Introduzione all'algoritmo di consenso Proof of Work
Il tema che stiamo per approfondire è uno dei principali del nostro settore: l’algoritmo di consenso Proof of Work.
Nel mondo blockchain e crypto, alcuni concetti si ripetono continuamente in video, articoli e podcast.
Soprattutto i nuovi arrivati possono confondersi: molti di questi temi sono piuttosto difficili da comprendere agli inizi. Tra di essi, troviamo tutto ciò che riguarda il consenso e l’approvazione di nuove transazioni. Il Proof-of-Work fa parte proprio di questo gruppo.
In realtà, se illustrati evitando troppi tecnicismi, gli algoritmi di consenso non sono così complessi da assimilare. Nell’approfondimento che segue faremo esattamente questo: conosceremo il Proof-Of-Work in semplicità ma senza lasciare nulla per strada.
Il meccanismo di cui stiamo per parlare è il padre di tutti gli altri, nonché impiegato dalla regina delle criptovalute: bitcoin. Capire cos’è e come funziona è quindi un must have per tutti i cripto-investitori.
Indice
Che cos'è un algoritmo di consenso?
Prima di addentrarci nei dettagli del Proof-Of-Work, dobbiamo capire che cos’è un algoritmo di consenso e quali sono le sue funzioni.
Come sappiamo, la blockchain è un particolare database che si caratterizza per essere decentralizzato. Questa tecnologia è alla base di criptovalute, smart contract, DeFi e ulteriori applicazioni industriali, aziendali e istituzionali. Per comprendere alcuni passaggi che seguiranno, dovremmo sapere bene che cos’è una blockchain.
In un contesto privo di autorità centrale, diventa fondamentale garantire che le informazioni contenute nel database siano corrette. L’algoritmo di consenso ha questo compito: coordinare le parti coinvolte nel network e assicurare che tutti quanti concordino su un determinato evento. Quest’ultima osservazione deve valere anche nel momento in cui qualcuno la pensi diversamente.
Cerchiamo di capire meglio.
In un ambiente decentralizzato, le persone che lo compongono non si conoscono (né mai lo faranno probabilmente). Perciò, lo scenario ospita parti che non si fidano tra di loro.
Il database è distribuito a tutti i partecipanti e non custodito in un solo luogo. Quindi, chiunque deve possedere una copia dello stesso, ovviamente identica a tutte le altre. Se così non fosse, la blockchain non potrebbe esistere: le informazioni discordanti non devono trovare spazio.
Perciò, il sistema è interessante ma ricco di difficoltà da superare.
L’algoritmo di consenso è ciò che mantiene l’equilibrio e assicura il regolare operato del network.
Il meccanismo funziona in questo modo:
- Ciascuna transazione non avviene nell’immediato ma necessita di validazione.
- Chi vuole aggiungere un nuovo blocco alla chain, autenticando le operazioni in esso contenute, deve mettere in gioco qualcosa. Può trattarsi di una somma in criptovalute, la spesa in energia computazionale o altro. Così facendo, si ha interesse a proporre solo blocchi validi, privi di manipolazioni e false informazioni. In caso contrario, ciò che è stato messo in gioco (stake) andrebbe perso. Insomma, i vantaggi di un’azione malevola sarebbero inferiori agli svantaggi.
- Proponendo un nuovo blocco si ottiene una reward. Ecco perché si ha interesse a “scommettere” con lo stake: c’è un guadagno da raggiungere e intascare.
L’algoritmo di consenso è questo: un sistema che incentiva a proporre solo blocchi corretti tramite dei premi. Al contrario, chi dovesse fornire informazioni errate ne subirebbe le conseguenze, incassando un danno economico e/o reputazionale.
Ripetiamo che ciascun blocco contiene un insieme di transazioni avvenute sulla blockchain. Di fatto, il meccanismo assicura che nessuno spenda più di una volta una certa cifra, oppure tenti di manipolare in altro modo i saldi propri e altrui.
Grazie all’algoritmo di consenso, il database che viene distribuito è sempre corretto. La capacità di reggere ad azioni malevoli ed errate è elevatissima: ad esempio, per far passare un blocco manipolato su Bitcoin dovremmo possedere talmente tanta forza computazionale da dover spendere una cifra enorme in elettricità (nonché in impianti).
