Riepilogo

Esiste un limite al numero di transazioni che una blockchain può elaborare al secondo. Ad esempio, la rete Bitcoin può gestire circa sette transazioni al secondo. Dopo che la tecnologia blockchain sarà stata ampiamente adottata, le capacità e le velocità di elaborazione dei dati saranno notevolmente migliorate e l’aumento del numero di utenti non rallenterà la rete né aumenterà i costi. Tuttavia, i principi di progettazione di base di molte reti decentralizzate si concentrano sul miglioramento della scalabilità, spesso a scapito della decentralizzazione o della sicurezza. Questo è il cosiddetto “trilemma della blockchain”. Gli sviluppatori stanno sperimentando diversi meccanismi di consenso, nonché soluzioni di scalabilità come sharding, sidechain e canali statali, nella speranza di risolvere questo problema.

introduzione

In breve, la blockchain è un database digitale distribuito. I blocchi di dati sono organizzati in ordine cronologico. I blocchi sono collegati tramite prove crittografiche e protetti. Implementata in tutti i settori, questa tecnologia sta già cambiando il modo in cui lavoriamo e viviamo.

L’idea è che con l’avvento di blockchain sicure e decentralizzate, le persone possono far funzionare il mondo senza fare affidamento su reti o mercati di terze parti. Tuttavia, gli esperti ritengono generalmente che, se si vuole diffondere questa tecnologia su larga scala, sia necessario prima risolvere un problema fondamentale, vale a dire il tanto discusso "paradosso ternario della blockchain".

Il termine è stato reso popolare dal cofondatore di Ethereum Vitalik Buterin. Per comprendere questo concetto è necessario prima conoscere i tre elementi principali della blockchain: decentralizzazione, sicurezza e scalabilità. Il concetto di "Blockchain Trilemma" si riferisce alla difficoltà della blockchain nel raggiungere il livello ottimale di questi tre attributi contemporaneamente. L’aumento di un attributo spesso porta ad una diminuzione di un altro attributo.

Questo articolo studierà i tre elementi principali del trilemma e li spiegherà in dettaglio uno per uno. Una discussione approfondita di ciascun elemento e di come si combina tra loro aiuterà ad approfondire la nostra comprensione di come e perché esiste il trilemma blockchain. Questo articolo metterà in evidenza anche diverse soluzioni suggerite dagli sviluppatori.

Cos'è il decentramento?

Bitcoin, come altre reti blockchain simili, è decentralizzato in base alla progettazione. L'architettura complessiva di questo tipo di rete non è gestita da un individuo o da una singola organizzazione, ma è decentralizzata. Il livello di rete è aperto a tutti i partecipanti. Di conseguenza, il controllo è completamente decentralizzato anziché nelle mani di un’unica entità. Tutti hanno accesso agli stessi dati. Se qualcuno tenta di ingannare il sistema manomettendo i record di propria volontà, gli altri partecipanti possono rifiutare i dati errati.

Questa operazione è abbastanza tecnica Prendiamo come esempio la rete Bitcoin, che non prevede il controllo di terze parti. Paragoniamo questo alla dipendenza dalle banche nel sistema finanziario. Le banche rafforzano la fiducia tra le parti coinvolte nelle transazioni e garantiscono che tutti i registri siano conservati correttamente. Tuttavia, la blockchain di Bitcoin condivide i dati con tutti nella rete per garantire che i dati vengano verificati prima di essere aggiunti al database digitale. Il risultato è un sistema che non richiede l'intervento di terzi.

La decentralizzazione offre la possibilità del cosiddetto Web3. La nostra attuale Internet è nella fase Web2. I siti Web e le applicazioni in Web2 sono tutti controllati dalle principali aziende, ma gli utenti creano il contenuto. Web3 è la prossima tendenza di sviluppo. Nell’Internet Web3, le persone controllano i propri dati e la vita online con l’aiuto della tecnologia blockchain decentralizzata.​

Tuttavia, una cosa da notare è che il modo in cui funzionano questi sistemi distribuiti richiede che un gran numero di partecipanti concordino sulla validità di tutti i dati, il che richiede che le informazioni vengano condivise ed elaborate, con conseguente rallentamento dei tempi di transazione. Pertanto, la blockchain deve essere in grado di scalare, ovvero essere in grado di elaborare più dati a una velocità maggiore. Continueremo su questo argomento quando discuteremo di scalabilità.

