Riepilogo
Le blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo. La rete Bitcoin, ad esempio, può elaborare circa sette transazioni al secondo. Affinché la tecnologia blockchain possa essere adottata a livello globale, dovrebbe essere in grado di gestire molti più dati e a una velocità maggiore, in modo che più persone possano utilizzare la rete senza che diventi troppo lenta o costosa da utilizzare. Tuttavia, la progettazione fondamentale di molte reti decentralizzate implica che una maggiore scalabilità tende a indebolire la decentralizzazione o la sicurezza. Questo è ciò che è noto come il trilemma blockchain. Gli sviluppatori che vogliono risolvere questo problema stanno provando diversi meccanismi di consenso e soluzioni di scalabilità, come sharding, sidechain e canali statali.
introduzione
In termini basilari, una blockchain è un database digitale distribuito. I blocchi di dati sono organizzati in ordine cronologico. I blocchi sono collegati e protetti da prove crittografiche. L’implementazione di questa tecnologia in diversi settori sta già cambiando il modo in cui lavoriamo e viviamo.
L’idea è che le blockchain decentralizzate e sicure consentano un mondo in cui non dipendiamo da terze parti per il funzionamento di reti o mercati. Tuttavia, gli esperti concordano generalmente sul fatto che, se si vuole che questa tecnologia venga adottata su più vasta scala, c'è prima un problema fondamentale da risolvere: il "trilemma della blockchain".
Il cofondatore di Ethereum Vitalik Buterin è stato colui che ha reso popolare questo termine. Per capirlo, devi conoscere l’esistenza di tre elementi desiderabili in una blockchain: decentralizzazione, sicurezza e scalabilità. Il trilemma blockchain è l’idea che è difficile per le blockchain raggiungere livelli ottimali di tutte e tre le proprietà contemporaneamente. In genere, se si aumenta l'ottimizzazione di un elemento, un altro verrà indebolito.
In questo articolo analizzeremo i tre elementi del trilemma e spiegheremo in dettaglio cosa è ciascuno di essi. Analizzarli nel dettaglio e come si incastrano tra loro ci permette di capire meglio come e perché esiste il trilemma blockchain. In questo articolo metteremo in evidenza anche alcune delle soluzioni suggerite dagli sviluppatori.
Cos'è il decentramento?
Bitcoin e altre reti blockchain simili hanno un design decentralizzato. L'intera struttura è organizzata in modo tale che non vi sia un unico responsabile o organismo responsabile, ma piuttosto decentralizzata. Il livello di rete è aperto a chiunque voglia partecipare. Di conseguenza, il controllo è completamente distribuito anziché ricadere su una singola entità. Tutti hanno accesso agli stessi dati. Se qualcuno tenta di ingannare il sistema modificando i record a proprio favore, il resto dei partecipanti rifiuterà i dati errati.
Questo può essere piuttosto tecnico, ma diamo un'occhiata alla rete Bitcoin come esempio. Non esistono soggetti terzi che esercitano il controllo. Confrontate questo con il bisogno di banche del sistema finanziario tradizionale. Le banche rafforzano la fiducia tra le persone che effettuano transazioni e garantiscono che tutti i registri siano conservati correttamente. La rete Bitcoin, invece, condivide tutti i dati con tutti i membri della rete, in modo che possano essere verificati e confermati prima di essere aggiunti al database digitale. Il risultato è un sistema che può esistere senza la necessità della partecipazione di terzi.
La decentralizzazione offre la possibilità del cosiddetto Web3. In questo momento abbiamo il Web2, l'Internet di oggi. È pieno di siti e app controllati da aziende, ma con contenuti creati dagli utenti. Web3 è il passo successivo. Un Internet in cui la tecnologia blockchain decentralizzata consente alle persone di controllare i propri dati e la propria vita online.
Tuttavia, una cosa da considerare è che, a causa del modo in cui funzionano questi sistemi distribuiti e devono avere un’ampia varietà di partecipanti per concordare la validità di qualsiasi dato, i tempi delle transazioni possono essere lenti a causa del modo in cui vengono condivise ed elaborano le informazioni. Per questo motivo le blockchain devono essere scalabili, ovvero devono essere in grado di gestire più dati a maggiore velocità. Torneremo su questo punto quando parleremo di scalabilità.
Inoltre, il sogno decentralizzato è valido solo se le blockchain sottostanti sono sicure. Se una blockchain non è sicura, un malintenzionato può prenderne il controllo e modificare i dati a proprio favore. Ciò porta alla seconda parte del trilemma: la sicurezza.
