (PoA)
Da non confondere con Proof of Activity (anche “PoA”), Proof of Authority (PoA) funziona selezionando i suoi validatori in base alla reputazione. Una versione modificata di PoS, proposta dal cofondatore di Ethereum ed ex CTO Gavin Wood nel 2017.
In Proof of Authority, i validatori non puntano monete. Invece, devono mettere in gioco la loro reputazione per il diritto di convalidare i blocchi. Questa blockchain autorizzata, che richiede ai partecipanti di identificarsi, è molto diversa dalla maggior parte dei protocolli blockchain, che di solito non richiedono all’utente di rivelare la propria identità per partecipare.
Poiché questo meccanismo non richiede quasi nessuna potenza di calcolo, è molto meno dispendioso in termini di risorse rispetto ad alcuni dei suoi predecessori, in particolare PoW. È anche una delle opzioni meno costose e fortemente favorita per le reti private, come quella di JPMorgan (JPMCoin). Altri progetti basati su PoA includono VeChain (VET) ed Ethereum Kovan testnet.
Sebbene sia altamente scalabile, è compromessa nell’area della decentralizzazione, poiché solo pochi eletti possono partecipare alla rete. Inoltre, l’obbligo di identificazione dei validatori aumenta il rischio di corruzione e di manipolazione da parte di terzi.
Prova di combustione (PoB)
Un’altra alternativa più sostenibile all’algoritmo PoW di Bitcoin è il Proof of Burn (PoB), in cui i minatori ottengono il potere di estrarre un blocco “bruciando” (distruggendo) una quantità predeterminata di token in modo verificabile, ovvero inviandoli a un “indirizzo di eater” dove non possono essere recuperati o spesi. Più monete brucia un minatore, maggiori sono le sue possibilità di essere selezionato casualmente.
A differenza del PoS, in cui i minatori possono recuperare o vendere le loro monete bloccate se dovessero mai lasciare la rete, le monete bruciate sono irrecuperabili. Questo metodo, che richiede ai minatori di sacrificare la ricchezza a breve termine per ottenere il privilegio a vita di creare nuovi blocchi, contribuisce a incoraggiare l’impegno a lungo termine dei minatori. L’atto di bruciare le monete porta anche alla loro scarsità, limitando l’inflazione e facendo aumentare la domanda.
Le criptovalute che utilizzano il protocollo PoB includono Slimcoin (SLM), Counterparty (XCP) e Factom (FCT).
Prova di capacità/prova di spazio (PoC/PoSpace)
A differenza della maggior parte dei suoi predecessori, che concedono diritti di estrazione in base alla potenza di calcolo o alle monete puntate, Proof of Capacity (PoC) – noto anche come Proof of Space (PoSpace) – basa il suo algoritmo di estrazione sulla quantità di spazio disponibile sul disco rigido di un minatore.
Nel PoC, i minatori generano in anticipo un elenco di tutti gli hash possibili in un processo chiamato “plotting”. Queste trame vengono poi memorizzate su un disco rigido. Maggiore è la capacità di memorizzazione di un minatore, maggiore è il numero di soluzioni possibili; e maggiore è il numero di soluzioni, maggiori sono le probabilità di possedere la combinazione corretta di hash e di vincere la ricompensa.
Poiché non richiede apparecchiature costose o specializzate, il PoC offre opportunità di partecipazione alla rete anche a persone comuni. In quanto tale, è un’alternativa meno dispendiosa dal punto di vista energetico e più decentralizzata rispetto ad alcuni dei meccanismi di consenso prevalenti trattati in precedenza. Tuttavia, ad oggi, non sono molti gli sviluppatori che hanno scelto di adottare il sistema e ci sono preoccupazioni circa la sua suscettibilità agli attacchi di malware. Il meccanismo è attualmente utilizzato da Signum (SIGNA) – ex Burstcoin (BURST) – Storj (STORJ) e Chia (XCH).
Prova del tempo trascorso (PoET)
La prova del tempo trascorso (PoET), generalmente utilizzata nelle reti blockchain autorizzate, sfrutta il trusted computing per imporre tempi di attesa casuali per la costruzione dei blocchi. È stato sviluppato da Intel all’inizio del 2016 e si basa su uno speciale set di istruzioni della CPU chiamato Intel Software Guard Extensions (SGXs).
Algoritmo di consenso basato sulla lotteria del tempo, PoET funziona assegnando casualmente tempi di attesa diversi a ogni nodo della rete. Durante il periodo di attesa, ciascuno di questi nodi va a “dormire” per la durata specificata. Il primo a svegliarsi (cioè quello con il tempo di attesa più breve) si aggiudica i diritti di estrazione. Questa randomizzazione garantisce che ogni partecipante abbia le stesse probabilità di essere il vincitore, assicurando l’equità all’interno della rete.
Il meccanismo di consenso PoET è altamente efficiente, richiede meno risorse ed è scalabile. È stato implementato in Sawtooth di Hyperledger.
Prova della storia (PoH)
Come suggerisce il nome, Proof of History (PoH) fornisce prove di eventi storici. Sviluppata da Solana, PoH consente di incorporare i “timestamp” nella blockchain stessa, verificando il passaggio del tempo tra le transazioni senza dover dipendere da altri nodi.
Questo metodo di cronometraggio è abilitato dalla cosiddetta SHA-256, la Verifiable Delay Function (VDF) ad hashtag sequenziale. Funziona prendendo l’output di una transazione e utilizzandolo come input per l’hash successivo, il che consente a chiunque di vedere chiaramente quale evento ha avuto luogo in una particolare sequenza. Poiché le VDF possono essere risolte solo da un singolo punteggio della CPU, PoH riduce notevolmente il peso dell’elaborazione della blockchain, rendendola più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a molti suoi contemporanei.
Poiché il PoH è impiegato solo da Solana, deve ancora essere testato su larga scala.
Prova di importanza (PoI)
Introdotta per la prima volta dalla rete NEM (XEM), Proof of Importance (PoI) seleziona i suoi minatori in base a determinati criteri in un processo chiamato “harvesting”. Tra i fattori comuni vi sono il numero e l’entità delle transazioni effettuate nei 30 giorni precedenti, l’ammontare della valuta acquisita e l’attività di rete. In base a questi fattori, ai nodi viene attribuito un punteggio di importanza. Più alto è il punteggio, più alta è la probabilità che un nodo venga scelto per raccogliere un blocco e ricevere la relativa commissione di transazione.
Sebbene sia simile al PoS, l’uso di metriche aggiuntive da parte del PoI elimina la tendenza del primo a premiare intrinsecamente i ricchi, prendendo in considerazione il sostegno complessivo dei partecipanti alla rete. Pertanto, una semplice puntata elevata in PoI non garantisce necessariamente la possibilità di vincere il blocco.
Conclusione
Non esiste un approccio unico quando si tratta di verificare l’autenticità delle piattaforme blockchain distribuite. Ogni meccanismo di consenso presenta una serie di vantaggi e compromessi.
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