Meccanismi di Consenso Blockchain: meglio Proof-of-Authority o Proof-of-Stake?

Proof-of-Authority vs. Proof-of-Stake: esaminiamo le principali differenze tra i due meccanismi di consenso della blockchain.

Una delle tecnologie più rivoluzionarie degli ultimi anni è la blockchain. Possiamo dire che è emersa per la prima volta come libro mastro pubblico e decentralizzato per quanto riguarda la criptovaluta Bitcoin (BTC). Oggi è ampiamente utilizzata per promuovere l’innovazione e l’integrazione aziendale.

La Blockchain consiste essenzialmente in una struttura di dati collegati e replicati attraverso una rete peer-to-peer (P2P), in cui vengono creati nuovi blocchi emettendo nuove transazioni. Ad esempio, i peer utilizzano meccanismi come il proof-of-work (PoW) o il proof-of-stake (PoS) per raggiungere un consenso distribuito sulle transazioni che operano su blockchain senza autorizzazione.

Le blockchain con autorizzazioni – come il libro mastro di XRP – sono emerse come un modo per federare le aziende e incoraggiare interazioni responsabili. Per queste blockchain sono stati proposti numerosi metodi di consenso, ciascuno con una serie unica di vantaggi e svantaggi.

Ad esempio, una nuova famiglia di algoritmi di consenso Byzantine fault-tolerant (BFT) chiamata proof-of-authority (PoA) è ampiamente utilizzata nella pratica per garantire prestazioni superiori rispetto alla metodologia convenzionale. Gavin Wood, co-fondatore ed ex chief technology officer di Ethereum, ha presentato la PoA come rimedio per le blockchain basate su Ethereum nel 2017.

Meccanismi di consenso blockchain

Il processo di consenso PoA concede ad alcuni utenti della blockchain l’autorità di convalidare le transazioni di rete e aggiornare il suo registro ampiamente distribuito. Gli algoritmi funzionano intuitivamente come round in cui una parte prescelta funge da leader ed è responsabile dell’emissione di nuovi blocchi su cui si ottiene un consenso distribuito.

L’obiettivo dei meccanismi di consenso è quindi quello di ottenere un consenso autorevole. Il vantaggio della Proof-of-Authority è il basso costo di transazione fornito dai sistemi basati su questo algoritmo.

Uno dei vantaggi della “prova di autorità” rispetto al pBFT è che la PoA offre prestazioni migliori, in quanto richiede un minor scambio di messaggi e meno sovraccarico di rete. Tuttavia, in un vero modello di rete sincrona come Internet, le conseguenze effettive di tale miglioramento delle prestazioni sono alquanto nebulosi, in particolare per quanto riguarda le garanzie di disponibilità e coerenza, che sono tra i limiti della prova di autorità.

Cos’è la Proof of Stake (PoS)?

Per sostituire i meccanismi di consenso PoW che consumano molta energia, sono stati creati protocolli di Proof-of-Stake. Nel metodo del consenso PoS, i leader vengono scelti in base alla loro puntata o ai contributi alla rete blockchain piuttosto che all’utilizzo delle risorse energetiche. Il numero di token digitali che un nodo detiene o deposita costituisce la sua quota nel metodo di consenso PoS.

Polkadot, Avalanche e Cardano sono alcuni esempi di blockchain PoS moderne che dominano il mercato. Pochi mesi fa anche Ethereum, inizialmente una rete PoW, è passato ad un algoritmo blockchain PoS. Tramite il famoso Merge, Ethereum ha aggiornato il proprio livello di consenso.

Proof-of-Authority: ecco come funziona

Il consenso PoA differisce dal consenso PoS in quanto utilizza l’identità piuttosto che le risorse digitali possedute da ciascun utente. L’identità qui si riferisce alla certezza che i validatori sono chi dicono di essere, come dimostra la corrispondenza tra la loro identità personale sulla piattaforma e gli eventuali documenti formali da loro presentati. Pertanto, la reputazione di una persona è più preziosa dei suoi beni.

I validatori sono pre-approvati da un gruppo di “autorità” per verificare le transazioni e costruire nuovi blocchi. Per essere attendibili, i validatori devono rispettare una serie di requisiti. Due di queste richieste sono che utilizzino la stessa identità sulla piattaforma per registrarsi nel database notarile pubblico, e seguano le regole per garantire che la rete funzioni correttamente. Inoltre, il processo di scelta delle autorità dovrebbe aderire alle norme accettate, per garantire che tutti i candidati abbiano pari opportunità di essere selezionati per la posizione privilegiata.

Infine, le autorità (circa 25 entità) devono rivelare la propria identità per agire nella loro posizione, per la quale vengono ricompensate. Tuttavia, l’utilizzo dell’algoritmo PoA per una rete decentralizzata è impegnativo poiché solo pochi utenti detengono il potere. Il consenso PoA è quindi considerato una soluzione di rete privata, anziché una soluzione blockchain pubblica.

Come funziona la Proof-of-Stake (PoS)

Alcune blockchain utilizzano una particolare tecnica di consenso chiamata proof-of-stake per stabilire un consenso distribuito. Attraverso l’investimento in hardware, i miners nella PoW dimostrano la propria partecipazione mettendo a rischio il denaro. Nella PoS i validatori puntano espressamente denaro sotto forma di Ether (ETH) in uno smart contract.

