Blockchain è una tecnologia rivoluzionaria che consente lo scambio sicuro e trasparente di dati. Utilizza una serie di livelli per archiviare ed elaborare le informazioni, denominati Livelli 0-3. Ogni livello ha il proprio scopo e funzione, consentendo un sistema completo in grado di gestire un'ampia varietà di transazioni.
La Blockchain è definita come una tecnologia di registro distribuito (DLT) che facilita lo scambio sicuro e affidabile di risorse digitali tra due o più parti. È un sistema unico che funziona come una rete aperta e decentralizzata per archiviare dati su più computer contemporaneamente.
Livello1
Per convalidare e finalizzare le transazioni, il Livello 1 è la blockchain di base su cui possono essere costruiti più altri livelli. Possono funzionare indipendentemente da altre blockchain.
Il layer1 può essere suddiviso in tre segmenti:
Livello dati: responsabile della memorizzazione di tutti i dati relativi alle transazioni all'interno della rete. Ciò include elementi come cronologia delle transazioni, saldi, indirizzi, ecc. Questo livello aiuta anche a convalidare ogni transazione utilizzando algoritmi crittografici (hashing) per garantire accuratezza e sicurezza.
Livello di rete: responsabile della gestione delle comunicazioni tra gli utenti sulla rete blockchain. È responsabile della trasmissione di transazioni e altri messaggi attraverso la rete, nonché della verifica dell'accuratezza e della legittimità di questi messaggi.
Consensus Layer: consente alla blockchain di raggiungere un accordo su una serie di regole che tutti gli utenti devono seguire quando conducono transazioni. Garantisce che tutte le transazioni siano valide e aggiornate utilizzando algoritmi di consenso come Proof of Work, Proof of Stake o Byzantine Fault Tolerance.
Il livello Applicazione/Smart Contract è il luogo in cui si svolge la maggior parte delle funzionalità all’interno di una rete blockchain. Questo livello contiene codice (o contratti intelligenti) che può essere utilizzato per costruire applicazioni eseguite sull'ecosistema blockchain. Queste applicazioni sono in grado di eseguire transazioni e archiviare dati in modo sicuro e distribuito. Non tutti i protocolli layer1 hanno funzionalità di contratto intelligente.
Esempi di tali reti sono Bitcoin, Solana, Ethereum e Cardano, che hanno tutti il proprio token nativo. Questo token viene utilizzato al posto delle commissioni di transazione e funge da incentivo per i partecipanti alla rete ad aderire a una rete.
Sebbene queste monete abbiano denominazioni diverse in base al progetto sottostante, il loro scopo rimane invariato: fornire un meccanismo di sostegno economico alla funzionalità della blockchain.
Le reti di livello 1 hanno problemi con la scalabilità, poiché la blockchain fatica a elaborare il numero di transazioni richieste dalla rete. Ciò si traduce in un aumento drastico delle commissioni di transazione.
Il Trilemma Blockchain, termine coniato da Vitalik Buterin, viene spesso invocato mentre si discute delle potenziali soluzioni a questo problema; hanno essenzialmente bisogno di bilanciare decentralizzazione, sicurezza e scalabilità.
Molti di questi approcci presentano dei compromessi; come finanziare supernodi – acquistando quindi supercomputer e grandi server – al fine di aumentare la scalabilità ma creando una blockchain intrinsecamente centralizzata.
Approcci per risolvere il trilemma blockchain:
Aumenta la dimensione del blocco
Aumentando la dimensione del blocco di una rete di livello 1 è possibile elaborare efficacemente più transazioni. Tuttavia, non è possibile mantenere un blocco infinitamente grande poiché blocchi più grandi significano velocità di transazione più lente a causa dei maggiori requisiti di dati e della minore decentralizzazione. Ciò funge da limite alla scalabilità attraverso l'aumento delle dimensioni dei blocchi, limitando gli aumenti delle prestazioni al costo potenziale di una minore sicurezza.
