Una (breve) guida ai protocolli di consenso blockchain

Si sente molto parlare di come le blockchain pubbliche cambieranno il mondo, ma per funzionare su scala globale, un registro pubblico condiviso ha bisogno di un algoritmo di consenso funzionale, efficiente e sicuro.

Un algoritmo di consenso, come quello di Bitcoinprova di lavoro ( ONE di cui sentiamo parlare più spesso) fa due cose: garantisce che il blocco successivo in una blockchain sia l' ONE versione della verità e impedisce a potenti avversari di far deragliare il sistema e di biforcare con successo la catena.

Nella proof of work, i minatori competono per aggiungere il blocco successivo (un set di transazioni) nella catena, correndo per risolvere un puzzle crittografico estremamente difficile. Il primo a risolvere il puzzle, vince la lotteria. Come ricompensa per i suoi sforzi, il minatore riceve 12,5 bitcoin appena coniati e una piccola commissione di transazione.

Tuttavia, nonostante sia di per sé un capolavoro, la proof of work di Bitcoin T è del tutto perfetta.

Le critiche più comuni includono il fatto che richiede enormi quantità dienergia computazionale, che non è ben scalabile (la conferma della transazione richiede circa 10-60 minuti) e che la maggior parte del mining è centralizzata in aree del mondo in cui l'elettricità è economica.

Il creatore Bitcoin , Satoshi Nakamoto, ci ha fatto scoprire il potenziale della blockchain, ma ciò T significa che T possiamo KEEP a cercare algoritmi di consenso più rapidi, meno centralizzati e più efficienti dal punto di vista energetico per portarci nel futuro.

Sebbene l'elenco non sia esaustivo, ecco alcuni degli approcci alternativi che circolano.

Prova di partecipazione

L'alternativa più comune alla proof of work è la proof of stake.

In questo tipo di algoritmo di consenso, invece di investire in costose apparecchiature informatiche in una corsa all'estrazione di blocchi, un "validatore" investe nelle monete del sistema.

Nota il termine validatore. Questo perché non esiste alcuna creazione di monete (mining) nella proof of stake. Invece, tutte le monete esistono dal ONE giorno e i validatori (chiamati anche stakeholder, perché detengono una quota nel sistema) vengono pagati rigorosamente in commissioni di transazione.

Nella proof of stake, le tue possibilità di essere scelto per creare il blocco successivo dipendono dalla frazione di monete nel sistema che possiedi (o che hai accantonato per lo staking). Un validatore con 300 monete avrà tre volte più probabilità di essere scelto di qualcuno con 100 monete.

Una volta che un validatore crea un blocco, quel blocco deve ancora essere impegnato nella blockchain. Diversi sistemi proof-of-stake variano nel modo in cui gestiscono questo. In Tendermint, ad esempio, ogni nodo nel sistema deve firmare un blocco finché non viene raggiunto un voto di maggioranza, mentre in altri sistemi viene scelto un gruppo casuale di firmatari.

Ora, ci imbattiamo in un problema. Cosa scoraggia un validatore dal creare due blocchi e richiedere due serie di commissioni di transazione? E cosa scoraggia un firmatario dal firmare entrambi i blocchi? Questo è stato chiamato 'niente in gioco' problema. Un partecipante che non ha nulla da perdere non ha motivo di non comportarsi male.

Nel fiorente campo di 'cripto-economia', gli ingegneri della blockchain stanno esplorando modi per affrontare questo e altri problemi. ONE risposta è quella di richiedere a un validatore di bloccare la propria valuta in una sorta di caveau virtuale.

Se il validatore tenta di effettuare una doppia firma o di biforcare il sistema, le monete in questione vengono tagliate.

Peercoin è stata la prima moneta a implementare la proof of stake, seguita da blackcoin e NXT. Ethereum attualmente si basa sulla proof of work, ma sta pianificando di passare alla proof of stake all'inizio del 2018.

Prova di attività

Per evitare l'iperinflazione (cosa che accade quando una quantità eccessiva di una valuta inonda il sistema), Bitcoin produrrà solo 21 milioni di bitcoin. Ciò significa che, a un certo punto, il sussidio per la ricompensa dei blocchi Bitcoin terminerà e i minatori Bitcoin riceveranno solo commissioni di transazione.

Alcuni hanno ipotizzato che ciò potrebbe causare problemi di sicurezza derivanti da un 'tragedia dei beni comuni', dove le persone agiscono per interesse personale e rovinano il sistema. Quindi,prova di attività è stato creato come una struttura di incentivo alternativa per Bitcoin. La proof of activity è un approccio ibrido che combina sia la proof of work che la proof of stake.