Un utente deve eseguire tre diversi software – un client di esecuzione, un client di consenso e un validatore – e inserire 32 ETH nel contratto di deposito per partecipare come validatore. Tuttavia, è possibile fare staking senza avere 32 ETH, grazie agli staking pool. Gli utenti che depositano ether vengono aggiunti a una coda di attivazione, che controlla la velocità con cui i nuovi validatori possono unirsi alla rete.

Dopo l’attivazione, i peer sulla rete Ethereum inviano nuovi blocchi ai validatori. Le transazioni consegnate del blocco vengono eseguite nuovamente, e la validità viene verificata esaminando la firma del blocco. Successivamente, il validatore trasmette un voto (noto come attestazione) per supportare tale blocco in tutta la rete. Se il validatore agisce in modo disonesto o negligente, l’ether in stake funge da garanzia che può essere persa. Il validatore è, quindi, incaricato di produrre e propagare nuovi blocchi validi.

Proof-of-authority (PoA) vs. Proof-of-Stake (PoS)

Gli algoritmi PoA e PoS offrono vantaggi e svantaggi simili a qualsiasi meccanismo di consenso. Inoltre, nella storia della blockchain, nessuno sviluppatore o piattaforma è stato ancora in grado di proporre un meccanismo di consenso impermeabile a problemi o obiezioni.

L’algoritmo PoA riduce la potenza richiesta per far funzionare la rete e semplifica la convalida. D’altra parte, lo staking nel meccanismo di consenso PoS facilita il decentramento consentendo la partecipazione individuale alla sicurezza della rete.

L’algoritmo PoA non richiede la risoluzione di enigmi per garantire la connessione continua tra i nodi. Pertanto, i validatori non richiedono hardware specializzato per mantenere attiva e sicura la rete. Tuttavia, per partecipare al processo di staking di Ethereum sono necessari tre diversi software, tra cui un client di esecuzione, un client di consenso e un validatore.

Meccanismi di consenso blockchain a confronto

La velocità con cui le autorità convalidano le transazioni è accelerata dall’algoritmo Proof-of-Authority. Di conseguenza, la blockchain registra un tasso di transazione più elevato rispetto a PoS o PoW a causa della generazione prevedibile di blocchi dipendenti dal numero di validatori.

Inoltre, la rete PoA è più resistente agli attacchi rispetto al consenso PoS o PoW perché un utente che riesce a creare il 51% della potenza di elaborazione non può compromettere la rete. Tuttavia, un individuo o un gruppo di hacker può attaccare o chiudere la rete PoS se ottiene abbastanza coin (51% della puntata totale). Quindi, la Proof-of-Stake è meno sicura? La risposta è che per proteggere la sicurezza della rete, quasi ogni blockchain utilizza alcune tecniche che scoraggiano le azioni dannose degli hacker.

Ad esempio, per prevenire il 51% degli attacchi, molte reti PoS utilizzano anche tecniche di slashing, che è uno degli aspetti più interessanti della PoS. I “tagli” di fatto prendono una parte della puntata di un validatore per scoraggiare azioni che possono mettere in pericolo la sicurezza della rete. Ma lo slashing presenta un problema, in quanto può verificarsi anche se il validatore fa qualcosa che non dovrebbe fare in modo involontario. Quindi: meglio PoA o PoS?

Sebbene il PoS presenti difetti di sicurezza e il PoW consumi molta energia, il PoA è un’opzione ideale in termini di sicurezza e consumo di energia. Tuttavia, poiché PoA è una strategia più centralizzata per sostenere il consenso su una rete blockchain, si rivolge ad aziende o gruppi privati ​​che mirano a utilizzare reti autorizzate.

Il futuro dei meccanismi di consenso della blockchain

Quindi la PoA è una versione modificata della PoS, in cui l’identificazione di un validatore – piuttosto che la somma bloccata – funge da posta in gioco. Inoltre, a causa della semplicità del consenso PoA, è imperativo garantire l’indipendenza dei validatori e fornire loro gli strumenti necessari per salvaguardare i propri nodi. Questi problemi possono essere però risolti.

Ad esempio, il progetto PoA identity-at-stake stabilisce un modello di incentivazione in cui la linea d’azione ottimale di un validatore è quella di operare nel migliore interesse della rete. Tale costrutto è un paradigma intrigante per il consenso blockchain, grazie alla sua efficienza in termini di costi.

Allo stesso modo, il fatto che la Proof-of-Stake possa essere utilizzata non solo in virtù delle ricompense, è ciò che la rende così intrigante. Ad esempio, gli algoritmi PoS possono essere utilizzati in sistemi antispam decentralizzati, sviluppo di applicazioni decentralizzate (DApp), sicurezza e scalabilità delle criptovalute e potenzialmente vari altri casi d’uso che non abbiamo ancora visto.

Quindi, possiamo dire che la PoS sia il segreto per ridimensionare le criptovalute e che possa essere il modo in cui utilizzeremo il denaro in futuro? Considerando la crescente domanda di un’infrastruttura scalabile, sicura ed efficace, il meccanismo di consenso PoS può essere considerato una scelta ideale da parte delle piattaforme blockchain.