Cambiare il meccanismo di consenso
Sebbene esistano ancora meccanismi di proof-of-work (POW), sono meno sostenibili e scalabili rispetto alle loro controparti proof-of-stake (POS). Questo è il motivo per cui Ethereum è passato da POW a POS; l'intento è quello di fornire un algoritmo di consenso più sicuro e affidabile che produca risultati migliori in termini di scalabilità.
Sharding
Lo sharding è una tecnica di partizionamento del database utilizzata per scalare le prestazioni dei database distribuiti. Segmentando e distribuendo un registro blockchain su più nodi, lo sharding offre una maggiore scalabilità che aumenta il throughput delle transazioni poiché più frammenti possono elaborare le transazioni in parallelo. Ciò si traduce in prestazioni migliorate e tempi di elaborazione significativamente ridotti rispetto al tradizionale approccio seriale.
Simile a mangiare una torta divisa in fette. In questo modo, anche con un aumento del volume di dati o un'eventuale congestione della rete, le reti frammentate sono molto più efficienti poiché tutti i nodi partecipanti lavorano insieme in modo sincrono sull'elaborazione delle transazioni.
Livello2
I protocolli di livello 2 sono costruiti sulla blockchain di livello 1 per risolverne i problemi di scalabilità senza sovraccaricare il livello di base.
Ciò avviene creando un framework secondario, denominato “off the chain”, che consente una migliore velocità di trasmissione delle comunicazioni e tempi di transazione più rapidi rispetto a quelli supportati dal Livello 1.
Utilizzando i protocolli Layer 2, la velocità delle transazioni viene migliorata e il throughput delle transazioni aumenta, il che significa che è possibile elaborare più transazioni contemporaneamente entro un periodo di tempo definito. Ciò può essere incredibilmente vantaggioso quando la rete primaria diventa congestionata e rallenta, poiché aiuta a ridurre i costi delle commissioni di transazione e a migliorare le prestazioni generali.
Ecco diversi modi in cui Layer2s risolve il trillema della scalabilità:
Canali
I canali forniscono una soluzione di livello 2 che consente agli utenti di effettuare più transazioni fuori catena prima che vengano riportate sul livello di base. Ciò consente transazioni più rapide ed efficienti. Esistono due tipi di canali: canali di pagamento e canali statali. I canali di pagamento consentono solo pagamenti, mentre i canali statali consentono attività molto più ampie come quelle che normalmente avrebbero luogo sulla blockchain, come la gestione dei contratti intelligenti.
Lo svantaggio è che gli utenti partecipanti devono essere conosciuti dalla rete, quindi la partecipazione aperta è fuori questione. Inoltre, tutti gli utenti dovranno bloccare i propri token in uno smart contract multi-sig prima di impegnarsi con il canale.
Plasma
Creato da Joseph Poon e Vitalik Buterin, il framework Plasma utilizza contratti intelligenti e alberi numerici per creare "catene figlie", che sono copie della blockchain originale, nota anche come "catena madre".
Questo metodo consente di trasferire le transazioni dalla catena primaria alla catena secondaria, migliorando così la velocità delle transazioni e riducendo le commissioni di transazione, e funziona bene con casi specifici come i portafogli digitali.
Gli sviluppatori di Plasma lo hanno progettato appositamente per garantire che nessun utente possa effettuare transazioni prima che sia trascorso un particolare periodo di attesa.
Tuttavia, questo sistema non può essere utilizzato per favorire la scalabilità dei contratti intelligenti di carattere generale.
Sidechain
Le sidechain, che sono blockchain che operano in parallelo alla blockchain principale o Layer 1, hanno diverse caratteristiche distinte che le distinguono dalle blockchain classiche. Le sidechain sono dotate di blockchain indipendenti, spesso utilizzano meccanismi di consenso diversi e hanno requisiti di dimensioni dei blocchi diversi rispetto al livello 1.
