Proof of Stake: algoritmo di consenso efficiente

Che cos'è un algoritmo di consenso?

Prima di dare il via all’approfondimento sul Proof-of-Stake, dobbiamo avere chiaro che cos’è un algoritmo di consenso.

La blockchain è un database decentralizzato, distribuito su svariati nodi. Questa tecnologia è alla base di smart contract, DeFi e, ovviamente, criptovalute. Per qualsiasi dubbio, il nostro articolo su che cos’è una blockchain è a disposizione.

Le transazioni vengono radunate in “pacchetti” denominati blocchi. Questi sono costantemente aggiunti alla blockchain e diventano immutabili dopo l’approvazione.

In un contesto privo di autorità centrale, le informazioni contenute nel database devono essere corrette. L’algoritmo di consenso ha proprio questo incarico: coordinare le parti coinvolte nel network e impedire che vi siano discordanze. In contemporanea, esso deve evitare che avvengano delle manomissioni.

Nell’ambiente decentralizzato, le persone non si conoscono. Perciò, dobbiamo partire dal presupposto che non ci si può fidare di nessuno.
Il database è distribuito a tutti i partecipanti e non custodito in un solo luogo. Per fare in modo che tutto funzioni per bene, chiunque deve possedere una copia dello stesso, ovviamente identica alle altre.

L’algoritmo di consenso è ciò che assicura l’equilibrio e il regolare funzionamento del network.

Il meccanismo si comporta in questo modo:

• Ciascuna transazione non avviene nell’immediato ma necessita di validazione.
• Chi vuole aggiungere un nuovo blocco alla chain deve mettere in gioco qualcosa. Può trattarsi di una somma in criptovalute, la spesa in energia computazionale o altro. Si ha quindi interesse a proporre solo blocchi privi di manomissioni. In caso contrario, ciò che è stato messo in gioco (stake) è perso. Insomma, i vantaggi di un’azione malevola sono inferiori agli svantaggi.
• Proponendo un nuovo blocco si ottiene una reward. Ecco perché si porta avanti questo lavoro: c’è un guadagno da intascare.

L’algoritmo di consenso è quindi un sistema che assicura stabilità e sicurezza, incentivando la proposta di blocchi corretti tramite dei premi. Al contrario, chi dovesse fornire informazioni errate ne subirebbe le conseguenze, incassando un danno economico e/o reputazionale.

Grazie all’algoritmo di consenso, il database che viene distribuito è sempre corretto. La capacità di reggere ad azioni malevole ed errate è elevatissima.

Che cos'è l'algoritmo Proof of Stake?

Fatta la doverosa premessa, scopriamo che cos’è l’algoritmo di consenso Proof-of-Stake.

Come il suo collega Proof-of-Work, questo meccanismo si occupa di assicurare la regolarità delle transazioni sulla blockchain. Inoltre, esso mantiene l’ambiente sicuro e al riparo da atti malevoli.

Vi è però un’enorme differenza tra i due: mentre il PoW richiede di risolvere complessi calcoli per validare le transazioni, l’algoritmo PoS si basa sulle coin messe in stake…approfondiamo!

Ciascun validatore acquista e deposita in staking una certa quantità della criptovaluta nativa del network. Ad esempio, su Ethereum sarà ETH, su Solana SOL e su Avalanche parliamo di AVAX.

In base al totale versato, il validatore avrà una probabilità maggiore di aggiudicarsi un blocco. Esistono anche altri metodi di assegnazione dello stesso, questo però è quello più diffuso. Nel paragrafo che segue esploreremo il meccanismo Tendermint BFT, tra i più noti in ambito PoS (impiegato ad esempio su Cosmos).

Lo stake assicura che ciascuno faccia bene il suo lavoro: se un validatore dovesse dare l’ok a un blocco contenente transazioni errate, gli verrebbe immediatamente decurtata una parte variabile di quanto messo in stake. In aggiunta, esso potrebbe essere messo alla porta dal network, perdendo la possibilità di svolgere questa attività.

