Confronto fra Proof-of-Work e Proof-of-stake

Proof-of-Work (PoW) e proof-of-stake (PoS) sono i due meccanismi di consenso maggiormente utilizzati dai network delle blockchain pubbliche. Tali sistemi garantiscono la sicurezza del network e incentivano la collaborazione di gruppi di partecipanti decentralizzati, per il bene superiore del network.

Chiunque nel mondo può partecipare a un sistema basato su una blockchain pubblica. Il funzionamento di questi network non viene gestito da un singolo governo, azienda o banca centrale. Di conseguenza, nessuno esercita un controllo diretto sulle blockchain più richieste, come Bitcoin, Ethereum, Dogecoin o Monero.

Questo perché queste tecnologie sono decentralizzate. Come avviene per Internet, non esiste una singola persona o un singolo gruppo responsabile della gestione e della manutenzione. Tale responsabilità è infatti condivisa fra migliaia di persone distribuite in tutto il mondo. Tuttavia, la decentralizzazione pone anche alcune domande importanti:

1. Come si crea un affidabile sistema trustless resiliente agli attacchi nocivi?
2. Se tutti possono partecipare al network, come si può promuovere il comportamento onesto e dissuadere i malintenzionati?
3. In assenza di una direzione generale, come si selezionano gli utenti responsabili di proporre, verificare e registrare i dati nella blockchain?

Ed è proprio qui che entrano in gioco Proof-of-Work (PoW) e proof-of-stake (PoS), meglio noti come meccanismi di consenso della blockchain.

Per consenso si intende il raggiungimento di un accordo in merito a una determinata informazione, nell'ambito di un sistema o un gruppo di persone.

Nel contesto di una blockchain, il consenso è un accordo raggiunto fra i computer di una rete distribuita in merito all'ordine e alla validità delle informazioni memorizzate in un database condiviso.

La blockchain Bitcoin e quelle che sono seguite hanno adottato un approccio rivoluzionario, risolvendo l'annoso Problema dei generali bizantini. 

Il Problema dei generali bizantini è un problema tipico dell'informatica distribuita, incentrato sulla fiducia. Si tratta di un problema di consenso fra plotoni distribuiti, in cui diversi generali cercano di coordinare un attacco a una città. In questo problema, i generali non possono comunicare direttamente fra loro e alcuni di essi potrebbero essere traditori che inviano messaggi falsi agli altri generali.

Nel contesto di una blockchain, il Problema dei generali bizantini è un problema di consenso. Nel network di una blockchain sono presenti diversi nodi che cercano di raggiungere il consenso sullo stato del ledger. Tuttavia, alcuni di questi nodi potrebbero avere cattive intenzioni e tentare di inviare informazioni false agli altri nodi. Il problema consiste nel fatto che, per raggiungere il consenso, gli altri nodi devono potersi fidare delle informazioni che ricevono.

Le blockchain risolvono il Problema dei generali bizantini utilizzando un algoritmo di consenso per incentivare tutti i partecipanti al network a concordare una singola versione della verità. A tale scopo, ogni singolo nodo del network deve convalidare ogni transazione e raggiungere un accordo in merito alla sua validità. Il sistema registra quindi tale consenso nella blockchain, creando una fonte di attendibilità immutabile, sicura e condivisa da tutti. Il meccanismo di consenso garantisce che tutti i partecipanti al network ricevano la stessa versione della verità e che la transazione sia valida.

Gli esperti di informatica hanno concepito il problema negli anni '80, ma i concetti sottostanti sono tratti da un campo dell'economia denominato teoria dei giochi, che risale a molto tempo prima. I matematici John Von Neumann e Oskar Morgenstern hanno ideato la teoria dei giochi 30 anni prima della formulazione del Problema dei generali bizantini. Nella loro ricerca, hanno analizzato i risultati dei giochi basandosi sul comportamento individuale dei giocatori, sui vantaggi e sulle punizioni.

I meccanismi di consenso delle blockchain incorporano questi principi teorici. Le persone che partecipano al network di una blockchain sono incentivate ad agire onestamente, sia per il loro bene che per quello della rete in generale. I malintenzionati, invece, vengono sanzionati per il loro comportamento disonesto.

È interessante notare che i sistemi PoW e PoS raggiungono il consenso trustless in modi completamente diversi.

Proof-of-Work è un tipo di meccanismo di consenso che richiede ad alcuni utenti del network, noti come "miner", di dedicare potenza di calcolo allo svolgimento di un compito specifico.