Ecco che abbiamo spiegato in poche righe come sia possibile distribuire un database a un numero potenzialmente infinito di persone, evitando centralizzazioni e assicurando comunque l’esattezza dei dati contenuti.
Cosa si intende per Proof of work?
Il Proof-of-Work è l’algoritmo di consenso che comporta ciò che viene definito mining.
Come dicevamo in precedenza, il suo compito è garantire la correttezza di ciascuna transazione sulle blockchain che lo impiegano.
Il network più famoso in assoluto ad appoggiarsi al Proof-of-Work è Bitcoin, leader incontrastato nel settore crypto.
Scopriamo quindi come funziona questo importante meccanismo.
L’algoritmo Proof-of-Work fu introdotto per la prima volta da Satoshi Nakamoto nel suo Bitcoin Whitepaper del 2008.
Il concetto che sta alla base è semplice: vuoi validare un blocco? Bene, allora devi provare il tuo impegno nel farlo, in modo tale che tutto il network possa essere tutelato da azioni malevole e scorrette. Da questo esempio un po’ terra-terra nasce il termine Proof-of-Work, per l’appunto tradotto letteralmente in “Prova-del-lavoro”.
Qualsiasi nodo desideri partecipare al processo di validazione deve rimboccarsi le maniche.
Il Proof-of-Work chiede ai miners di risolvere un complesso calcolo probabilistico; il primo a riuscirci è colui che valida il nuovo blocco (e ottiene la ricompensa).
Per risolvere il calcolo, i miners di successo utilizzano speciali computer chiamati ASIC. Queste macchine non fanno altro che provare in continuazione delle combinazioni di numeri e lettere (crittografia SHA-256) fino al momento in cui non viene trovata quella al di sotto di un certo limite, risolvendo il problema proposto.
Questo meccanismo serve appunto per impedire manomissioni del network: la validazione comporta spese ingenti in macchinari ed energia elettrica, non sarebbe conveniente agire in modo malevolo, perderemmo solo soldi.
Maggiore è la potenza di calcolo a disposizione, superiori saranno le possibilità di “aggiudicarsi la battaglia” contro tutti gli altri miners.
Alla validazione del blocco, il vincitore riceve una certa quantità di bitcoin come ricompensa e la soluzione viene distribuita agli altri nodi. È qui che il sistema chiude il cerchio e ha senso: l’incentivo economico spinge a partecipare.
L’emissione di un nuovo blocco crea nuovi BTC, azione nota con il termine mining perché di fatto si estraggono nuovi esemplari della moneta.
Oggi, il 91% di questa criptovaluta è già in circolazione. Ogni quattro anni, il fenomeno chiamato halving dimezza l’emissione. Gli ultimi bitcoin verranno minati nel 2140.
Ricapitoliamo quindi i punti fondamentali dell’algoritmo Proof-of-Work:
- Esso richiede come stake la potenza computazionale e, di conseguenza, anche un certo dispendio energetico. Chi sostiene questa spesa ha tutto l’interesse a fare le cose per bene;
- Grazie alla sua costruzione, garantisce che nessuna transazione errata possa farla franca;
- Alla validazione del blocco, nuovi bitcoin (o altre crypto) vengono emessi;
- Il Proof of Work è l’algoritmo di consenso più sicuro ma anche quello meno efficiente.
Quali sono le criptovalute proof of work?
Oltre a BTC, altre coin utilizzano questo meccanismo, tra cui Litecoin, Dogecoin e Monero. Stesso discors oper i fork di Bitcoin come Bitcoin Cash.
Fino a settembre 2022, anche la blockchain Ethereum si basava su questo algoritmo. Dopodiché fu sancito il passaggio al meccanismo Proof-of-Stake. Una scelta che ha diverse motivazioni, tra cui le performance superiori, aspetto fondamentale per questo network.
Bitcoin resta invece fedele al PoW: un po’ lento e macchinoso, ma dalla sicurezza estrema. Poi, per maggiori performance, si può sempre fare affidamento su Lightning Network.
Mining, Bitcoin, energia e ambiente
Il Proof-of-Work è spesso vittima di attacchi da parte di Istituzioni, Stati e anche persone comuni.
