Blockchain modulari vs monolitiche: qual è la differenza? Questo articolo è una chicca per gli investitori più curiosi ed appassionati.
Questa settimana Crypto.it spiega le differenze chiave tra blockchain monolitiche e modulari, e le loro architetture tecnologiche. Scopri di più.
Spesso non prestiamo molta attenzione ai progetti blockchain quando investiamo in criptovalute, principalmente perché la maggior parte di noi non è direttamente coinvolta nella sua elaborazione e sviluppo. Ma imparare i tecnicismi di qualsiasi settore a cui sei interessato ripaga sempre. Discutiamo le basi delle blockchain modulari e monolitiche e le loro funzionalità!
Le blockchain monolitiche esistono ormai da oltre un decennio. Queste blockchain sono caratterizzate principalmente dalla loro capacità di gestire tre caratteristiche fondamentali: consenso (a seconda che siano PoW o PoS), disponibilità di dati (la quantità di blockspace) ed esecuzione di transazioni.
Le blockchain modulari invece sono note perché esternalizzano una di queste responsabilità ad una chain esterna. Un perfetto esempio di questo è lo sharding su Ethereum PoS, vedremo più avanti perché.
Questi due tipi di blockchain hanno architetture diverse e gestiscono la decentralizzazione e la sicurezza separatamente, pur essendo scalabili. Immergiamoci.
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La scalabilità e il throughput (ovvero il numero di transazioni elaborate al secondo) più elevato sono sempre stati un dilemma – anzi, un trilemma – per le blockchain monolitiche. Conosciamo tutti il famoso trilemma della blockchain e quante blockchain compromettono il decentramento per un throughput più elevato. D’altra parte, alcune blockchain finiscono per dare priorità alla sicurezza e al decentramento, il che le rende meno scalabili e più costose (prendi Ethereum, per esempio).
Le blockchain modulari tentano di portare il meglio di entrambi i mondi, essendo sia scalabili che decentralizzate.
Per capire meglio come funzionano questi due design di blockchain e come differiscono, cerchiamo prima di capire quali sono i concetti fondamentali di una blockchain, specialmente in questo contesto.
Consenso: cosa definisce lo stato attuale della blockchain. Include ad esempio il numero di blocco della blockchain. Il consenso garantisce che tutti i nodi di convalida sulla blockchain abbiano lo stesso “stato”.
Disponibilità dei dati: i dati archiviati in ogni blocco della blockchain. Si riferisce essenzialmente ai dati nei dispositivi di archiviazione di tutti i nodi di convalida su quella blockchain.
Esecuzione: i nodi eseguono transazioni e migliorano/fanno progredire lo stato della blockchain. Questo di solito viene fatto eseguendo le transazioni in sospeso nella rete (ad esempio, A che invia 3 ETH a B).
Una blockchain monolitica è una blockchain che punta ad ottimizzare tutte e tre le componenti principali della blockchain (menzionate sopra) nello stesso spazio: sono i layer 1 che abbiamo descritto bene in questo articolo. E per fare ciò, una blockchain monolitica ottimizza il consenso, lo spazio di blocco e le capacità di esecuzione in base agli obiettivi che vuole soddisfare.
Se una blockchain punta ad avere un throughput elevato, aumenterà il suo spazio di blocco e tenterà di avere più transazioni nello stesso blocco. Questo stresserà i fornitori di servizi del nodo in quanto dovranno aumentare lo spazio di archiviazione e potrebbe comportarne l’abbandono a causa della mancanza di risorse adeguate (sia tecniche che finanziarie). Questo scenario ridurrà la sicurezza e il decentramento.
Come puoi immaginare, è molto più facile elaborare rapidamente le transazioni attraverso un minor numero di nodi – e farle così arrivare a un consenso – piuttosto che passarle attraverso un gran numero di nodi sparsi in tutto il mondo. Maggiore è il numero di validatori sulla rete, maggiore è il tempo impiegato dalla rete per convalidare le transazioni. Se si desidera aumentare il throughput (ovvero il numero di transazioni elaborate al secondo), la rete può ridurre il numero di nodi. Ma questo, ancora una volta, va a scapito del decentramento e della sicurezza.
Tutte le blockchain senza autorizzazione puntano a soddisfare questo obiettivo primario, mantenendo bassi i requisiti di ingresso del nodo. Agli albori di Bitcoin, potevi usare anche il tuo piccolo computer per estrarre Bitcoin. Ma nel corso degli anni, la difficoltà è aumentata enormemente. Soprattutto per Bitcoin, i miners devono eseguire attività di calcolo utilizzando hardware e (molta) energia per estrarre nuovi blocchi. Per le blockchain Proof-of-Stake, invece, per proteggere la rete si utilizza il capitale bloccato (ovvero messo in staking). Alcuni hanno già evidenziato la difficoltà di diventare un miner sulla chain Bitcoin a causa dell’hardware richiesto e del consumo di energia.
