Scalabilità della blockchain
La struttura sottostante delle reti decentralizzate della blockchain si trova attualmente ad affrontare una sfida unica chiamata il trilemma della blockchain: l'atto di equilibrio tra decentralizzazione, sicurezza e scalabilità nell'infrastruttura blockchain.
La decentralizzazione della blockchain si riferisce alla distribuzione significativa della potenza di calcolo e del consenso in tutta la rete. Mentre la sicurezza riflette le difese del protocollo blockchain contro attori malintenzionati e attacchi informatici. Entrambi sono considerati indispensabili per il funzionamento di una rete blockchain.
Scalabilità: si riferisce alla capacità di una rete blockchain di supportare un elevato throughput delle transazioni e una crescita futura. La scalabilità è importante perché rappresenta l'unico modo per le reti blockchain di competere ragionevolmente con le piattaforme centralizzate, con tempi di regolamento rapidi.
Un confronto comunemente utilizzato per evidenziare le lacune nella scalabilità è che Bitcoin elabora tra le 4 e le 7 transazioni al secondo (TPS). D'altra parte, Visa elabora migliaia di TPS. Per competere con questi sistemi esistenti, la tecnologia blockchain deve eguagliare o superare questo elevato livello di scalabilità.
Le soluzioni di scalabilità Layer-1 e Layer-2 sono nate per superare questi problemi.
Concetti base di Layer 1 e Layer 2
Layer-1 (Layer 1) si riferisce a una blockchain sottostante come Bitcoin, Ethereum.
Il livello 2 (Livello 2) è un livello di rete sovrapposto sopra le piattaforme blockchain come Lightning Network, Polygon... che può essere utilizzato con la blockchain di livello 1.
Soluzione di estensione Layer-1
Le soluzioni di scalabilità di livello 1 migliorano il livello di base del protocollo blockchain stesso per migliorare la scalabilità.
Ecco come funziona il livello 1: le soluzioni livello 1 modificano direttamente le regole del protocollo per aumentare la capacità e la velocità delle transazioni, accogliendo al contempo più utenti e dati.
Le soluzioni di scalabilità di livello 1 possono comportare requisiti come l'aumento della quantità di dati contenuti in ciascun blocco o l'aumento della velocità con cui i blocchi vengono confermati, per aumentare il throughput complessivo della rete.
Due soluzioni di livello 1 popolari sono:
Cambiare il protocollo di consenso
Sharding
Cambiare il protocollo di consenso
Proof of Work (PoW) è un protocollo di consenso attualmente utilizzato su blockchain popolari come Bitcoin. Sebbene PoW sia sicuro, è lento. Ecco perché molte nuove blockchain preferiscono un meccanismo di consenso Proof of Stake (PoS).
Invece di richiedere ai minatori di risolvere algoritmi crittografici utilizzando la potenza di calcolo come in PoW, i sistemi PoS elaborano e convalidano nuovi blocchi di dati delle transazioni in base ai partecipanti che mettono in stake le risorse ipotecarie in rete.
Ethereum 2.0 passerà al PoS, che dovrebbe aumentare significativamente la capacità della rete, aumentando al tempo stesso la decentralizzazione e proteggendo la sicurezza della rete.
Sharding
Lo sharding è un meccanismo adattato da database distribuiti che è diventato una delle soluzioni di ridimensionamento di livello 1 più popolari.
Lo sharding comporta la suddivisione dello stato dell'intera rete blockchain in set di dati separati chiamati "shard". Questi segmenti vengono elaborati simultaneamente in parallelo dalla rete, consentendo l'esecuzione di un lavoro sequenziale su più transazioni.
Inoltre, ogni nodo viene assegnato a uno shard specifico, invece di mantenere un’intera copia della blockchain. I singoli shard forniscono prova alla catena principale e interagiscono tra loro per condividere indirizzi, saldi e stato comune utilizzando protocolli di comunicazione tra shard.
Ethereum 2.0 è un protocollo blockchain di fascia alta che sta esplorando gli shard, insieme a Zilliqa, Tezos e Qtum.
Soluzione di espansione Layer-2
Layer-2 si riferisce a una rete o tecnologia che opera su un protocollo blockchain sottostante, per migliorare la scalabilità e l'efficienza della blockchain.
Una soluzione di scalabilità di livello 2 comporta lo spostamento di una parte del carico delle transazioni del protocollo blockchain su un'architettura di sistema adiacente, che poi elabora e riporta alla blockchain principale. In tal modo, la blockchain del livello base è meno congestionata e, in definitiva, più scalabile.
Le soluzioni di livello 2 includono:
Blockchain nidificata
Canale statale.
Catena laterale.
Blockchain annidate
Una blockchain annidata è essenzialmente una blockchain all’interno, o meglio, su un’altra blockchain. L’architettura blockchain nidificata prevede tipicamente una blockchain principale, che imposta i parametri per una rete più ampia. Mentre l'esecuzione avviene su una rete interconnessa di catene secondarie.
È possibile creare più livelli di blockchain sopra una catena principale, ciascun livello utilizzando una connessione genitore-figlio. Il thread principale delega l'elaborazione ai thread secondari e restituisce i risultati al thread principale una volta completato. La blockchain sottostante non partecipa alle funzioni di rete della catena secondaria, a meno che non sia necessaria la risoluzione delle controversie.
