Protocollo blockchain Cardano: perché Proof-of-Stake?

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In questo articolo, spiegheremo quali protocolli Proof-of-Stake (PoS) stanno confrontando il loro funzionamento di base con i noti protocolli Proof-of-Work (PoW).

(Jun 17, 2020)

Protocolli Proof of Work (PoW) che attualmente alimentano la maggior parte dei progetti crittografici quali Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, ecc.
Questo ci aiuterà a capire meglio perché gli algoritmi di consenso PoS sembrano avere un futuro migliore rispetto a PoW nel cripto-ecosistema e perché Cardano ha deciso di sviluppare il proprio protocollo su misura; Ouroboros .

Nozioni di base

Bitcoin utilizza enormi quantità di energia per proteggere la sua rete.
Ma perché consuma tutta questa energia e quali potrebbero essere le alternative?

Lestrazione di nuovi bitcoin e la protezione della rete richiedono molti potenza di calcolo grazie al suo algoritmo chiamato “Proof-of-Work” (PoW).
Lalgoritmo Bitcoin PoW funziona facendo in modo che tutti i nodi della rete risolvano lo stesso puzzle crittografico.
I nodi che risolvono il puzzle sono indicati come minatori e il primo a trovare la soluzione ottiene la ricompensa; una certa quantità di Bitcoin (numero che diminuisce ogni 4 anni dopo un “dimezzamento”).

Nel 2011 un Lutente del forum Bitcointalk chiamato QuantumMechanic ha proposto una tecnica che ha chiamato “proof-of-stake”.
Lidea è che consentire a tutti di utilizzare il computer il potere di competere gli uni contro gli altri con il mining per proteggere la rete è uno spreco .
Invece la proof-of-stake utilizza un processo di elezione in cui un nodo viene scelto casualmente per convalidare il blocco successivo.
Il Proof-of-stake (PoS) non ha minatori ma ha invece dei “validatori” e non consente alle persone di “estrarre” i blocchi ma “coniare” o “produrre” blocchi.

I validatori di blocchi non vengono scelti in modo completamente casuale.
Per diventare un validatore, un nodo deve depositare una certa quantità di token nativi della blockchain nella rete in gioco (che può essere visto come un deposito cauzionale).
Se viene scelto un nodo per convalidare il blocco successivo, verificherà la validità di tutte le transazioni allinterno del blocco .
Se tutto è a posto out, il nodo si disconnette dal blocco e lo aggiunge alla blockchain; ha prodotto un nuovo blocco.

Come ricompensa il nodo riceve tutte o una frazione delle commissioni associate a ciascuna transazione, che dipende dal PoS protocols .

La dimensione dello stake determina le possibilità che un validatore venga scelto per coniare il blocco successivo. Più token hai puntato nella rete, maggiori sono le possibilità di produrre un nuovo blocco.
Questo potrebbe sembrare ingiusto perché tende a favorire entità ricche che possiedono molti token, ma in realtà è più equo dei protocolli PoW.
In effetti, con PoW le grandi entità / aziende minerarie possono beneficiare delle economie di scala.
Il prezzo che pagano per le attrezzature minerarie e lelettricità non aumenta in modo lineare. Invece più acquistano, migliori sono i prezzi che possono ottenere.
Il prezzo che pagano per lattrezzatura mineraria e lelettricità non aumenta in modo lineare. Invece più acquistano, migliori sono i prezzi che possono ottenere .

Fonte : 3IQ Research Group
Fonte: 3IQ Research Group

Consumo di energia

I protocolli PoW offrono più premi a i minatori più avanzati e meglio attrezzati. Maggiore è la velocità di hash (potenza di calcolo), maggiore è la possibilità di creare il blocco successivo e ricevere la ricompensa .

