approfondimento: Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS)

Proviamo a spiegare un concetto cardine del funzionamento della blockchain di criptomonete: il meccanismo del consenso. Che avviene secondo l’affermato metodo Proof of Work (PoW). Oppure secondo il più recente metodo Proof of Stake (PoS). Entrambi, come ovvio, portano vantaggi e svantaggi.

Abbiamo approfondito la piattaforma Lightning Network in questo articolo.

PoW e PoS sono i più affermati sistemi di consenso. Sono impiegati, cioè, per la validazione del nuovo blocco da aggiungere alla catena di blocchi (blockchain). In sintesi, sono algoritmi matematici che, in vece di un’autorità centrale, decidono se un blocco contenente le transazioni appena avvenute possa essere aggiunto alla blockchain. Se invece la blockchain rigetta il blocco, rigetta le transazioni in esso contenute. E non permette di spendere il relativo quantitativo di denaro.

E’ quindi un passaggio fondamentale per il funzionamento della blockchain: in due parole, è il sistema unico di validazione delle transazioni. Se funziona lentamente, le transazioni prendono troppo tempo. Se funziona male, transazioni non avvengono proprio.

Iniziamo dal metodo Proof of Work (PoW).

Oggi è usato dalle principali criptomonete tra cui, ad esempio, Bitcoin ed Ethereum. Con il PoW, il consenso è deciso in base alla quantità di lavoro
effettuato (“proof of work“, appunto). Lavoro che si esprime in calcoli matematici compiuti dai miner. In ultima analisi, in elettricità consumata dai loro computer.

Quindi, secondo il PoW, il blocco da aggiungere è quello del miner che ha lavorato di più – e speso più elettricità. Il miner riceve come compenso per le proprie fatiche il block reward, una certa somma di nuove monete. Semplificando, per assicurare il funzionamento della blockchain, il miner spende denaro per acquistare potenti computer e pagare una esosa bolletta elettrica. Ed ottiene, in cambio, criptomonete.

E’ chiaro che PoW è un metodo fortemente energivoro. Lo possiamo immaginare come una gara tra miner, in cui il block reward è vinto dal miner che consuma più elettricità. Tutti gli altri, che hanno comunque partecipato a tale gara, hanno speso energia elettrica ma non hanno vinto nulla. I blocchi da loro elaborati non entrano nella blockchain: tanto lavoro per nulla.

Notiamo allora che PoW favorisce i miner con i computer più potenti.

Se unissero le forze in un megacomputer che vince (quasi) sempre la gara, ecco che tale megacomputer farebbe il buono e cattivo tempo della blockchain. Chiaramente, su scala mondiale è uno scenario poco verosimile (ma non impossibile).

Altro elemento da tenere a mente è che la difficoltà dei calcoli effettuati dai miner aumenta all’aumentare dei miner che partecipano alla gara. Quindi, più miner provano a vincere la ricompensa, più i calcoli diventano difficili. E più energia elettrica si consuma.

Capite bene che, se le criptomonete si diffondessero su scala mondiale come gli investitori vorrebbero, vedremmo degli impatti drammatici sull’ambiente. Già oggi il consumo energetico è folle: il solo network di Bitcoin consuma lo 0,14% dell’energia elettrica globale. Una quantità enorme che, con l’aumentare della difficoltà dei calcoli e la diffusione delle criptomonete, non può far altro che aumentare. Il PoW è chiaramente un metodo non sostenibile in termini ambientali. Senza dimenticare il fatto che, all’aumentare del consumo di elettricità per moneta ottenuta, il miner trova tale lavoro sempre meno conveniente.

Passiamo ora a capire come funziona il metodo Proof of Stake (PoS).

In breve, il metodo affida il consenso agli utenti della rete che possiedono un certo ammontare di criptovaluta, definito arbitrariamente.

Questo ammontare verrà di fatto “congelato” a titolo di garanzia. In caso di comportamento errato o tentativi dolosi di validare blocchi di transazioni non corrette – transazioni che prelevano monete all’utente sbagliato, o lo consegnano all’utente sbagliato – il validatore malizioso viene punito. A seconda della gravità dell’atto, può perdere quota parte o tutto il proprio ammontare congelato.

