Fondamenti della Blockchain: I diversi meccanismi di consenso della blockchain

In questo articolo spiegheremo in che modo i meccanismi di consenso definiscono le caratteristiche di una blockchain e cosa ciò significhi per noi, appassionati utilizzatori della tecnologia blockchain.

Blockchain e meccanismi di consenso

Ecco un rapido riassunto: La tecnologia blockchain ci permette di criptare i record dei dati in blocchi e di concatenarli tra loro in modo da creare per tutti un’unica fonte di verità cronologica. La forza della blockchain risiede nella sua natura decentralizzata; i database basati sulla blockchain sono accessibili a tutti, ma non possono essere modificati senza l’accordo di un numero sufficiente di partecipanti alla rete, in modo da garantire fiducia, sicurezza e trasparenza.

I “partecipanti alla rete” appena menzionati vengono anche chiamati “nodi”. Si tratta, a tutti gli effetti, dei pilastri su sui si fondano le reti decentralizzate, perché contribuiscono a farle funzionare in sicurezza e in modo corretto verificando e confermando le transazioni, agendo da centri di comunicazione e vigilando su eventuali alterazioni dei dati. Per assicurarsi che tutti i nodi lavorino in sincronia tra loro, viene definito un meccanismo di consenso, il cui compito consiste anche nel determinare lo specifico schema di sicurezza e di incentivazione di una rete.

Ricordiamo che ci stiamo focalizzando soltanto sulle blockchain pubbliche, perché è più probabile che interagiremo proprio con questo tipo di blockchain nelle nostre transazioni quotidiane. Le due blockchain pubbliche più famose sono Bitcoin ed Ethereum.

Non solo PoW e PoS

Sia Bitcoin che Ethereum hanno adottato il meccanismo Proof-of-Work (PoW) per regolare lo stato della rete sin dalla loro genesi. Con il suo piano di aggiornamento Ethereum 2.0, Ethereum ha tuttavia compiuto un passaggio definitivo al meccanismo di consenso Proof-of-Stake (PoS). Bitcoin continuerà invece a mantenere il PoW, in quanto il suo codice non può subire modifiche del consenso e, cosa altrettanto importante, il consumo energetico di Bitcoin resterà sempre legato ai costi della vita reale. Ma esistono anche altri algoritmi di consenso meno comuni, adottati principalmente per soddisfare le priorità strategiche di una rete.

Proof-of-Work (PoW)

Come suggerisce il nome (letteralmente “Prova di Lavoro”) questo meccanismo di consenso richiede una considerevole quantità di “lavoro”. I partecipanti alla rete, chiamati miner, utilizzano software altamente sofisticati e computer potenti per trovare la soluzione a problemi matematici estremamente complessi e creare un nuovo blocco valido.

Normalmente, la difficoltà di mining di una criptovaluta dipende dal numero di partecipanti, e quindi il livello di difficoltà aumenta all’aumentare del numero di miner che si uniscono alla rete. Pertanto: a) con un maggior numero di miner la sicurezza aumenta e b) l’equità viene garantita a tutti i miner.

In aggiunta, le blockchain PoW sono veramente decentralizzate sia in termini di organizzazione che di localizzazione, perché i miner tendono a concentrarsi dove l’elettricità costa poco per ottenere il massimo degli incentivi. L’elettricità a basso costo è disponibile in diversi luoghi nel mondo; quindi le attività di mining risultano disseminate su scala globale.

Proof-of-Stake (PoS)

Il PoS, più ecologico del PoW, si basa completamente sullo staking. Il “nodo” di una rete PoS blocca i fondi in uno speciale smart contract per avere la possibilità di creare un nuovo blocco. L’algoritmo PoS seleziona gli staker (chi mette in staking) in modo casuale in base alle loro quote di fondi nella rete. Ad esempio, uno staker i cui fondi corrispondano al 10% del totale dei fondi messi in stake avrà il 10% di possibilità di generare nuovi blocchi. Gli incentivi vengono così distribuiti agli staker in proporzione al rapporto tra la loro quota e la quota totale dei fondi messi in staking. Di conseguenza, questo meccanismo è il principale motore del valore delle criptovalute PoS.

Esempi: Avalanche, Cardano, Algorand.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Il sistema DPoS nasce con l’obiettivo di evolvere e democratizzare il PoS, che potrebbe in qualche modo risultare centralizzato. Mentre la dimensione dello stake (l’insieme di tutte le monete o dei token messi in staking) influenza direttamente il processo di convalida nel PoS, nella rete DPoS gli staker hanno il potere di eleggere i produttori di blocchi. I produttori di blocchi, noti anche come delegatori o testimoni, saranno eletti in base alla quantità dello stake a loro affidato, che ne rispecchia il grado di credibilità e attendibilità. Le ricompense e le eventuali sanzioni saranno condivise tra gli staker e i delegatori, promuovendo una maggiore democratizzazione all’interno della rete. In genere, i delegatori sono sempre attivi per garantire la propria affidabilità, velocizzando in modo significativo il flusso delle transazioni. Esempi: EOS, Tron.

Nominated Proof-of-Stake (NPoS)

Il NPoS è simile al DPoS, ma il processo di voto è più elaborato. Gli staker, che in questo caso sono chiamati nominatori, possono scegliere un gruppo di validatori a cui assegnare i propri token utilizzati come collaterale. La responsabilità di produrre nuovi blocchi sarà affidata ai validatori con il maggior numero di collaterale; tuttavia il gruppo finale di validatori potrebbe essere molto differente da quello nominato. Così facendo, si garantisce che ogni nominatore abbia buone possibilità di ricevere una ricompensa e che i validatori meritino la fiducia della community. Esempi: Polkadot, Kusama.

Proof-of-Authority (PoA)

Un altro meccanismo di consenso che fa leva sulla reputazione dei validatori dei nodi è il PoA. La community seleziona e concede agli utenti più affidabili e ai partner strategici del progetto, cioè a coloro che hanno un interesse a lungo termine nel futuro successo della rete, il diritto di produrre nuovi blocchi. Naturalmente non è solo una questione di “reputazione”; anche i validatori approvati devono mettere in staking i propri fondi a riprova dell’autenticità delle loro motivazioni. Esempi: VeChain, TomoChain.

Proof-of-History (PoH)

Nel 2018, Solana è stata la prima blockchain a introdurre un ibrido PoH combinato con il PoS per fornire un processo di convalida più rapido, efficiente e sicuro. Ogni nodo della rete Solana è dotato di una sorta di “orologio crittografico” che consente di registrare i dati in un ordine cronologico verificabile e con uno specifico timestamp (ossia una firma, una marcatura temporale). Anziché attendere le risposte degli altri nodi, ogni validatore può pronunciarsi autonomamente in merito ai messaggi sulla validità dei blocchi, accelerando così il processo di consenso per le transazioni di Solana.

Abbiamo esaminato i meccanismi di consenso più comuni nello spazio blockchain, tutti utilizzati da progetti che di sicuro avrai sentito nominare. Ma l’elenco dei meccanismi di consenso non è esaustivo: presto saranno creati altri algoritmi, perché il settore della blockchain è in continua evoluzione. A prescindere dalle differenze nella progettazione, l’obiettivo finale del consenso è semplicemente quello di garantire il funzionamento efficace delle blockchain. Pertanto, i futuri algoritmi di consenso dovrebbero proteggere l’integrità dei dati con le loro caratteristiche essenziali di unicità, coerenza e onestà.

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