Una blockchain monolitica funziona secondo il protocollo di consenso stabilito per la blockchain. Per partecipare, è necessario eseguire un nodo in linea con i requisiti stabiliti dalla rete. Prendiamo l’esempio di Ethereum. Qualsiasi utente che desideri eseguire il proprio nodo deve prima identificare il tipo di nodo che desidera eseguire. Dopo averlo configurato, può scaricare i dati blockchain dalla rete. Una volta concluso questo processo, l’utente può partecipare alla rete seguendo le regole del protocollo. Nel caso di blockchain Proof-of-Work, i validatori sono tenuti a mettere in gioco il proprio hardware – quindi la propria potenza di calcolo – per essere selezionati e quindi estrarre i blocchi sulla rete. Nel caso della PoS, viene utilizzata la propria partecipazione nella coin nativa.
In entrambi i casi, è la ricompensa monetaria che la rete riconosce a miners e validatori ciò che li fa partecipare al protocollo.
Bitcoin è uno dei più grandi esempi di blockchain monolitica, sebbene Lightning Network abbia tentato di introdurre un aspetto modulare – e quindi scalabile – sulla blockchain. Tuttavia, data la sua attuale architettura e i meccanismi di consenso in atto, è ancora una blockchain monolitica. Solana è un’altra blockchain monolitica. Sebbene abbia risolto il problema della scalabilità aumentando lo spazio dei blocchi (aumentando di fatto i requisiti dei nodi), pecca ancora quando si tratta di decentralizzazione, poiché i requisiti per diventare un validatore sono troppo elevati.
Uno dei maggiori vantaggi di una blockchain monolitica è che se si concentra sulla decentralizzazione e sulla sicurezza, ovvero si tratta di blockchain trustless. Questa decentralizzazione abbassa la barriera all’ingresso per tutti gli utenti che desiderano utilizzare la blockchain per eseguire transazioni. Questo è uno dei principali motivi per cui Bitcoin ed Ethereum attualmente occupano il primo posto per capitalizzazione di mercato tra le criptovalute. Seguono meglio delle altre la narrativa di un ecosistema veramente senza autorizzazione e decentralizzato, ovvero la vera essenza di questi asset digitali.
Il nodo deve eseguire tutte e tre le azioni contemporaneamente. Se tuttavia la blockchain dovesse compromettere uno qualsiasi degli aspetti sopra menzionati, allora entra in gioco il trilemma della blockchain. Consiste nell’ottimizzazione simultanea di scalabilità, decentralizzazione e sicurezza. Il motivo per cui è un trilemma è che una blockchain – nel senso tradizionale del termine – può ottenere solo due di queste tre componenti.
Come David e Ryan hanno detto nel loro podcast, tutte le blockchain monolitiche esistono da qualche parte in questo triangolo. Sia Bitcoin che Ethereum hanno tentato di rimanere decentralizzati e sicuri, a costo di non essere scalabili. Un altro problema critico con le blockchain monolitiche è che non sono economicamente sostenibili. Basti pensare a Ethereum nella sua forma attuale (PoW). Se la rete è congestionata, diventa troppo difficile per gli utenti eseguire transazioni su Ethereum, a causa delle tariffe in aumento. Questo è il risultato dello spazio limitato disponibile su Ethereum.
Un modo per aggirare questo sarebbe aumentare lo spazio di blocco. Ma questo a sua volta darà dei problemi ai validatori esistenti sulla rete, compromettendo così il decentramento. Dal momento che questo non accade, gli utenti finiscono per pagare commissioni esorbitanti per delle transazioni semplici. Questo ha un vantaggio e una ripercussione.
Vantaggio: mantiene la blockchain completamente sicura.
Svantaggio: influisce sulla fattibilità economica della blockchain, spingendo così gli utenti a cercare alternative.
Ottimizzare una blockchain su sicurezza, decentralizzazione e scalabilità abbiamo visto che è difficile. Ed è per questo che gli utenti ricorrono ad aiuti esterni, come sharding e/o rollup. È qui che entrano in gioco le blockchain modulari, cambiando le regole del gioco attorno al design della blockchain.
Una delle cose chiave da notare nelle blockchain modulari è che dividono i tre compiti sopra menzionati, piuttosto che eseguirli tutti in una volta sul layer 1. L’idea è di rendere il sistema più efficiente allargando lo spazio dei blocchi, restringendo il set di validatori per concentrarsi sugli shard, e quindi migliorare esponenzialmente il throughput della blockchain. In poche parole, si può dire che tutti i limiti di una blockchain monolitica si trasformano effettivamente in fattori modulari, aumentandone così l’efficienza. Ma come ci riescono? Diamo un’occhiata!
Parliamo prima di tutto dell’esecuzione, perché è così che la blockchain mira ad aumentare il proprio throughput.
Nel caso delle blockchain modulari, il layer 1 non è l’unico luogo in cui vengono eseguite le transazioni. In effetti, le transazioni sono suddivise tra i L1 ed i rollup.