Cos’è la sicurezza blockchain?
Se una blockchain non ha sicurezza, non importa quanto sia decentralizzata. Una buona rete blockchain deve essere resistente agli attacchi di entità dannose. I sistemi centralizzati basano la loro sicurezza sul fatto che il sistema è chiuso. Chiunque abbia il controllo può garantire che i dati siano privi di interferenze. Ma come si ottiene questo risultato in un sistema decentralizzato al quale chiunque può partecipare?
È un argomento complicato, ma possiamo ancora una volta prendere Bitcoin come esempio della sicurezza di una blockchain decentralizzata. La blockchain di Bitcoin utilizza una combinazione di crittografia e un meccanismo di consenso di rete chiamato Proof of Work (PoW). In termini crittografici, ogni blocco ha una sorta di firma digitale o hash ed è connesso in modo tale da non poter essere manomesso perché qualsiasi modifica altererebbe l’hash del blocco. Qualsiasi tentativo di modificare i dati verrebbe rapidamente identificato dal resto della rete.
Il meccanismo di consenso PoW è un’altra parte del puzzle. Aiuta a proteggere il registro delle criptovalute. Comprendere il consenso sulla Proof of Work richiederebbe un articolo completamente separato, ma per i nostri scopi, tieni presente che i membri della rete possono solo verificare nuove transazioni e aggiungerle al registro attraverso un'attività chiamata mining. Ciò comporta l’utilizzo della potenza di calcolo per risolvere enigmi matematici. Parte del processo richiede che questi computer eseguano varie funzioni di hashing. Ciò gioca un ruolo importante nella questione della scalabilità, poiché il meccanismo PoW è sicuro, ma relativamente lento.
Si ritiene inoltre che quanti più partecipanti (nodi) ci sono nella rete, tanto più sicura sarà. Maggiore è il numero delle parti, più difficile sarà per un malintenzionato assumere il controllo del sistema. Si tratta del cosiddetto attacco del 51%. In sintesi, se una singola entità (o un gruppo di malintenzionati) riesce a controllare più del 50% dell'hash rate totale della rete di una blockchain, potrebbe ignorare il consenso e modificare i dati della catena a proprio vantaggio, ad esempio , gettoni di spesa doppia.
In poche parole, la sicurezza è un requisito fondamentale per una blockchain di successo perché senza di essa gli aggressori possono controllare la catena e renderla inutilizzabile.
Cos'è la scalabilità?
La scalabilità si riferisce all’obiettivo di costruire una blockchain in grado di supportare sempre più transazioni al secondo. Deve essere scalabile se si vuole che la tecnologia blockchain raggiunga la società più ampia e possibilmente miliardi di utenti. Tuttavia, è qui che la maggior parte delle blockchain lotta.
Ciò accade perché la decentralizzazione e la sicurezza sono così fondamentali per la blockchain che tendono ad essere i primi fattori da considerare. La decentralizzazione è fondamentale per la filosofia e gli obiettivi della tecnologia blockchain, che costituisce il cuore delle blockchain più riconosciute. La sicurezza, come abbiamo già visto, è un requisito fondamentale affinché la blockchain abbia successo e sia utile.
Tuttavia, dando priorità alla decentralizzazione e alla sicurezza, la scalabilità diventa una sfida. Il numero di transazioni che una catena può gestire può essere molto limitato. Un sistema di pagamento centralizzato, come Visa, afferma di poter elaborare fino a 24.000 transazioni al secondo. Poiché la rete è chiusa e non deve preoccuparsi di considerazioni come i nodi pubblici e il consenso, ciò diventa possibile. Confrontalo con alcune delle blockchain più riconosciute.
Secondo Bloomberg nel 2022: "A partire da settembre di quest'anno, Bitcoin non poteva gestire più di sette transazioni al secondo ed Ethereum, la seconda rete più popolare, era limitata a circa 15 al secondo: una vita rispetto agli scambi convenzionali".
Come abbiamo già accennato, le velocità di transazione di queste blockchain sono limitate a causa del modo in cui le informazioni devono essere elaborate dai diversi partecipanti, a seconda della rete decentralizzata e della natura del meccanismo di consenso PoW stesso. Se sempre più persone nella società iniziassero a utilizzare la tecnologia blockchain, le reti rimarrebbero impantanate a causa del numero limitato di transazioni che possono gestire.