Il meccanismo di consenso Proof-of-Work (PoW) è stato introdotto per la prima volta nei primi anni '90 come sistema di prevenzione dei messaggi e-mail indesiderati. Il metodo richiedeva agli utenti di risolvere un problema crittografico prima di poter inviare un'e-mail.

Gli utenti legittimi, che inviavano solo qualche e-mail di tanto in tanto, non avevano alcuna difficoltà a risolvere un singolo enigma crittografico. Invece, per un malintenzionato che tentava di inviare e-mail indesiderate in massa, la potenza di elaborazione richiesta comportava un costo decisamente superiore.

Nel 2009 l'autore del white paper Bitcoin, noto con lo pseudonimo di Satoshi Nakamoto, ha lanciato il protocollo Bitcoin, un sistema di valuta digitale peer-to-peer che utilizzava una versione adattata del meccanismo PoW per la risoluzione del Problema dei generali bizantini menzionato in precedenza. un sistema di valuta digitale peer-to-peer che utilizzava una versione adattata del meccanismo PoW per la risoluzione del Problema dei generali bizantini menzionato in precedenza.

Gli utenti si contendono ​ il diritto di proporre nuove voci da inserire nel ledger, utilizzando i rispettivi computer.I miner generano codici casuali di lunghezza fissa, denominati hash, tramite il processo di mining dei bitcoin.

I miner generano codici casuali di lunghezza fissa, denominati hash, tramite il processo di mining dei bitcoin. I miner continuano a generare hash casuali, finché non ne ottengono uno che presenta una quantità di zeri iniziali maggiore o uguale a quella dell'hash target. L'hash target è un numero stabilito dall'algoritmo utilizzato dal protocollo blockchain per regolare la difficoltà.

I miner continuano a generare hash casuali, finché non ne ottengono uno che presenta una quantità di zeri iniziali maggiore o uguale a quella dell'hash target.

Se il network considera valido il blocco proposto, il miner riceve una ricompensa per il suo impegno.

Se il network determina che il blocco non è valido o è fraudolento, i nodi rifiutano il blocco e il lavoro del miner risulta sprecato. Se desideri scoprire di più sulla crittografia alla base delle criptovalute, puoi consultare la nostra guida per i principianti, che illustra l'uso della crittografia nelle criptovalute. Se il network determina che il blocco non è valido o è fraudolento, i nodi rifiutano il blocco e il lavoro del miner risulta sprecato.

Se desideri scoprire di più sulla crittografia alla base delle criptovalute, puoi consultare la nostra guida per i principianti, che illustra l'uso della crittografia nelle criptovalute.

Allo scopo di aumentare le probabilità di vincere una competizione di mining, i singoli miner hanno la possibilità di unire le proprie risorse di elaborazione per formare un pool di mining. Tale ricompensa prende il nome di ricompensa per il blocco.

Allo scopo di aumentare le probabilità di vincere una competizione di mining, i singoli miner hanno la possibilità di unire le proprie risorse di elaborazione per formare un pool di mining. Bitcoin, ad esempio, dimezza il numero delle nuove crypto coniate assegnate per blocco ogni 210.000 blocchi (circa una volta ogni quattro anni).

Questo processo, denominato halving (dimezzamento) dei Bitcoin, riduce nel tempo l'emissione di nuove crypto da mettere in circolazione. Per ulteriori informazioni sull'halving dei Bitcoin, puoi leggere il report di Kraken Intelligence dal titolo The Halving: Trends & Implications of Bitcoin's Supply Inflation meccanismo (Halving: tendenze e implicazioni del meccanismo di inflazione di Bitcoin).

Verifica ed emissione Trends & Implications of Bitcoin's Supply Inflation meccanismo (Halving: tendenze e implicazioni del meccanismo di inflazione di Bitcoin).

Richiedendo a tutti gli utenti del network di confermare in modo indipendente le transazioni proposte prima che vengano finalizzate, si impedisce quasi con certezza che il saldo di un determinato utente possa essere speso due volte. Esiste la possibilità che la stessa crypto venga spesa due volte solo se almeno il 51% dei validator è disonesto.

Tuttavia, la difficoltà di questo tipo di attacco aumenta esponenzialmente con l'espansione del network della blockchain. Una volta terminata, questa competizione di mining ricomincia da capo in base al tempo di blocco programmato per ogni protocollo. Nel caso di Bitcoin, i nuovi blocchi vengono scoperti ogni 10 minuti circa, ma il tempo di blocco varia da una criptovaluta all'altra.