Se i minatori vogliono aumentare ulteriormente le loro possibilità, dovrebbero riunirsi in quelli che vengono chiamati “pool minerari”. In questo modo, combinano i loro tassi di hashing e distribuiscono la ricompensa in modo uniforme a tutti i membri del pool.
Ciò ha portato a una gara in cui le aziende strutturate hanno sostituito i primi nodi fai-da-te creando aziende minerarie sempre più grandi dotate di dispositivi di mining dedicati (come come ASIC).

Secondo Digiconomist , i minatori di bitcoin da soli utilizzano circa 60 TWh di elettricità, sufficiente per alimentare un intero paese come la Grecia (11 milioni di abitanti).

Fonte: Digiconomist (Giugno 2020)

Quindi le differenze tra Proof-of-work e Proof-of-stake sono piuttosto importanti.
Proof-of-stake non consente a tutti di estrarre nuovi blocchi, quindi non cè concorrenza tra i validatori e nessuna corsa per la potenza di calcolo. Pertanto utilizza molta meno energia.
Ad esempio, e secondo Charles Hoskinson, CEO di IOHK, lintera Blockchain Cardano potrebbe essere alimentata utilizzando solo 10 kW (potenza necessaria per poche case) che ridurrebbe il consumo di energia di un milione di volte rispetto alla blockchain di Bitcoin.

Decentralizzazione

Come abbiamo visto sopra, con i protocolli proof-of-work abbiamo qualcosa chiamato mining farm in cui i minatori si uniscono per aumentare le loro possibilità di produrre nuovi blocchi e quindi raccogliere ricompense.
Ormai, questi pool controllano grandi porzioni della blockchain bitcoin. Ciò significa che in qualche modo centralizzano il processo di mining e questo è pericoloso.
Se le più grandi mining farm si unissero, avrebbero una quota di maggioranza nella rete e potrebbero iniziare ad approvare attività fraudolente transazioni . La blockchain correlata perderebbe immediatamente tutta la sua credibilità e verrebbe abbandonata.

Impostare un nodo e diventare un validatore in una blockchain basata su proof-of-stake è molto meno costoso rispetto a un proof- quello basato sul lavoro.
Le persone interessate non hanno bisogno di un enorme investimento in costose attrezzature minerarie e quindi il proof-of-stake incoraggia più persone a creare un nodo, rendendo la rete più decentralizzata e anche più sicura.

Per riassumere: i protocolli Proof of Work spingono i miner a utilizzare enormi quantità di energia e incoraggiano luso di mining pool che rendono la blockchain più centralizzata invece del suo obiettivo iniziale di raggiungere il decentramento.

PoS tendono ad essere più equi di quelli PoW, evitando intrinsecamente grandi conglomerati. Inoltre, ogni protocollo PoS (come Cardano con il suo Il parametro di saturazione del pool ) potrebbe aggiungere regole complementari per mitigare la predominanza di validatori che hanno troppa influenza nella rete.
Lobiettivo principale è sempre lo stesso, raggiungere la decentralizzazione.

Scalabilità

I protocolli PoW hanno dimostrato di avere una grande debolezza evitando di raggiungere ladozione di massa e lutilità come sistema di pagamento globale: la scalabilità.

La scalabilità stessa consiste in tre problemi principali che devono essere risolti:
– transazioni al secondo,
– larghezza di banda di rete,
– spazio di archiviazione.

Le transazioni al secondo sono le più ovvie e qui ci concentreremo solo su questo aspetto.
La premessa di base è semplice : affinché una criptovaluta diventi un sistema di pagamento globale, devi essere in grado per gestire molte transazioni al secondo .

Come confronto quando il sistema Visa può procedere fino a 5000 transazioni al secondo (TPS). Bitcoin consente solo fino a 7 TPS.

Durante la “cripto pompa” di fine 2017, lenorme aumento dei volumi di transazioni Bitcoin ha mostrato la debolezza del protocollo, ci sono voluti giorni per convalidare alcune transazioni e inserirle nel blockchain. Il potenziale di adozione di Bitcoin è attualmente ostacolato dalla sua scalabilità.

