Che cos’è la Proof of Stake

Cos’è un meccanismo di consenso

Per capire come funziona effettivamente la Proof of Stake, dobbiamo innanzitutto sapere cos’è un meccanismo di consenso.

Nei sistemi distribuiti, cioè decentralizzati, come quelli rappresentati dalla blockchain, l’unità è fondamentale.

Un meccanismo di consenso è il metodo con cui la rete di partecipanti concorda sull’unica verità possibile.

Le aziende tradizionali sono organizzate centralmente. In questo caso, un’autorità centrale spesso definisce ciò che è vero. Questo concentra il potere e quindi il denaro.

In un sistema decentralizzato, invece, agiscono innumerevoli autorità autonome.

Esse gestiscono una rete comune e possono partecipare attivamente al suo ulteriore sviluppo.

Le votazioni possono avere luogo e le transazioni possono essere convalidate attraverso il processo di consenso.

Per raggiungere il consenso nella blockchain, i partecipanti devono utilizzare lo stesso meccanismo crittografico. Attraverso un complesso schema di calcolo, i partecipanti alla rete si accordano sulla serie di dati più recente e accurata.

Questo garantisce che ogni transazione effettuata tramite la blockchain sia tracciabile e valida.

Cos’è la Proof of Stake (PoS)

L’idea della Proof of Stake risale a Sunny King e Scott Nadal. Il metodo sviluppato dai due nel 2012 mirava a risolvere il problema dell’elevato consumo energetico del mining di Bitcoin.

È nata un’alternativa, che è diventata nota come staking.

Utilizzando un algoritmo programmato in modo deterministico, gli operatori dei nodi dovevano essere selezionati per la generazione dei blocchi in base alla quantità di monete in loro possesso.

In questo modo, chi detiene più monete nel proprio portafoglio ha maggiori possibilità di essere selezionato per aggiungere un blocco alla catena e ricevere la relativa ricompensa.

King e Nadal sperano che Proof of Stake riduca i costi energetici e le difficoltà di hashrate sempre maggiori del mining.

Tuttavia, il nuovo meccanismo di consenso non è privo di problemi.

Per approfondire la questione di Proof of Stake come meccanismo di consenso, dobbiamo prima dare un’occhiata alla Proof of Work per capire perché è necessaria una procedura alternativa.

Proof of Work vs Proof of Stake

Con l’adozione di Bitcoin, si è diffuso anche l’algoritmo di consenso Proof of Work.

Il metodo è ben studiato ed è quindi considerato sicuro. Per comprendere lo sviluppo del metodo Proof of Stake in particolare, è utile un viaggio nel mondo PoW.

La popolarità del processo Proof of Work è direttamente collegata al successo di Bitcoin.

Il consenso PoW alla base della valuta “bene rifugio” del settore delle criptovalute è considerato incredibilmente sicuro.

La distribuzione garantisce gli standard più elevati per la decentralizzazione del BTC.

Nel frattempo, la partecipazione al processo PoW comporta una quantità crescente di potenza di calcolo.

Da un lato, questo enorme dispendio di energia protegge la rete e ricompensa i minatori per le loro azioni.

Tuttavia, l’enorme dispendio di risorse è oggi sempre più considerato in modo critico e viene spesso utilizzato come argomento base per un divieto di Bitcoin.

Le voci per un divieto del Bitcoin si stanno facendo sentire anche nell’UE, tanto che molte criptovalute stanno cercando meccanismi di consenso alternativi.

Vi mostriamo un esempio di quanto possa essere elevato il consumo energetico di Proof of Work.

Esempio di consumo energetico della Proof of Work di Bitcoin

Le prime riflessioni sulla logica di un meccanismo di consenso alternativo sono emerse nel 2012.

In questo caso, le idee miravano a contrastare l’elevato consumo energetico del Bitcoin con un’alternativa.

All’epoca, mantenere la rete Bitcoin costava circa 150.000 dollari.

Al momento attuale, la rete Bitcoin consuma circa 227 milioni di “terrahash” (TH) al secondo, ovvero 269 exahash:

Un terrahash richiede circa 0,000012222 kWh. Attualmente, il prezzo medio per kWh in Italia è di circa 36 centesimi.

Un terrahash costerebbe quindi 0,0000036666 euro, ovvero 227 milioni di terrahash, circa 832 euro.

Al secondo, si badi bene! Poiché, come sappiamo, un giorno dura 86.400 secondi, se tutti i nodi della rete Bitcoin fossero gestiti in Italia, costerebbe circa 72 milioni di euro al giorno.

Ora possiamo vedere perché la Proof of Stake è necessaria e quali sfide comporta un meccanismo di consenso ecologico.

Le sfide della Proof of Stake

Il nuovo meccanismo di consenso porta con sé alcune sfide che devono essere affrontate. I diversi progetti hanno adottato approcci diversi nel corso del tempo.

