Introduzione all’architettura Blockchain
Quando si progetta un’architettura blockchain, che rappresenta un protocollo decentralizzato per il trasferimento di dati in un database continuamente aggiornato, emergono due questioni fondamentali: quali meccanismi utilizzare per raggiungere consenso e come garantire la sicurezza delle transazioni. Questa sfida ha portato all’adozione di diversi meccanismi di consenso, che sono insiemi di regole attraverso cui i partecipanti a una rete decentralizzata concordano su come le transazioni vengono approvate e incluse in nuovi blocchi.
Meccanismi di Consenso
Il creatore di Bitcoin, Satoshi Nakamoto, ha proposto il meccanismo Proof-of-Work (PoW) nell’ottobre 2008 nel white paper della prima criptovaluta. Secondo il PoW, i miner, ossia gli operatori della rete decentralizzata, competono nel risolvere complessi problemi matematici che richiedono notevoli risorse, cercando l’hash di un nuovo blocco. In caso di successo, il miner vincente o la pool di miner riceve l’opportunità di aggiungere il blocco trovato alla blockchain, ricevendo in cambio una ricompensa in nuovi bitcoin.
Tuttavia, pochi anni dopo il lancio di Bitcoin, è emerso che il meccanismo PoW comportava un costante aumento della potenza di mining e, conseguentemente, dei costi energetici. In aggiunta, l’accessibilità al mining stava diminuendo a causa della necessità di attrezzature sempre più potenti.
Proof-of-Stake e le sue Varianti
Il 11 luglio 2011, sul popolare forum di criptovalute Bitcointalk, è stata proposta l’idea di un meccanismo di consenso alternativo, il Proof-of-Stake (PoS), o “prova di possesso”. Questo nuovo meccanismo suggeriva che i diritti di voto di ogni partecipante a una rete decentralizzata dovessero essere proporzionali alla quantità totale di monete possedute. Nell’agosto 2012, il PoS ha trovato la sua prima applicazione pratica nella criptovaluta PPCoin.
La prima criptovaluta puramente PoS, senza mining, è stata Nxt, lanciata il 24 novembre 2013. Il meccanismo di consenso PoS si è rivelato così efficace e flessibile che col passare degli anni è stato implementato in centinaia di criptovalute, con varie varianti e modifiche. Nel caso di Nxt, tutti gli utenti che possiedono almeno 1002 NXT nel wallet ufficiale durante gli ultimi 1440 blocchi possono partecipare alla creazione di nuovi blocchi.
Staking e Delegated Proof-of-Stake
Il processo di creazione dei blocchi in Nxt e in altre criptovalute PoS iniziali è stato chiamato “forking”. Oggi, più comunemente, si parla di staking, che si riferisce al processo di detenere una criptovaluta in un wallet per ricevere premi in cambio della partecipazione alla sicurezza della rete.
Nella rete Nxt, il throughput è limitato a sole 4 transazioni al secondo, rispetto alle 33 transazioni al secondo che può elaborare Dogecoin, che utilizza un sistema PoW. Per trovare un compromesso tra decentralizzazione e prestazioni, è stato introdotto il concetto di delega, dove le monete di diversi wallet e i diritti di voto possono essere delegati a pochi nodi di calcolo.
Nel 2013, il programmatore e imprenditore Daniel Larimer ha sviluppato il meccanismo Delegated Proof-of-Stake (DPoS), implementato per la prima volta nella piattaforma blockchain BitShares. Successivamente, questo meccanismo è stato adottato in progetti noti come EOS, Cardano e Tezos.
Compensazione e Sostenibilità
Per compensare i nodi di calcolo per le spese di verifica delle transazioni e di generazione di nuovi blocchi, la maggior parte delle blockchain PoS prevede ricompense pagate in monete native. L’importo delle ricompense per ogni blocco è fisso, ma può variare in base ai parametri di rete attuali.
“Diversi meccanismi di consenso si sono sviluppati sulla base dei principi del PoS e della delega, con distintive sfumature nella distribuzione dei ruoli all’interno della rete decentralizzata.”
Critiche e Futuro della Transizione al PoS
I costi energetici del mining delle criptovalute basate su PoW sono stati fortemente criticati. Ad esempio, il mining di Bitcoin è responsabile del 0,1% dell’intera emissione di CO2 antropogenica. Questo aspetto ha portato a tentativi di vietare il mining in diversi paesi. Dopo la transizione della rete Ethereum al meccanismo PoS avvenuta il 15 settembre 2022, il consumo energetico della rete è diminuito di quasi 2000 volte.
Il principale scetticismo riguardante una possibile transizione di Bitcoin al PoS riguarda l’assenza di uno sviluppatore unico. Inoltre, i sostenitori del PoW evidenziano il livello di sicurezza superiore di questo algoritmo, che, grazie all’attuale elevato grado di decentralizzazione della rete Bitcoin, risulta praticamente invulnerabile ad attacchi esterni.