Inoltre, per realizzare la decentralizzazione, deve essere innanzitutto garantita la sicurezza della blockchain sottostante. Se la blockchain non è sicura, i criminali avranno l’opportunità di manomettere i dati. Ciò porta alla seconda parte del trilemma: la sicurezza.

Cos’è la sicurezza blockchain?

Non importa quanto sia decentralizzata una blockchain, non aiuterà se manca di sicurezza. Una solida rete blockchain deve essere resistente agli attacchi di entità dannose. I sistemi centralizzati sono chiusi, garantendo così la sicurezza. Il responsabile del trattamento può garantire che i dati non siano disturbati. Ma come garantire la sicurezza in un sistema decentralizzato in cui tutti possono partecipare?

Questo è un argomento complesso. Torniamo come esempio a Bitcoin e alla sua sicurezza blockchain decentralizzata. La blockchain di Bitcoin utilizza una combinazione di crittografia e un meccanismo di consenso di rete chiamato Proof of Work (PoW). Dal punto di vista crittografico, ogni blocco ha una firma digitale, o "hash". Qualsiasi modifica cambia l'hash del blocco, quindi ogni blocco di dati è connesso in un modo che non può essere manomesso. Qualsiasi tentativo di alterare i dati viene rapidamente riconosciuto dal resto della rete.

Anche il meccanismo di consenso proof-of-work gioca un ruolo in questo, garantendo efficacemente la sicurezza del registro delle criptovalute. Comprendere la Proof-of-Work è di per sé un grosso problema, ma ai fini di questo articolo, ricorda solo che i membri della rete possono convalidare nuove transazioni e aggiungerle al registro solo attraverso l'attività di "mining". Ciò implica l’utilizzo della potenza di calcolo per risolvere difficili problemi matematici. Il processo di calcolo richiede che questi computer eseguano un gran numero di funzioni di hashing. Sebbene il meccanismo di prova del lavoro sia sicuro, è relativamente lento, il che solleva problemi di scalabilità.

Si noti inoltre che maggiore è il numero di partecipanti (nodi) in una rete, più sicura è la rete. Maggiore è il numero dei partecipanti, più difficile sarà per i malintenzionati ottenere il controllo del sistema. Si tratta del cosiddetto “attacco del 51%”. Il significato generale di questo concetto è che se una singola entità (o un gruppo di criminali) controlla più del 50% dell’hash rate dell’intera rete blockchain, può arbitrariamente ribaltare il consenso e manomettere i dati sulla catena, ad esempio come gettoni a doppia spesa.​

In breve, la sicurezza è fondamentale per il successo della blockchain. Senza sicurezza e senza che gli aggressori prendano il controllo a piacimento, la blockchain non ha valore.

Cos'è la scalabilità?

La scalabilità si riferisce all’obiettivo di costruire una blockchain per aumentare la velocità delle transazioni al secondo. Se la tecnologia blockchain deve servire la società più ampia o miliardi di utenti, l’espansione è imperativa. Tuttavia, questo è qualcosa con cui molte blockchain ancora lottano.​

Il motivo è che decentralizzazione e sicurezza sono questioni fondamentali della blockchain e quindi ricevono sempre un’attenzione prioritaria. La decentralizzazione è fondamentale per la filosofia e gli obiettivi della blockchain. Le blockchain più conosciute si attengono a questo nucleo. Come accennato in precedenza, la sicurezza è il requisito fondamentale per il successo e il valore della blockchain.

Tuttavia, dare priorità alla decentralizzazione e alla sicurezza rende la scalabilità una sfida. Il numero di transazioni che una singola catena può elaborare è fortemente limitato. I sistemi di pagamento centralizzati come Visa affermano di essere in grado di elaborare 24.000 transazioni al secondo perché la rete è chiusa e non è influenzata da nodi e consenso pubblici. Confrontiamo varie blockchain ben note.

Secondo Bloomberg nel 2022: “A settembre, Bitcoin faticava a elaborare più di 7 transazioni al secondo, mentre la seconda rete Ethereum più popolare era limitata a circa 15 transazioni al secondo. Rispetto alle piattaforme di trading tradizionali, è semplicemente così lento quello dubita della vita”.

Come accennato in precedenza, le velocità delle transazioni su queste blockchain sono limitate a causa del modo in cui i partecipanti a una rete decentralizzata devono elaborare le informazioni, nonché della natura del meccanismo di consenso proof-of-work stesso. Se sempre più persone inizieranno a utilizzare la tecnologia blockchain nella società, la capacità di elaborazione delle transazioni della rete sarà limitata, il che porterà alla congestione della rete.