Altre criptovalute, come Litecoin e ZCash, creano nuovi blocchi rispettivamente ogni 2,5 minuti e ogni 75 secondi. Oltre a garantire la sicurezza del network, questo metodo assicura inoltre che le nuove unità di criptovaluta vengano immesse in circolazione con una frequenza fissa prestabilita. Altre criptovalute, come Litecoin e ZCash, creano nuovi blocchi rispettivamente ogni 2,5 minuti e ogni 75 secondi.

Il principale vantaggio del sistema PoW è costituito dalla sicurezza.

Per commettere una frode, un malintenzionato dovrebbe controllare più del 50% della potenza di elaborazione del network. Questo tipo di vulnerabilità prende il nome di attacco del 51%.

Per commettere una frode, un malintenzionato dovrebbe controllare più del 50% della potenza di elaborazione del network. Questo tipo di vulnerabilità prende il nome di attacco del 51%. Un utente che riuscisse a controllare più del 51% del network potrebbe riordinare le transazioni, spendere due volte i saldi e bloccare determinati pagamenti in entrata. 

È tuttavia importante sottolineare che si tratta di un consumo intenzionale.

Nella maggior parte dei casi, la sicurezza del network aumenta in proporzione all'hashpower. È tuttavia importante sottolineare che si tratta di un consumo intenzionale. "Bitcoin is Destroying the Environment" (Sfatare i miti sulle criptovalute: bitcoin sta distruggendo l'ambiente).

Per sfatare alcuni falsi miti che circolano intorno al mining delle criptovalute, leggi la nostra guida Busting Crypto Myths: "Bitcoin is Destroying the Environment" (Sfatare i miti sulle criptovalute: bitcoin sta distruggendo l'ambiente).

In sostanza, per massimizzare il profitto, i miner PoW devono ridurre al minimo le spese operative e utilizzare energia economica e affidabile. Molti miner unano una combinazione di energie sostenibili, in modo da contenere i costi e l'impatto ambientale.

• Bitcoin (BTC)
• Litecoin (LTC)
• Monero (XMR)
• Bitcoin Cash (BCH)
• Dash (DASH)
• Ethereum Classic (ETC)
• Dogecoin (DOGE)
• Siacoin (SC)

Diversamente dalla competizione aperta di Proof-of-Work, proof-of-stake (PoS) usa una serie di incentivi diversi per assicurarsi che i partecipanti al network si comportino onestamente.

Il meccanismo di consenso PoS è stato creato da due sviluppatori di nome Scott Nadal e Sunny King, tre anni dopo il lancio di Bitcoin, soprattutto nell'intento di creare un sistema più efficiente di Proof-of-Work, dal punto di vista energetico. Con proof-of-stake (PoS), i partecipanti al network acquistano e bloccano i token nativi di un protocollo per convalidare i nuovi blocchi di transazioni.

Con proof-of-stake (PoS), i partecipanti al network acquistano e bloccano i token nativi di un protocollo per convalidare i nuovi blocchi di transazioni. Molte importanti blockchain PoS, come Ethereum, Cardano, Algorand e Polkadot, usano algoritmi di selezione propri per selezionare gli staker che guadagnano il diritto a proporre nuovi blocchi.

In genere, i partecipanti che possiedono un maggior numero di token in staking hanno una probabilità superiore di convalidare i nuovi blocchi, ma in questi particolari algoritmi è programmato un certo grado di casualità.

Questa randomizzazione ha lo scopo di aumentare l'equità, offrendo a tutti i partecipanti allo staking la possibilità di guadagnare una ricompensa.

Ignite (precedentemente noto come Tendermint) è un altro meccanismo di consenso PoS molto diffuso, in cui i validator assegnano voti preliminari, voti di impegno preliminare e voti di impegno per i nuovi blocchi da aggiungere alla blockchain.

Ignite (precedentemente noto come Tendermint) è un altro meccanismo di consenso PoS molto diffuso, in cui i validator assegnano voti preliminari, voti di impegno preliminare e voti di impegno per i nuovi blocchi da aggiungere alla blockchain. PoS usa un approccio simile a quello di PoW, per incentivare il comportamento onesto, richiedendo ai validator di investire i propri fondi personali.