I rollup sono un livello di esecuzione complementare per i L1. Funzionano partendo dal presupposto che non possono modificare l’infrastruttura sottostante del livello sottostante. In altre parole, non si assumono la briga di garantire la sicurezza delle transazioni. Si concentrano solo sull’esecuzione delle transazioni. Una volta finito, rimandano queste transazioni in batch al L1. La rete aggiunge quindi quelle transazioni ai blocchi.
Come puoi ben vedere, i rollup aiutano a ridurre efficacemente l’onere sui L1, senza compromettere la decentralizzazione. Come ha detto il matematico David Hoffman, puoi pensarli come agenti di “compressione” per la blockchain, simili alla compressione dei file sul computer. Tutto questo aumenta notevolmente l’efficienza della blockchain.
Il prossimo componente chiave è la disponibilità dei dati. È qui che la situazione diventa davvero interessante!
Lo sharding è il principio fondamentale che aiuta a scalare esponenzialmente la blockchain, senza compromettere la decentralizzazione o la sicurezza. Quando dividiamo in frammenti il livello di dati di Ethereum, i validatori sulla rete vengono distribuiti su diverse reti più piccole. Queste reti più piccole sono quindi in grado di elaborare le transazioni sulla blockchain. Questo aiuta efficacemente ad aumentare lo spazio di blocco sulla chain, aumentando così il throughput complessivo della rete.
Quando dividiamo questi validatori in gruppi/reti più piccoli, succede quello che puoi vedere in figura. Vitalik nel suo blog sullo sharding lpone la questione in modo molto semplice: i validatori sono “divisi casualmente” per eseguire varie transazioni in entrata.
I validatori dell’intera rete PoS devono solo verificare le firme che i validatori nei vari comitati hanno verificato: non devono verificare l’intera transazione. Quest’ultima verifica è svolta dai validatori di ciascuna commissione.
Ad esempio, se ci fossero 100.000 validatori sulla rete suddivisi in 100 comitati da 1.000 validatori ciascuno, ci sarebbe solo la necessità di verificare 100.000 firme piuttosto che verificare tutti i blocchi firmati da quei validatori.
Quando si combina lo sharding con i rollup, la scalabilità gode di un vero e proprio effetto composto. Immagina elaborare i gruppi di transazioni tramite rollup, e verificarli tramite questi comitati. Non solo stai aumentando enormemente lo spazio di blocco, ma stai anche verificando più transazioni al secondo. Tutto questo si riflette sul throughput complessivo della blockchain, il tutto senza compromettere né la sicurezza né il decentramento.
Le blockchain Proof-of-stake (PoS) favoriscono la modularità grazie a un principio molto semplice ma fondamentale.
Nelle chain proof-of-work (PoW) invece, la sicurezza della rete dipende dall’hardware di calcolo installato dai miner. Più l’hardware è complesso, più è probabile che risolva gli enigmi crittografici, aiutando così la blockchain a rimanere in vita.
Nel proof-of-stake, invece, la sicurezza è un fattore che dipende solo dal capitale economico che gli utenti decidono di bloccare nella rete.
Nel primo caso avremmo bisogno di hardware costoso (che nel tempo diventa obsoleto e deve essere aggiornato). In quest’ultimo caso invece, devi solo eseguire un nodo (che può essere molto facile da configurare) e depositare il capitale minimo necessario per partecipare al processo di staking. Pertanto, il PoS rende significativamente più facile per i validatori partecipare al consenso di rete.
Uno dei maggiori vantaggi di una blockchain modulare è la sua capacità di dividere varie attività in segmenti. Questa frammentazione di compiti/responsabilità favorisce la scalabilità della blockchain, senza compromettere la sicurezza. Poiché lo spazio dei blocchi aumenta con i frammenti di dati – ed intanto i rollup introducono la scalabilità – il throughput complessivo della blockchain aumenta.
Tutto questo è possibile principalmente nelle chain PoS, dove la barriera all’ingresso è più bassa rispetto alle chain PoW.
Come già discusso in precedenza, Ethereum PoS è probabilmente uno dei più grandi esempi di blockchain modulare. Un altro esempio è Celestia, una blockchain relativamente nuova.
Ethereum sarà un esempio perfetto di blockchain modulare, una volta completato il passaggio al Proof-of-Stake. Sebbene attualmente abbia un meccanismo di consenso PoW, punta a diventare una delle blockchain più scalabili, decentralizzate e sicure.
Potremo sapere con più certezza cosa succederà ad Ethereum man mano che un numero crescente di validatori si unirà alla rete. In questo modo potrà essere suddiviso sui vari shard un set sempre più ampio. E man mano che vengono introdotti più shard, è possibile archiviare più dati (ovvero, lo spazio dei blocchi aumenta). A loro volta i rollup potranno consumare più dati. Pertanto, l’effetto del throughput su Ethereum sarà beneficerà sia degli shard che dei rollup.
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