Perché esiste il paradosso ternario della blockchain?

La soluzione più ovvia e basilare al problema di cui sopra è espandere la rete e aumentare la velocità riducendo il numero di partecipanti che confermano e aggiungono dati di rete. Tuttavia, così facendo si riduce la decentralizzazione e si mette il controllo nelle mani di pochi partecipanti. Meno partecipanti significano maggiori possibilità di essere attaccati, il che può anche portare a una sicurezza più debole.

Si forma così il trilemma: nella progettazione di base del principio di funzionamento della blockchain, i due attributi necessari di decentralizzazione e sicurezza sono strettamente collegati, rendendo difficile il raggiungimento della scalabilità. I tre sono in uno stato di flusso e riflusso. Come possiamo promuovere la scalabilità senza compromettere la decentralizzazione, la sicurezza o entrambi?

Risolvere il trilemma della Blockchain

Non esiste una soluzione valida per tutti al trilemma. Data l’importanza di risolvere questo problema, la comunità ha messo a punto una varietà di soluzioni diverse, con risultati promettenti. Cerchiamo di delineare le principali tendenze per dare a tutti un'idea degli ultimi sviluppi in questo campo.

1. Frazionamento

Questo è il modo in cui una blockchain o un altro tipo di database viene suddiviso in partizioni più piccole della blockchain per gestire segmenti specifici di dati. Questa configurazione allevia la pressione su una singola catena per gestire tutte le transazioni e interazioni di rete. Ogni partizione della blockchain è chiamata "shard" e ha il proprio registro specifico. Questi frammenti possono quindi elaborare le transazioni in modo autonomo, ma la catena beacon o catena principale gestisce le interazioni tra i frammenti. Si tratta di una modifica alla rete principale blockchain, quindi lo sharding diventa un aggiornamento della scalabilità per le reti Layer 1.

2. Vari meccanismi di consenso

Uno dei motivi per cui esiste il paradosso ternario nella rete Bitcoin è il modo in cui la prova del lavoro funziona per garantire la sicurezza. Per garantire la sicurezza del sistema, sono indispensabili miner, algoritmi di criptovaluta e un’enorme potenza di calcolo decentralizzata, ma portano anche a un sistema lento. Trovare altri modi per garantire il consenso è anche un modo per risolvere il trilemma. Questo è uno dei motivi principali per cui Ethereum è passato dalla Proof-of-Work alla Proof-of-Stake (PoS).

In una blockchain proof-of-stake, i partecipanti devono mettere in staking (bloccare) i propri token per partecipare alla verifica delle transazioni, ma non sono necessarie macchine minerarie altamente specializzate. È più semplice e conveniente aggiungere più validatori alla rete. I meccanismi di consenso Proof of Stake sono solo uno dei tanti modi per affrontare la scalabilità.

Soluzione 3.Layer-2

Lo sharding e vari meccanismi di consenso sono le cosiddette soluzioni Layer-1 che mirano a modificare la progettazione fondamentale della rete sottostante. Tuttavia, altri sviluppatori stanno cercando di creare soluzioni sopra le strutture di rete esistenti nel tentativo di risolvere il problema del trilemma. In altre parole, credono che la soluzione risieda nella rete Layer 2, o “Layer 2”. Esempi rilevanti includono sidechain e canali di stato.

Le sidechain sono essenzialmente blockchain indipendenti collegate alla catena principale. Con questa configurazione, le risorse possono circolare liberamente tra le due catene. È importante sottolineare che le sidechain possono operare secondo regole diverse per ottenere velocità e scalabilità. Allo stesso modo, i canali statali sono un altro modo per alleggerire il livello 1 rimuovendo le transazioni dalla catena principale. Invece di utilizzare una catena separata, i canali statali utilizzano contratti intelligenti che consentono agli utenti di interagire tra loro senza pubblicare transazioni sulla blockchain. La blockchain deve solo registrare l'inizio e la fine del canale.

Riassumere

Il trilemma blockchain ostacola il potenziale della tecnologia blockchain nel contribuire a cambiare il mondo. Se una rete blockchain può gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo per rimanere decentralizzata e sicura, sarà difficile ottenere un’adozione di massa. Tuttavia, a giudicare dalle ultime soluzioni proposte dagli sviluppatori per risolvere questo problema, le reti blockchain possono solo sperare di compiere un salto in avanti nelle capacità di elaborazione dei dati in futuro se continuano a portare avanti gli attuali progressi tecnologici.