Tuttavia, nonostante il fatto che le sidechain abbiano le proprie catene indipendenti, si connettono comunque al Livello 1 utilizzando una macchina virtuale condivisa. Ciò significa che tutti i contratti o transazioni che possono essere utilizzati sulle reti Layer 1 sono disponibili anche per l’uso sulle sidechain, creando un’ampia infrastruttura di interoperabilità tra i due tipi di catene.
Rollup
I rollup realizzano il ridimensionamento raggruppando più transazioni sulla sidechain in un'unica transazione sul livello di base e utilizzando SNARK (argomenti di conoscenza succinti e non interattivi) come prove crittografiche.
Sebbene esistano due tipi di rollup – rollup ZK e rollup ottimistici – le differenze risiedono nella loro capacità di spostarsi tra gli strati.
I rollup ottimistici utilizzano una macchina virtuale che consente una migrazione più semplice da Layer1 a Layer2, mentre i rollup ZK rinunciano a questa funzionalità per una maggiore efficienza e velocità.
Livello0
I protocolli Layer 0 svolgono un ruolo fondamentale nel consentire lo spostamento delle risorse, perfezionare l'esperienza dell'utente e ridurre gli ostacoli associati all'interoperabilità cross-chain. Questi protocolli forniscono ai progetti blockchain di livello 1 una soluzione efficiente per contrastare i problemi principali, come la difficoltà di spostarsi tra gli ecosistemi di livello 1.
Non esiste un solo progetto per un insieme di protocolli Layer0; meccanismi di consenso distinti e parametri di blocco possono essere adottati a fini di differenziazione. Alcuni token Layer0 fungono da efficace filtro anti-spam, in quanto gli utenti devono mettere in staking questi token prima di poter accedere agli ecosistemi associati.
Cosmos è un protocollo Layer 0, rinomato per la sua suite di strumenti open source, composta da Tendermint, Cosmos SDK e IBC. Queste offerte consentono agli sviluppatori di costruire senza problemi le proprie soluzioni blockchain all’interno di un ambiente interoperabile; l'architettura mutualistica consente ai componenti di interagire tra loro liberamente. Questa visione collaborativa di un mondo virtuale si è concretizzata in Cosmoshood, così come è stata amorevolmente coniata dai suoi devoti aderenti, consentendo alle reti blockchain di prosperare in modo indipendente ma allo stesso tempo di esistere collettivamente, incarnando l’“Internet of Blockchain”.
Un altro esempio comune è Polkadot.
Livello3
Layer 3 è il protocollo che alimenta le soluzioni basate su blockchain. Solitamente denominato "livello di applicazione", fornisce istruzioni per l'elaborazione dei protocolli di livello 1. Ciò consente a dapps, giochi, archiviazione distribuita e altre applicazioni costruite su una piattaforma blockchain di funzionare correttamente.
Senza queste applicazioni, i soli protocolli di livello 1 avrebbero un'utilità piuttosto limitata; Il livello 3 è essenziale per sbloccare il loro potere.
Livello4?
Il livello 4 non esiste, i livelli discussi sono indicati come i quattro livelli della blockchain, ma questo perché iniziamo a contare da 0 nel mondo della programmazione.
Conclusione
La scalabilità delle reti blockchain dipende fortemente dalla loro architettura e dallo stack tecnologico che utilizzano. Ogni livello di una rete ha uno scopo importante nel consentire una maggiore produttività e interoperabilità con altre blockchain. I protocolli di livello 1 costituiscono il livello di base o blockchain principale, mentre i protocolli sidechain, rollup e livello 0 forniscono ulteriore supporto per la scalabilità.
I protocolli di livello 3 forniscono istruzioni che consentono agli utenti di accedere alle applicazioni costruite sull'intero sistema. Insieme, questi elementi contribuiscono tutti a creare una potente infrastruttura trustless in grado di gestire transazioni su larga scala in modo sicuro.