Alcuni progetti hanno sviluppato protocolli (come Ouroboros di Cardano) che risolvono questo problema adottando PoS invece di PoW.
Come abbiamo visto, il protocollo Cardano PoS lo fa non permettere a tutti di competere producendo nuovi blocchi. Invece, la rete sceglie alcuni nodi per coniare i blocchi successivi; questi nodi sono chiamati “slot leader”.
Per far funzionare tutto questo, Cardano divide il tempo in epoche e quelli in slot.
Gli slot sono definiti come un breve periodo di tempo in cui è possibile creare un blocco.
La rete quindi sceglie un leader di slot per ogni slot, e questo è lunico che può produrre il blocco per quel particolare slot.
I leader di slot ascoltano le nuove transazioni, le verificano e poi le inseriscono in un nuovo blocco .
Questa tecnica rende Cardano altamente scalabile perché il protocollo potrebbe aumentare il numero di slot per epoca e inoltre potrebbe eseguire più epoche in parallelo, se necessario.

Il direttore del Blockchain Laboratory dellUniversità di Edimburgo, Aggelos Kiayias, afferma che Cardano scalabilità , Ouroboros Hydra , consentirebbe un numero quasi infinito di transazioni al secondo che infrangerebbe lattuale barriera principale alladozione di massa delle criptovalute.

51\% di attacchi

Un altro problema potrebbe verificarsi in un sistema blockchain se si acquista, si possiede o si ha il controllo sulla maggior parte dei token e si mette in stake nella rete. Può quindi manipolarlo efficacemente consentendo e approvando transazioni false.
Questo è chiamato attacco del 51\% ed è anche discusso come un punto debole degli algoritmi PoW.

Se un singolo minatore o gruppo di minatori può ottenere il 51\% della potenza di hashing, può controllare e manipolare efficacemente la blockchain.

Prova- of-stake daltra parte potrebbe rendere questo attacco molto improbabile, ma questo dipende dal valore complessivo di una criptovaluta.
Come nel giugno 2020, se Bitcoin passasse al PoS, acquisire il 51\% di tutte le monete costerebbe di più di 85 miliardi di dollari. Quindi, lattacco del 51\% è meno probabile che avvenga con PoS.
Nel frattempo, trattenere il 51\% di ada costerebbe “solo” oltre 1 miliardo di dollari … Ciò lascia i giovani progetti PoS particolarmente deboli nelle loro prime fasi di sviluppo.

In che modo Cardano affronta questi problemi?

In breve: il consenso proof-of-stake affronta alcune questioni rispetto alla proof-of-work, ma comporta anche alcuni rischi aggiuntivi che devono essere valutati , compreso e mitigato.

Fin dallinizio, i team di Cardano hanno lavorato in quella direzione per sostenere i principali problemi identificati durante lesecuzione di un protocollo PoS e per superarli.
Per fare ciò, Cardano ha utilizzato un approccio diverso rispetto ad altri progetti di criptovaluta perché è costruito su documenti sottoposti a revisione paritaria . In altre parole, un approccio accademico.

Quindi, invece di scrivere un white paper e implementarlo direttamente nel codice, il team di Cardano si assicura che gli esperti di tutto il il mondo legge i loro articoli, li migliora e concorda con il risultato . Ciò garantisce la qualità e la robustezza del protocollo, ma richiede anche molto tempo ed è correlato al tag “sempre in ritardo” che si attacca al progetto Cardano.

Durante le diverse fasi di test, i team di sviluppo hanno implementato la loro ricerca e ha dimostrato di essere in grado di affrontare la maggior parte delle questioni sollevate sopra.
Per il rilascio di Shelley (estate 2020), la maggior parte dei parametri sono stati testati e determinati al fine di portare più sicurezza possibile alla rete.
Inoltre tutti questi parametri sono regolabili nel tempo e daranno al protocollo tutta lautonomia necessaria per la sua evoluzione e adattamento alle esigenze future: decentralizzazione, sicurezza, sobrietà e scalabilità .

Prova dellAfrica [POA] è un motore di adozione africano basato su stakepool .

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