Da quanto detto capiamo la principale differenza tra PoW e PoS. Con il PoS, si inserisce nella blockchain il blocco fornito dall’utente che possiede la giusta quantità di criptovaluta, che mette da parte a garanzia della corretta validazione del nuovo blocco.

Diversamente dal PoW, con il PoS non c’è alcun block reward. Nessuna moneta creata con il mining e data al miner che vince la gara di calcolo. Piuttosto, i validatori sono ricompensati con le commissioni per le transazioni validate, pagate come transaction fee dagli utenti che richiedono la transazione. Un po’ come i costi per effettuare un bonifico bancario.

In realtà, il validatore non è semplicemente chi possiede più monete e concorda di congelarle. Più esattamente, è scelto secondo il concetto di anzianità. Ossia, vale il prodotto della quantità di monete possedute per il numero di giorni in cui tali monete sono congelate. Vince quindi chi mette più monete in gioco (“at stake“, letteralmente).

Un evidente vantaggio del PoS rispetto al PoW è che non c’è dispendio di energia elettrica per essere scelti come validatori.

A dirla tutta, con il metodo PoS non esiste più mining. Non occorrono più hardware potenti, costosi e dedicati ai calcoli crittografici.

Ma non è tutto: con il metodo PoS il consenso è legato all’investimento sulle criptovalute (i validatori possiedono un consistente quantitativo di monete e lo bloccano per un tempo anche lungo). Ossia, gli interessi degli investitori (specie quelli a medio – lungo termine) sono allineati a quelli dei validatori.

Facciamo un’altra considerazione. Con il PoW la sicurezza del sistema è legata al consumo di energia elettrica attraverso il lavoro dei miner. Che hanno un ruolo fondamentale per la sopravvivenza della blockchain. Invece, con il PoS il ruolo fondamentale – ed il potere sulla blockchain – è dato a coloro che posseggono un numero importante di criptomonete. Con il rischio che si costituiscano pochi, pericolosi centri di potere che possano provocare, ad esempio, attacchi di double spending.

Il problema della sicurezza per il metodo PoS è particolarmente sentito per la blockchain di Ethereum.

Dove il problema ambientale è stato sempre il punto duro dell’evoluzione della criptomoneta. Perciò, è in studio un algoritmo chiamato “Casper“, del tipo PoS, che cerca di equilibrare premi e punizioni per gli utenti malevoli che si candidano a validatori.

Il risultato è un ibrido tra PoW e PoS. In dettaglio, l’inserimento di nuovi blocchi segue il metodo PoW, ma ogni 100 blocchi (checkpoint) avviene una validazione che potremmo definire “riassuntiva”, e che quindi fornisce un livello di sicurezza ulteriore alla rete Ethereum. Allora, i candidati validatori depositano le loro monete in un validator pool e, ogni 100 blocchi, validano il checkpoint di 100 blocchi.

E se qualcuno di loro tenta di barare, può perdere fino all’intero ammontare depositato nel validator pool. Beninteso, quello di Ethereum è un metodo di validazione ancora non perfetto, e come il PoS “puro” è purtroppo soggetto a rischi di attacchi malevoli.

Alcune monete implementano già la forma di consenso PoS.

Ad esempio Peercoin, BitShares e Nxt. Ma non dobbiamo pensare che PoS sia la panacea dei problemi del metodo PoW. Come abbiamo visto, PoS introduce rischi di sicurezza che non esistono nel metodo PoW.

Possiamo concludere che il metodo PoS accentra il potere (ossia, il consenso) sulla blockchain nelle mani dei membri che hanno partecipato a tale blockchain sin dall’inizio. In primis gli sviluppatori, che hanno conservato una buona quota delle proprie monete.

Da un lato PoS risolve i problemi non più differibili di PoW (come lo spropositato consumo energetico). Dall’altro, introducono fragilità di sistema e sensibili rischi alla sicurezza. Una soluzione di mezzo è rappresentata da metodi di consenso che tentano di mediare tra PoW e PoS: Proof of Authority (PoA), Proof of Existence (PoE), Proof of Burn (PoB) ed altri ancora. Il dibattito è ancora aperto: per ora, non sembra essere matura una soluzione che risolva i problemi di PoW senza introdurre nuove falle al sistema.

FONTE: https://www.blockchainedu.net/

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