Che cos'è il meccanismo di consenso della blockchain?

Immagina di essere il comandante di un esercito composto da diversi plotoni di soldati, ciascuno situato in un diverso punto di consegna. Hai in programma di attaccare un'area fortificata in un momento specifico. Per fare questo, devi coordinarti con ciascuno dei tuoi plotoni per assicurarti che tutti conoscano l'orario, il luogo e il piano d'azione corretti.

Ma questo pone una serie di problemi. E se uno o più plotoni decidessero di ritirarsi all'ultimo minuto? E se attaccassero troppo presto? E se arrivassero nel luogo sbagliato? E se ci fossero traditori in un plotone che tentano di sabotare il piano? 

Affinché l'attacco funzioni, è fondamentale che tutti raggiungano un accordo unanime— noto anche come raggiungere un consenso— su quale sia il piano. Questo esempio si basa sul Problema dei Generali Bizantini; un concetto pubblicato in un articolo del 1982 che illustra i problemi di costruire un sistema di comunicazione robusto in cui i partecipanti assunti in quel sistema possono agire in modo disonesto. 

Bitcoin è diventato il primo sistema decentralizzato a risolvere questo problema di lunga data implementando qualcosa chiamato meccanismo di consenso.

Un meccanismo di consenso blockchain è un tipo di sistema automatizzato che mira a raggiungere due obiettivi principali.

1. Assicurare che una comunità distribuita e senza leader di validatori di rete sia in grado di concordare in modo efficiente e unanime su nuovi e dati esistenti nel registro della blockchain.
    
2. Assicurare che tutti i validatori di rete seguano le regole del protocollo e svolgano i loro ruoli onestamente.

La validazione dei dati si riferisce alla verifica che le nuove informazioni siano accurate e valide. Questo è incredibilmente importante in un sistema decentralizzato, specialmente in un sistema monetario decentralizzato. Se informazioni di transazione non valide vengono consentite di essere aggiunte alla blockchain, come un saldo falso o una transazione di doppia spesa, ciò comprometterebbe completamente l'integrità di quel database.

Senza un database integrale, nessuno si fiderebbe di esso e nessuno lo userebbe.

C'è anche un altro problema chiave che i meccanismi di consenso sono utilizzati per risolvere: la sicurezza della rete. 

Satoshi Nakamoto, il creatore di Bitcoin, è stato il primo a riconoscere che i meccanismi di consenso potevano anche fungere da un sistema efficiente per scoraggiare i cattivi attori dal tentare di prendere il controllo della rete attraverso un attacco di maggioranza (ottenendo il controllo di oltre il 50% di una rete). Questa è stata un'innovazione rivoluzionaria e una che ha contribuito a cementare il protocollo Bitcoin come la prima criptovaluta globalmente valida e decentralizzata.

Sebbene ci siano molti tipi di meccanismi di consenso utilizzati da diverse blockchain, la maggior parte di essi funziona fondamentalmente richiedendo ai nodi validatori di fare qualche tipo di investimento e/o di spendere una certa quantità di sforzo prima di ricevere il diritto di proporre e convalidare nuovi blocchi di dati.

L'idea alla base di questo è semplice. I validatori che hanno investito il proprio tempo e denaro per partecipare alla rete sono teoricamente meno propensi a cercare di corromperla perché hanno qualcosa da perdere se lo fanno.

In breve, i meccanismi di consenso sono semplicemente sistemi che incoraggiano i validatori a rispettare le regole attraverso la coercizione (minaccia di punizione) e/o l'incentivazione (guadagnare ricompense per un buon comportamento).

Come abbiamo già accennato, ci sono molti metodi diversi impiegati da varie blockchain per raggiungere il consenso nell'industria cripto di oggi.

Tuttavia, i due più popolari sono noti come i meccanismi di consenso proof-of-work (PoW) e proof-of-stake (PoS).

Proof-of-work è il meccanismo di consenso utilizzato da bitcoin e da una vasta gamma di altre criptovalute. 

Sviluppato per la prima volta nel 1993 dagli scienziati informatici Cynthia Dwork e Moni Naor come mezzo per prevenire lo spam via email, Nakamoto ha preso il concetto e lo ha adattato per l'uso in un sistema monetario decentralizzato.

Il PoW funziona richiedendo ai validatori, soprannominati "minatori", di acquistare, noleggiare o esternalizzare attrezzature informatiche e indirizzare quella potenza verso la vittoria in una competizione basata sulla crittografia in cambio di ricompense. Questo processo è più comunemente noto come mining cripto.

I dettagli completi del mining possono essere trovati qui.

Richiedendo ai validatori di investire in attrezzature informatiche e coprire i costi ongoing associati al suo funzionamento, l'idea alla base del PoW è che potenziali agenti malevoli sarebbero scoraggiati dal passare attraverso tutto quel lavoro. Allo stesso modo, la struttura di incentivazione delle ricompense per i blocchi— le ricompense guadagnate vincendo la competizione di mining— significa che la partecipazione onesta può essere ben compensata.