Anche in questo caso, il costo varia notevolmente a seconda del protocollo, che include i costi di esecuzione dei nodi validator. In genere, le apparecchiature dei nodi validator utilizzati da PoS sono complessivamente meno costose, rispetto a quelle necessarie per il mining delle criptovalute PoW più diffuse, come bitcoin (BTC).

Distribuzione di incentivi e ricompense

In cambio i validator guadagnano una ricompensa, a volte sotto forma di un interesse annuo fisso, per il loro contributo alla protezione del network. Le persone con scarsa esperienza tecnica, o con requisiti minimi in termini di asset, possono combinare i propri fondi con quelli di altri investitori per diventare validator PoS indipendenti.

In questo caso, diversi piccoli investitori possono unire i propri fondi in un pool, per formare una singola unità di staking.

Questi pool di staking vengono gestiti da persone o gruppi di persone eletti, che possiedono le competenze specialistiche necessarie. Le ricompense vengono quindi suddivise in proporzione fra gli investitori e gli operatori del pool di staking. Così come incentivano i validator a comportarsi onestamente, i meccanismi di consenso PoS possono anche punirli quando violano le regole del protocollo.

Alcuni protocolli prevedono la confisca parziale o completa degli asset in staking, in caso di frode da parte di un validator o dell'operatore delegato di un pool di staking. Questo meccanismo, noto come "slashing", incentiva ulteriormente il comportamento corretto sul network. Questo meccanismo, noto come "slashing," incentiva ulteriormente un buon comportamento sul network.

Per diventare un validator della nuova blockchain PoS di Ethereum sono necessari 32 ether (la criptovaluta nativa della blockchain).

Per la nuova blockchain PoS di Ethereum, per diventare un validator occorrono 32 ether, la criptovaluta nativa della blockchain. Per la blockchain PoS di Polkadot, il requisito minimo per lo staking varia da 10 DOT a 350 DOT. (la criptovaluta nativa di Polkadot).

Per la blockchain PoS di Polkadot, il requisito minimo per lo staking varia da 10 DOT a 350 DOT. (la criptovaluta nativa di Polkadot). Inoltre, le blockchain PoS seguono un piano di emissione trasparente che permette a tutto il network di vedere come le nuove crypto entrano in circolazione.

Pro e contro del PoS

Il principale vantaggio delle blockchain proof-of-stake è costituito dall'efficienza energetica nettamente superiore a quella dei protocolli PoW.

Il principale svantaggio dei meccanismi di consenso PoS è costituito dai problemi associati alla centralizzazione dello staking. Nelle blockchain PoS, la probabilità di essere selezionati per convalidare i blocchi di transazioni e guadagnare una ricompensa dipende dalla quantità di token di cui si esegue lo staking.

Di conseguenza, i sistemi PoS possono favorire le persone che possiedono più token, rispetto a quelle che dispongono di meno asset in staking, e alcuni pensano che ciò determini una centralizzazione del network.

A causa di questo difetto, molti ritengono che il controllo della convalida dei blocchi potrebbe finire per concentrarsi nelle mani di una cerchia ristretta di grandi pool di staking e grossi investitori. Questo è contrario ai principi di base della criptovaluta e riduce la sicurezza generale del network.

Alcune blockchain PoS presentano anche problemi di illiquidità. A volte, gli utenti non possono accedere ai propri asset in staking fino alla fine del periodo di blocco.

Questo problema riduce la liquidità del mercato della criptovaluta sottostante e impedisce agli investitori di accedere ai loro fondi in staking durante i movimenti critici del mercato. Entrambi questi meccanismi di consenso risolvono il Problema dei generali bizantini, ma in modi molto diversi. Questo problema riduce la liquidità del mercato della criptovaluta sottostante e impedisce agli investitori di accedere ai loro fondi in staking durante i movimenti critici del mercato.

Entrambi questi meccanismi di consenso risolvono il Problema dei generali bizantini, ma in modi molto diversi. Il meccanismo di consenso PoW è un sistema collaudato sul campo, che consente di ottenere livelli di sicurezza elevatissimi. I meccanismi di consenso PoS, invece, costituiscono un'alternativa scalabile a basso consumo energetico, che si sta diffondendo sempre più.

• Ethereum (ETH)
• Polkadot (DOT)
• Algorand (ALGO)
• Avalanche (AVAX)
• Cardano (ADA)
• Cosmos (ATOM)
• Solana (SOL)
• The Graph (GRT)

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