Il motivo sta proprio nel suo funzionamento perché i problemi da risolvere sono complessi e richiedono potenza di calcolo. A sua volta, essa necessita di tanta energia elettrica. Da questa osservazione hanno preso vita correnti che definiscono Bitcoin (e il Proof of Work in generale) inquinante e dall’impatto ambientale eccessivo.
Tutto ciò è vero o si sta esagerando?
Partiamo da due considerazioni.
La prima è che sì, effettivamente il Proof of Work è un algoritmo piuttosto vampiro in termini energetici. Al tempo stesso, bisogna però vedere da dove proviene questa corrente e come viene prodotta. Se si bruciano migliaia di tonnellate di carbone, gas o petrolio si inquina; se invece si utilizzano fonti rinnovabili, non si pone il problema.
Passando alla seconda, qualsiasi cosa ha un impatto. Il trasporto aereo? Inquina. L’industria? Inquina. Il sistema bancario tradizionale? Pure lui inquina.
L’aspetto cruciale è il seguente: l’energia richiesta (e l’inquinamento prodotto) vale la candela? Ciò che necessita questa spesa è utile e vantaggioso? Oppure non serve a nulla?
Il traffico aereo è senza dubbio utile, così come lo sono l’industria e le banche.
Quindi, le criptovalute sono uno spreco o portano qualcosa di positivo? Concentrandoci sulle principali, per noi la risposta è scontata: sono asset che donano valore aggiunto e che potrebbero rivoluzionare il modo di pagare, ricevere soldi e fare affari. Probabilmente non dovremmo neppure usare il condizionale.
In aggiunta, blockchain e crypto sarebbero in grado di risparmiarci tante azioni costose, banalmente: diminuzione delle transazioni sui circuiti standard, meno impiego di carta, riduzione dei viaggi necessari per apporre una semplice firma su un contratto.
Ciò non toglie il fatto che l’impatto energetico e ambientale andrebbe ridotto il più possibile. Però, molti non lo sanno, questa cosa si sta già portando avanti. Ad esempio, da quando la Cina ha bandito le crypto, il mining si è trasferito in Paesi che producono energia elettrica più pulita, come gli Stati Uniti.
I dati del Bitcoin Mining Council non mentono: Bitcoin è molto più virtuoso dei principali Stati, guardare per credere.
In alcuni casi, il mining però contribuisce a mettere in difficoltà l’approvvigionamento di energia.
Anche in questi contesti, non tutto deve però essere imputato alle criptovalute: come mostra quest’altro grafico del Bitcoin Mining Council, spesso sono obsolescenza e arretratezza di linee e impianti a creare blackout e carenza di corrente elettrica.
Insomma, il Proof-of-Work garantisce la massima sicurezza ma non è efficiente, di questo ne siamo consapevoli. Oltre ai consumi, le blockchain che lo impiegano non sono per nulla scalabili.
Al tempo stesso, è però scorretto far passare questo algoritmo di consenso come il responsabile di tutti i problemi energetici e ambientali del pianeta: si è proprio fuoristrada.
Oggi, numerose blockchain sfruttano algoritmi più performanti, come il Proof-of-Stake. Il problema principale è legato agli standard di sicurezza, inferiori rispetto al PoW ma comunque piuttosto robusti.
Con il passare del tempo, potremmo assistere alla migrazione di diversi network verso soluzioni più scalabili, rapide ed economiche. Se ben studiate, queste azioni sarebbero certamente positive.
Ci auguriamo però che ciò non avvenga a causa di pressioni ingiustificate: deve essere un processo naturale, condiviso e adeguatamente pianificato.
"Spesso demonizzato, l'algoritmo di consenso Proof of Work non è il male del mondo intero"
Proof of Work, l'algoritmo per eccellenza
C’è davvero poco da aggiungere: il Proof-of-Work è l’algoritmo di consenso per eccellenza.
Seppur dotato di punti deboli, a distanza di tanti anni dall’ideazione resta ancora la soluzione più sicura in assoluto.
Contemporaneamente, questo algoritmo è anche piuttosto semplice se confrontato ad altre realtà.
Bitcoin è il network simbolo del PoW e diciamolo, chi non sogna di minare coin come se non ci fosse un domani?
Nonostante qualche attacco da più parti, il Proof of Work è stabilmente con noi. Ci auguriamo di avere la sua compagnia ancora per tanti anni a venire.
Desideri approfondire? Questo video fa proprio al caso tuo.