In termini di fornitura di sicurezza, man mano che più minatori si uniscono alla rete e la sofisticazione delle attrezzature aumenta, il costo di attaccare la blockchain di Bitcoin aumenta esponenzialmente. Questo perché un perpetratore dovrebbe procurarsi una quantità estremamente grande di potenza computazionale per ottenere una maggioranza del 51% sul resto della rete. Anche allora, non ci sarebbe alcuna garanzia che vincerebbero la competizione mineraria ogni dieci minuti per stabilire con successo una catena non valida di nuovi blocchi.

Proof-of-stake è un tipo relativamente nuovo di meccanismo di consenso introdotto da Sunny King e Scott Nadal nel 2012. Come la prova di lavoro, il PoS soddisfa gli stessi obiettivi chiave di un meccanismo di consenso ma in un modo unicamente diverso.

Per diventare un validatore su una blockchain basata su PoS, i partecipanti devono acquistare e bloccare un importo della corrispondente criptovaluta nativa del progetto in un contratto intelligente. Questo è noto come staking.

Un contratto intelligente di staking agisce essenzialmente come un conto di deposito e blocca i token per una durata fissa o variabile a seconda delle specifiche condizioni di ciascun protocollo blockchain.

I validatori vengono scelti a caso dal protocollo per proporre nuovi blocchi all'interno di slot temporali stabiliti, spesso chiamati epoche. I partecipanti allo staking possono aumentare la probabilità di essere selezionati per proporre nuovi blocchi aumentando l'importo di token o monete che dedicano allo staking.

Questo sistema funziona in modo simile a un sistema di lotteria, per cui più biglietti hai, maggiori sono le tue possibilità di vincere il jackpot. Ma di nuovo, non c'è garanzia che vincerai ogni volta, proprio come in una lotteria. Qualcuno con un solo biglietto può comunque battere qualcuno con migliaia di biglietti della lotteria. Lo stesso vale per lo staking cripto.

Peercoin è stata la prima criptovaluta a presentare questo meccanismo, anche se Ethereum è forse l'esempio più noto di una blockchain PoS dopo aver completato la sua transizione da PoW nel 2022.

Oltre a bloccare i token, alcuni meccanismi di consenso PoS come quello utilizzato da Ethereum amministrano penalità per comportamenti disonesti attraverso un processo chiamato “slashing.” 

Se il protocollo sospetta attività malevole, i fondi bloccati di una persona possono essere confiscati, o “slashed,” parzialmente o completamente senza preavviso. Questo dissuade coercitivamente i comportamenti scorretti e aiuta a garantire che tutti i partecipanti alla rete seguano le regole.

Oltre a PoW e PoS, sono emersi dozzine di diversi meccanismi di consenso che rappresentano versioni nuove o ibride dei meccanismi sopra menzionati. Ogni tentativo di risolvere il Problema dei Generali Bizantini in vari modi. Tra questi:

• Prova di Attività (PoA)
• Prova di Storia (PoH)
• Prova di Importanza (PoI)
• Prova di Capacità (PoC)
• Prova di Bruciatura (PoB)
• Proof-of-Authority (PoA)
• Delegated Proof-of-Stake (DPoS)
• Prova di Tempo Trascorso (PoET)

Sebbene non ci sia un chiaro vincitore in termini di miglior meccanismo di consenso, molti considerano i sistemi PoS e PoW come i più efficaci.

I principali vantaggi del PoW (mining) rispetto al PoS (staking) sono che offre una sicurezza significativamente maggiore contro gli attacchi della maggioranza del 51%. Tuttavia, enormi quantità di energia vengono collettivamente consumate dai miner per raggiungere questa alta sicurezza; qualcosa di cui molti ambientalisti, regolatori e aziende globali hanno espresso grande preoccupazione negli ultimi anni. L'uso energetico del PoW è un argomento complesso e qualcosa di cui abbiamo discusso in maggiore dettaglio nel nostro articolo Sfatare i miti sulle criptovalute: "Bitcoin sta distruggendo l'ambiente."

Il PoS d'altra parte è significativamente più efficiente dal punto di vista energetico. Nessuna macchina che consuma elettricità è necessaria per fare staking e più blocchi hanno il potenziale di essere convalidati in tandem attraverso soluzioni di scaling come sharding. 

Detto ciò, nessuno dei due è perfetto e entrambi hanno i propri problemi di centralizzazione. In entrambi i casi, coloro che hanno più soldi possono ottenere un vantaggio sleale sugli altri partecipanti nella rete.

Nei sistemi PoW, grandi aziende minerarie dominano l'industria e rendono finanziariamente non fattibile per i piccoli miner hobbisti partecipare. 

Nei sistemi PoS, coloro che mettono in staking enormi quantità di token sono molto più propensi a proporre nuovi blocchi e guadagnare ricompense rispetto a tutti gli altri nella rete.

Tuttavia, si può sostenere che questo è un sottoprodotto naturale della maggior parte, se non di tutti, i meccanismi di consenso.

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