Nella proof of activity, il mining inizia in un tradizionale stile proof of work, con i minatori che si sfidano per risolvere un puzzle crittografico. A seconda dell'implementazione, i blocchi estratti non contengono alcuna transazione (sono più simili a template), quindi il blocco vincente conterrà solo un'intestazione e l'indirizzo di ricompensa del minatore.

A questo punto, il sistema passa alla proof of stake. In base alle informazioni nell'intestazione, viene scelto un gruppo casuale di validatori per firmare il nuovo blocco. Più monete possiede un validatore nel sistema, più è probabile che venga scelto. Il modello diventa un blocco a tutti gli effetti non appena tutti i validatori lo firmano.

Se alcuni dei validatori selezionati non sono disponibili per completare il blocco, viene selezionato il blocco vincente successivo, viene scelto un nuovo gruppo di validatori e così via, finché un blocco non riceve la quantità corretta di firme. Le commissioni vengono divise tra il miner e i validatori che hanno firmato il blocco.

Le critiche alla proof of activity sono le stesse sia della proof of work (è richiesta troppa energia per estrarre blocchi) sia della proof of stake (non c'è nulla che impedisca a un validatore di firmare due volte).

Decred è l'unica moneta che al momento utilizza una variante della prova di attività.

Prova di bruciatura

Con la prova di burn, invece di investire denaro in costose apparecchiature informatiche, "bruci" le monete inviandole a un indirizzo in cui sono irrecuperabili. Impegnando le tue monete in un'isola sperduta, guadagni il privilegio a vita di estrarre sul sistema in base a un processo di selezione casuale.

A seconda di come viene implementata la proof of burn, i miner possono bruciare la valuta nativa o la valuta di una catena alternativa, come Bitcoin. Più monete bruci, maggiori sono le possibilità di essere selezionato per estrarre il blocco successivo.

Nel tempo, la tua posta in gioco nel sistema diminuisce, quindi alla fine vorrai bruciare più monete per aumentare le tue probabilità di essere selezionato nella lotteria. (Questo imita il processo di mining di bitcoin, in cui devi investire continuamente in apparecchiature informatiche più moderne per mantenere la potenza di hashing.)

Sebbene la proof of burn sia un'alternativa interessante alla proof of work, il protocollo spreca comunque risorse inutilmente. Un'altra critica è che il potere di mining va semplicemente a coloro che sono disposti a bruciare più soldi.

L'unica moneta che usa la proof of burn è slimcoin, una Criptovaluta basata su peercoin. Usa una combinazione di proof of work, proof of stake e proof of burn, ma è solo semi-attivo in questo momento.

Prova di capacità

Come abbiamo visto, la maggior parte di questi protocolli alternativi impiega un qualche tipo di schema pay-to-play. La proof of capacity non è diversa, ma qui si "paga" con lo spazio su disco rigido. Più spazio su disco rigido si ha, maggiori sono le possibilità di estrarre il blocco successivo e guadagnare la ricompensa del blocco.

Prima di effettuare il mining in un sistema proof-of-capacity, l'algoritmo genera grandi set di dati noti come "plot", che puoi archiviare sul tuo disco rigido. Più plot hai, maggiori sono le tue possibilità di trovare il blocco successivo nella catena.

Investendo terabyte di spazio su disco rigido, si acquista una migliore possibilità di creare blocchi duplicati e di biforcare il sistema. Ma con la prova della capacità, abbiamo ancora il problema del fatto che non c'è nulla in gioco che possa scoraggiare i malintenzionati.

Le varianti della prova di capacità includono la prova di stoccaggio eprova di spazioBurstcoin è l'unica Criptovaluta a utilizzare una forma di prova di capacità.

Prova del tempo trascorso

Il produttore di chip Intel ha ideato un proprio protocollo di consenso alternativo chiamatoprova del tempo trascorsoQuesto sistema funziona in modo simile alla prova del lavoro, ma consuma molta meno elettricità.

Inoltre, invece di far risolvere ai partecipanti un puzzle crittografico, l'algoritmo utilizza un ambiente di esecuzione attendibile (TEE), come SGX, per garantire che i blocchi vengano prodotti in modo casuale, ma senza il lavoro richiesto.

L'approccio di Intel si basa su un tempo di attesa garantito fornito tramite TEE. Secondo Intel, l'algoritmo poof-of-elapsed-time scala su migliaia di nodi e funzionerà in modo efficiente su qualsiasi processore Intel che supporti SGX.

L' ONE problema di questo protocollo è che richiede di riporre fiducia in Intel. E T è forse questo che cercavamo di evitare con le blockchain pubbliche?

Immagine di palline di gommatramite Shutterstock