La distribuzione del lavoro secondo questo modello riduce il carico di elaborazione sulla catena principale per migliorare esponenzialmente la scalabilità. Il progetto OMG Plasma è un esempio di infrastruttura blockchain nidificata di livello 2, utilizzata sopra il protocollo Ethereum di livello 1 per facilitare transazioni più veloci ed economiche.
Canale statale
I canali statali facilitano la comunicazione bidirezionale tra la blockchain e i canali di transazione off-chain e migliorano la capacità e la velocità complessive delle transazioni.
Un canale di stato non richiede la conferma da parte dei nodi di rete di livello 1. Si tratta invece di una risorsa adiacente alla rete che viene bloccata utilizzando un meccanismo multisig o un contratto intelligente.
Quando una transazione o una serie di transazioni viene completata su un canale di stato, lo “stato” finale del “canale” e tutte le sue transizioni inerenti vengono registrate sulla blockchain sottostante. La rete Liquid, Celer, Bitcoin Lightning e Raiden Network di Ethereum sono esempi di canali statali.
Nell’equilibrio del trio Blockchain, il canale del sacrificio dello stato deve sacrificare un certo grado di decentralizzazione per ottenere una maggiore scalabilità.
Catena laterale
Una sidechain è una catena di transazioni adiacente alla blockchain che viene spesso utilizzata per transazioni batch di grandi dimensioni. Le sidechain utilizzano un meccanismo di consenso indipendente, ovvero separato dalla catena originale, che può essere ottimizzato per velocità e scalabilità.
Con l’architettura sidechain, il ruolo principale della catena principale è mantenere la sicurezza generale, confermare i record delle transazioni in batch e risolvere le controversie. Le sidechain si distinguono dai canali di stato in numerosi modi integrati.
Innanzitutto, le transazioni della sidechain non sono segrete, ma vengono registrate pubblicamente nel registro. Inoltre, una violazione della sicurezza della sidechain non influisce sulla catena principale o su altre sidechain. La configurazione di una sidechain può richiedere uno sforzo significativo, poiché l’infrastruttura è spesso costruita da zero.
Vantaggi di 2 soluzioni
Layer-1 non ha bisogno di aggiungere nulla all'architettura esistente.
Layer-2 non interferisce con il protocollo blockchain sottostante. Soluzioni Layer-2 come i canali statali e in particolare Lightning Network, per rendere possibili più microtransazioni senza perdere tempo a verificare i minatori e pagare commissioni di transazione non necessarie.
Il problema esiste per entrambe le soluzioni
Esistono due problemi importanti con le soluzioni di scalabilità di livello 1 e livello 2.
Innanzitutto, ci sono difficoltà nell’aggiungere queste soluzioni ai protocolli esistenti.
Ethereum e Bitcoin hanno entrambi una capitalizzazione di mercato di miliardi di dollari. Ogni giorno vengono scambiati milioni di dollari. Questo è il motivo per cui non ha senso aggiungere codice non necessario e complicazioni alla sperimentazione di questi protocolli, sperimentando con un sacco di soldi.
In secondo luogo, anche se crei un protocollo da zero che incorpori queste tecniche, queste potrebbero comunque non risolvere il dilemma della scalabilità.
Il termine “triade della scalabilità” è stato coniato dal fondatore di Ethereum Vitalik Buterin. Questo è il compromesso che i progetti blockchain devono fare quando decidono come ottimizzare la propria architettura, bilanciando le seguenti tre proprietà: decentralizzazione, sicurezza e scalabilità.
Ad esempio: Bitcoin vuole ottimizzare la sicurezza e la decentralizzazione, motivo per cui deve scendere a compromessi sulla scalabilità.
Soluzione da risolvere
La soluzione è creare un protocollo da zero con queste soluzioni integrate. Inoltre, può anche risolvere il dilemma della scalabilità.
Il vincitore del Premio Turing Silvio Micali sta costruendo un progetto chiamato “Algorand”, che sta cercando di fare esattamente questo. Algorand utilizza un protocollo di consenso chiamato Pure Proof of Stake (PPoS).
Nel PPoS:
I leader e i verificatori selezionati (SV) vengono scelti da ogni fase dell'Accordo bizantino.
Il costo computazionale che un utente deve affrontare è legato solo alla generazione e alla verifica della firma, nonché alle semplici operazioni di conteggio.
Il costo non dipende dal numero di utenti selezionati per ciascun blocco. Questo numero è costante e non è influenzato dalle dimensioni dell'intera rete.
Aumentare la potenza di calcolo migliora direttamente le prestazioni, rendendo Algorand perfettamente scalabile. Ciò significa che man mano che la rete aumenta di dimensioni, manterrà elevate velocità di transazione senza incorrere in costi aggiuntivi.
Concludere
La scalabilità è il motivo principale che impedisce l’adozione tradizionale delle criptovalute. Per garantire che le criptovalute siano scalabili e sufficientemente veloci per le transazioni quotidiane, abbiamo bisogno di protocolli creati appositamente per risolvere questo problema.
Le soluzioni di ridimensionamento Layer-1 e Layer-2 sono due facce della stessa moneta di criptovaluta. Sono strategie progettate per rendere le reti blockchain più veloci e reattive a una base di utenti in rapida crescita.
Inoltre, queste strategie non si escludono a vicenda. Molte reti blockchain stanno esplorando una combinazione di soluzioni di scalabilità di livello 1 e di livello 2 per ottenere una maggiore scalabilità, senza sacrificare la sicurezza o la completa decentralizzazione.
Fonte: compilato (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)