Le sfide della Proof of Stake spiegate

Nello sviluppo del processo di Proof of Stake, diversi progetti hanno proposto soluzioni diverse a questi problemi: Peercoin, Blackcoin ed Ethereum.

Le rispettive strategie sono discusse insieme alle sfide presentate:

• Distribuzione dei token: Visto che il PoS è il luogo in cui le ricompense vanno agli stakers, si pone la questione di come le monete vengono distribuite inizialmente.
• Monopolizzazione: Dal momento che lo staking, cioè il possesso dei token, viene ricompensato, coloro che puntano il maggior numero di monete ricevono anche le ricompense più alte.
• Attacco al 51%: Un consenso proof of work può essere attaccato tramite un cosiddetto attacco del 51%, in modo tale che un partecipante alla rete, o un gruppo, si impossessi del 51% della potenza di calcolo. Un attacco del 51% potrebbe quindi colpire anche una procedura di Proof of Stake se uno staker combina il 51% di tutti i token.
• Nothing At Stake (NoS): Poiché il consenso PoS comporta uno sforzo significativamente minore da parte del validatore rispetto a PoW, esiste il rischio che l’operatore di un nodo tenti di creare blocchi su più catene contemporaneamente. Tale procedura sembra avere senso dal punto di vista dell’operatore, in quanto aumenta le possibilità di aprire blocchi e la relativa remunerazione. Per la blockchain, tuttavia, è critica e quindi indesiderabile, in quanto può portare a un fork, cioè alla rottura della catena.

Nello sviluppo del processo di Proof of Stake, diversi progetti hanno proposto soluzioni diverse a questi problemi: Peercoin, Blackcoin ed Ethereum.

Le rispettive strategie sono discusse in base alle sfide presentate:

1. Distribuzione dei token

• Peercoin: Peercoin ha utilizzato un meccanismo di distribuzione decrescente basato su PoW per la distribuzione delle monete. All’inizio, il processo di Proof of Work è stato utilizzato per la distribuzione iniziale. Con il passare del tempo e l’aumento della distribuzione, l’importanza del PoW è diminuita.
• Blackcoin: anche Blackcoin si è affidato a una procedura di Proof of Work all’inizio. Non essendoci una fase di “pre-mine”, i token hanno potuto essere distribuiti in modo equo.
• Ether: Il 70% di tutti gli ETH è già stato distribuito tramite l’ICO che ha avuto luogo nel 2014. Undici milioni di Ether sono stati rilasciati alla Fondazione Ethereum e distribuiti tramite PoW fino a poco tempo fa.

2. Monopolizzazione

• Peercoin: per contrastare la monopolizzazione e il conseguente dominio delle coin whales, Peercoin ha introdotto la cosiddetta coin age.
• Blackcoin: la monopolizzazione dovrebbe essere contrastata in particolare da un periodo di distribuzione mirato ed equo.
• Ether: Come descritto, la maggior parte degli ETH è già distribuita. Ethereum sta cercando di contrastare il problema bloccando le monete depositate. Chiunque “parcheggia” ETH per lo staking e la convalida in uno smart contract responsabile non ha accesso ad esso con effetto immediato. Il deposito è quindi possibile solo a scapito della liquidità.

3. Attacchi al 51%

Tutti e tre i progetti affermano che gli attacchi al 51% sono estremamente improbabili. Un attacco corrispondente costerebbe molto all’attaccante.

Questo perché dovrebbe concentrare su di sé almeno il 51% dei token disponibili, cioè acquistarli.

Con un simile attacco, l’attaccante perderebbe anche il capitale investito, poiché i token non avrebbero più alcun valore.

Tuttavia, se si osservano le cifre, si può chiaramente affermare che solo l’attacco a Ethereum non sarebbe conveniente.

Gli altri due progetti elencati non richiederebbero un esborso di capitale così elevato. (Le cifre corrispondono alla capitalizzazione di mercato in dollari USA a gennaio 2023):

4 Nothing at Stake (NoS)

• Peercoin: gli sviluppatori di PPC non si aspettano che ciò accada. Tuttavia, se dovesse verificarsi un tale “attacco”, gli inventori hanno predisposto dei “punti di controllo” opzionali. Con la diffusione del progetto, tuttavia, i punti di controllo sono stati sciolti.
• Blackcoin: anche gli sviluppatori di Blackcoin non si aspettano un attacco di questo tipo. Per evitare un hard fork, tuttavia, hanno integrato anche dei “checkpoint“. Nella versione 3, tuttavia, anche questi saranno rimossi.
• Ether: Ethereum affronta il problema penalizzando i validatori che firmano blocchi orfani. Il progetto non affronta solo l’idea delle ricompense. Piuttosto, si legge spesso che gli operatori che avviano processi dannosi vengono puniti. La conseguenza sarebbe il ritiro dell’ETH puntato.