Perciò, lo stake di coin riveste il ruolo che ha il mining nell’algoritmo Proof-of-Work. Mentre quest’ultimo fa leva sulla spesa energetica per garantire affidabilità nell’operato dei validatori, il Proof of Stake sfrutta invece la penalità economica sul capitale bloccato dal validatore stesso.

Importante sottolineare la differenza nel processo di creazione delle nuove coin: mentre nel PoW vengono minate, il PoS le forgia. Quando informandoci su un network sentiamo parlare di minted coin, minting e terminologie simili, probabilmente abbiamo a che fare con un algoritmo Proof-of-Stake.

Molte blockchain impongono dei limiti minimi di crypto in stake piuttosto elevati. Le persone comuni non possono perciò validare in autonomia.
Ciò non vuol dire che non si possa comunque partecipare al processo: chiunque può delegare le proprie coin a un validatore e ottenere una percentuale dei suoi introiti.

La sicurezza del network è piuttosto robusta: un malintenzionato dovrebbe disporre del 51% del totale in stake per manipolare le transazioni. Si tratta di capitali enormi e che mettono al riparo da rischi di questo tipo.

Il Proof of Stake è oggi il più popolare algoritmo di consenso, impiegato da numerose blockchain. Il motivo? Si tratta di una soluzione moderna e che possiede diversi vantaggi. Li esploreremo in seguito.

Esistono inoltre diverse declinazioni di PoS, pensate per varie esigenze; tuttavia, il principio è lo stesso e tutto ruota sullo stake di crypto native.

Come funziona il proof of stake?

Esploriamo in poche righe uno dei principali meccanismi di validazione Proof of Stake: Tendermint BFT.

Come prima cosa, viene proclamato il validatore del blocco, chiamato anche block producer. Ciò avviene casualmente, in base alle coin messe in stake: maggiore è la percentuale sul totale, superiore sarà la possibilità di aggiudicarsi la “vittoria”.

Il validatore procede quindi a creare il blocco, inserendo al suo interno le varie transazioni. Dopodiché si propaga sulla blockchain stessa. Attenzione però: non è finita qui!

A questo punto si avvia la fase di voto che coinvolge tutti gli altri validatori. Questi possono dare l’ok al blocco, così come non approvarlo.

Al raggiungimento di una certa soglia a favore, il blocco è confermato, finalizzato e aggiunto alla blockchain. Il validatore ottiene la sua ricompensa.

Se esso confeziona un blocco contenente informazioni false, gli altri validatori impediscono che venga approvato. Inoltre, il diretto interessato subisce una punizione sul capitale in stake, fino ad arrivare al sequestro totale e alla rimozione dall’incarico.

Sono previste punizioni anche per i nodi che non raggiungono un valore minimo di presenza online. Attenzione: queste sanzioni coinvolgono anche gli utenti che hanno delegato in stake le proprie coin. Perciò, cerchiamo di scegliere soggetti affidabili per evitare spiacevoli sorprese.

Pro e contro del Proof-of-Stake

Il meccanismo Proof of Stake porta con sé diversi vantaggi: vediamoli tutti quanti.

Innanzitutto, la decentralizzazione.
Seppur molte chain pongano limiti di accesso stringenti, è solitamente più economico diventare un validatore PoS che un miner su reti PoW. Pensiamo a Bitcoin: ormai il lavoro di estrazione è portato avanti solo da farm crypto appositamente create.
Il Proof-of-Stake è più accessibile e incentiva maggior partecipazione da parte dell’intera comunità, compresi i deleganti.

Un altro punto a favore del PoS sta nel risparmio energetico.
Qui c’è davvero poco su cui discutere: questo algoritmo è decisamente più efficiente del Proof-of-Work.
Non dovendo risolvere alcun calcolo, la potenza computazionale necessaria per validare un blocco è ridotta. Di conseguenza, cala drasticamente anche la domanda di energia.
In contemporanea, i requisiti a livello hardware sono piuttosto contenuti.