Perché esiste il trilemma blockchain
La soluzione più ovvia e basilare a questo problema è ridurre il numero di partecipanti che si impegnano e aggiungono dati alla rete per scalare e aumentare la velocità. Ma farlo indebolirebbe il decentramento, poiché il controllo verrebbe trasferito a un piccolo numero di partecipanti. Allo stesso modo, ciò avrebbe ripercussioni negative anche sulla sicurezza, poiché meno partecipanti significano maggiori possibilità di essere attaccati.
Ecco il trilemma: a causa della connessione tra le proprietà altamente desiderate di decentralizzazione e sicurezza, la progettazione fondamentale di come funziona la blockchain rende difficile la sua scalabilità. Se ne aumenti uno, l'altro si indebolisce. Come puoi promuovere la scalabilità senza danneggiare la decentralizzazione, la sicurezza o entrambi?
Come risolvere il trilemma della blockchain
Non esiste una soluzione d’oro a questo trilemma. Tuttavia, data l’importanza di risolverlo, all’interno della comunità sono stati sviluppati numerosi approcci diversi con risultati interessanti. Esaminiamo un riepilogo di alcuni degli sviluppi più popolari per comprendere meglio cosa sta succedendo nello spazio:
1. Frammentazione o "sharding"
È un metodo per separare le blockchain (o altri tipi di database) in blockchain più piccole e divise che gestiscono segmenti specifici di dati. Questa configurazione impedisce a una singola catena di gestire tutte le transazioni e le interazioni su una rete. Ogni blockchain divisa è conosciuta come shard e ha il proprio registro. Questi frammenti possono elaborare le proprie transazioni, ma un beacon o blockchain principale gestisce le interazioni tra i frammenti. Ciò rende lo sharding un aggiornamento della scalabilità della rete di livello 1, poiché si tratta di una modifica alla rete principale blockchain.
2. Un diverso meccanismo di consenso
Uno dei motivi per cui esiste il trilemma sulla rete Bitcoin è il modo in cui funziona il consenso PoW per garantire la sicurezza. La necessità di miner, algoritmi crittografici e grandi quantità di potenza di calcolo decentralizzata porta a un sistema sicuro, ma lento. Trovare un modo diverso per proteggere il consenso è un approccio per risolvere il trilemma. Questo è stato uno dei motivi per cui Ethereum è passato dal meccanismo PoW alla Proof of Stake (PoS).
Nelle blockchain PoS, i partecipanti coinvolti nella convalida delle transazioni devono mettere in staking i propri token. Non sono necessarie macchine minerarie altamente specializzate. Aggiungere più validatori alla rete è più semplice e più accessibile. La PoS è solo uno dei tanti meccanismi di consenso che mirano alla scalabilità.
3. Soluzioni di livello 2
Sia lo sharding che i diversi meccanismi di consenso sono le cosiddette soluzioni Layer 1. Cercano di cambiare la progettazione fondamentale della rete sottostante. Ma altri sviluppatori che vogliono risolvere il trilemma hanno lavorato su soluzioni che si basano sulla struttura di rete già esistente. In altre parole, credono che la soluzione risieda in un secondo livello, o Livello 2. Esempi di ciò sono le sidechain e i canali di stato.
Una sidechain è fondamentalmente una blockchain separata che si collega alla catena principale. È configurato in modo che le risorse possano fluire liberamente tra entrambe le blockchain. È importante notare che è possibile che la sidechain operi secondo regole diverse, consentendo maggiore velocità e scalabilità. Allo stesso modo, i canali statali sono un altro modo per eliminare le transazioni dalla catena principale e alleviare la pressione sul Livello 1. Un canale statale utilizza uno smart contract invece di una catena separata per consentire agli utenti di interagire tra loro senza pubblicare le proprie transazioni sulla blockchain. La blockchain registra solo l'inizio e la fine del canale.
Conclusioni
Il trilemma della blockchain impedisce alla blockchain di raggiungere il suo potenziale come tecnologia in grado di cambiare il mondo. Se le reti blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo per mantenere la decentralizzazione e la sicurezza, l’adozione di massa sarà difficile da raggiungere. Tuttavia, le soluzioni che gli sviluppatori hanno cercato e proposto per questo problema suggeriscono che i progressi tecnologici già raggiunti dalla blockchain continueranno e che queste reti saranno sicuramente in grado di gestire molti più dati in futuro.