Vantaggi e opportunità della PoS

Il principio della Proof of Stake è ottimizzato in alcune parti rispetto alla procedura della Proof of Work.

Ciò non significa che PoS sia migliore di PoW. I miglioramenti auspicati dagli appassionati di PoS sono:

Se si verifica un attacco al 51%, la comunità ha la possibilità di concordare una catena “corretta/seria”. Il che potrebbe preservare la blockchain con il principio PoS.

Top 10 delle crypto PoS

I più grandi progetti blockchain attualmente misurati in base alla capitalizzazione di mercato che utilizzano il processo di Proof of Stake sono:

	Ethereum (ETH)
	Cardano (ADA)
	Solana (SOL)
	Polygon (MATIC)
	Polkadot (DOT)
	Tron (TRX)
	Avalanche (AVAX)
	Cosmos (ATOM)
	TON Toncoin (TON)
	Algorand (ALGO)

Ethereum Proof of Stake

Nel settembre 2022, il tanto atteso merge di Ethereum è finalmente avvenuta. La rete Ethereum è passata da Proof of Work a Proof of Stake.

In particolare, il miglioramento della scalabilità e le relative minori commissioni di transazione sono tra le ragioni decisive del cambiamento.

Dal momento che Ethereum è ora la più grande piattaforma con il principio PoS, daremo finalmente un’occhiata più da vicino alle sue specifiche.

Vantaggi e svantaggi di Ethereum PoS

Come funziona la Proof of Stake su Ethereum?

Per poter confermare le transazioni sulla blockchain di Ethereum, sono necessari i cosiddetti validatori.

Per poter agire come validatore nella rete Ethereum, sono necessari diversi requisiti.

L’operatore del nodo deve inviare 32 ETH (valore di mercato al 20.01.2023: 50.600 dollari USA) allo smart contract corrispondente.

Inoltre, l’operatore deve disporre di tre diverse applicazioni software:

• Un “Execution Client”,
• un “Consensus Client”,
• un Validator.

Depositando ETH, l’utente si unisce a una sorta di coda di attivazione, limitando così il numero di possibili nuovi validatori.

Coloro che vengono attivati come validatori ricevono nuovi blocchi dai loro pari nella rete Ethereum.

Le transazioni consegnate nel blocco vengono rieseguite e la firma del blocco viene verificata per garantire che il blocco sia valido.

Validatori PoS vs minatori PoW

Mentre nel processo Proof of Work la velocità di produzione dei blocchi è determinata dalla difficoltà del mining, nel Proof of Stake il ritmo è fisso.

Il tempo nella Proof of Stake di Ethereum è diviso in “slot” (12 secondi) ed “epoche” (32 slot).

In ogni slot, un validatore viene selezionato a caso come fondatore di un blocco. Questo validatore è responsabile della creazione di un nuovo blocco e del suo invio agli altri nodi della rete.

Inoltre, in ogni slot viene selezionato un “panel” casuale di validatori, i cui voti vengono utilizzati per verificare la validità del blocco proposto.

Il validatore invia quindi alla rete un voto (chiamato certificato) a favore del blocco.

Quanto sono sicure le transazioni con Ethereum Proof of Stake?

Per completare una transazione nel processo Proof of Stake di Ethereum, è sufficiente l’approvazione dei due terzi degli ETH in stake.

Pertanto, se il 66,6% dei validatori ha confermato coppie di cosiddetti checkpoint nella rispettiva epoca, il checkpoint riceve un aggiornamento e viene quindi considerato “finalizzato”.

Per impedire questa maggioranza di due terzi, un attaccante potrebbe impedire in modo specifico l’unità corrispondente.

Con uno sforzo di poco superiore a un terzo degli ETH in stake, il processo di consenso in questo blocco verrebbe interrotto o messo in pericolo.

Il meccanismo di difesa di Ethereum si chiama “inactivity leak”.

La strategia si attiva sempre se la catena non può essere completata per più di quattro epoche.

L’”inactivity leak” prosciuga gli ETH utilizzati dai validatori che votano contro la maggioranza, in modo che quest’ultima possa nuovamente raggiungere la maggioranza dei due terzi e completare la catena.

Conclusioni

Il processo di Proof of Stake è ancora un principio di consenso giovane.

Ma di certo non è più agli albori. Alcuni progetti hanno già affrontato con successo aree critiche della tecnologia.

Con l’introduzione del meccanismo di consenso da parte di Ethereum, il processo continua a guadagnare trazione e sostegno.

In particolare, gli effetti positivi sulla scalabilità e sull’efficienza energetica sembrano dare ulteriore slancio al principio.

Il declino della decentralizzazione messo in dubbio da alcuni sostenitori della PoW non può essere sostenuto.

Piuttosto, PoS ha il potenziale per migliorare la decentralizzazione e anche la possibilità di co-determinazione e partecipazione alla rete.