Passiamo a quello che è forse il vantaggio principale del Proof of Stake: la scalabilità.
Il più grande limite di Bitcoin sta nella scarsa capacità di rispondere a una crescente domanda di utilizzo. Infatti, il Proof-of-Work necessita di tempo per chiudere le transazioni. Inoltre, in media non può gestirne più di 3-5 al secondo. Non è quindi una chain adatta alla richiesta di operazioni rapide e numerose.
Quando si ha bisogno di scalabilità, le soluzioni sono due: un layer-2 come Lightning Network; una chain Proof-of-Stake.
Quest’ultima consente di processare migliaia di transazioni per secondo. Inoltre, è davvero adattabile. Ciò rende i network PoS perfetti per applicazioni aziendali, DeFi, gaming, pagamenti e tanto altro.

Proseguendo su quanto appena scritto, un altro punto forte è proprio quello dell’adattabilità.
Una chain PoS è versatile e difficilmente non calzerà a una specifica realtà. Pensiamo a Solana: dispone di ottime piattaforme DeFi (vedi Raydium), marketplace NFT (OpenSea e Blur) e progetti gaming come Star Atlas.

Chiudiamo con la sicurezza.
L’algoritmo Proof-of-Stake dispone di un’elevata tolleranza a eventuali nodi malevoli. Finché i cattivi non avranno il controllo su almeno il 51% del totale in stake, la chain sarà al riparo da qualsiasi attacco. Seppur non impossibile, stiamo parlando di cifre enormi. Appare quindi improbabile che qualcuno possa agire in questo modo. Esiste comunque un’eccezione, la vedremo tra poco.

Oltre ai numerosi pro, dobbiamo tenere in considerazione anche i contro.

Innanzitutto, serve una coin nativa da mettere in stake. Perciò, il team di sviluppo dovrà collaborare con degli exchange come Binance, metterla in vendita e sborsare consistenti cifre in marketing; il tutto sperando che il pubblico risponda bene. Nei network Proof-of-Work, ciò non è necessario: agli inizi, chiunque può minare coin e validare transazioni.

Spostiamo il focus sulla sicurezza.
Abbiamo menzionato l’improbabilità che una chain Proof of Stake venga compromessa.
Però, realtà molto giovani e a bassa capitalizzazione potrebbero essere manipolate: un conto è impadronirsi di Avalanche, un altro è attaccare un network dotato di pochi milioni circolanti. Stiamo quindi attenti a investire su progetti appena nati perché qualche rischio in questo senso c’è.

"Non limitamoci a considerare i tanti pro: ragioniamo anche sui contro prima di investire su un determinato progetto"

Proof-of-Stake: il miglior compromesso?

Dopo quanto visto ci viene in mente una domanda: l’algoritmo di consenso Proof-of-Stake è il miglior compromesso in circolazione?

Abbiamo detto che il Proof-of-Work è ottimo ma appesantito da limitazioni. L’elevata richiesta energetica e la scarsa scalabilità sono piuttosto penalizzanti.

Al tempo stesso, il PoS presenta comunque qualche criticità che abbiamo menzionato.

Tra queste realtà sorgono numerose declinazioni pensate per superarne limiti e difetti.

In verità, non esiste l’algoritmo di consenso perfetto: ciascuno possiede specifici pro e contro. Non si può quindi dire “A è meglio di B” perché tutto dipende dai casi d’uso del progetto. Per esempio, una blockchain pensata per i pagamenti dovrà essere necessariamente rapida. Perciò, L’algoritmo PoW non sarebbe la scelta migliore.

Concludendo, il Proof of Stake è un ottimo algoritmo di consenso che necessita di qualche ritocco per essere perfetto. Del resto, migliorare ed evolversi è alla base di qualsiasi settore, blockchain inclusa.

Vuoi approfondire quanto trattato? Da’ un’occhiata a questo video per diventare un vero esperto del Proof-of-Stake.