Cos'è la congestione della rete blockchain?

Basics

La congestione della rete in una blockchain si verifica quando il volume delle transazioni supera la capacità della rete di processarle in modo efficiente. Tra i fattori che contribuiscono alla congestione vi sono un picco di attività nelle transazioni, dimensioni di blocco limitate e tempi di conferma dei blocchi ritardati. Le implicazioni della congestione di rete possono essere significative, portando a commissioni di transazione più elevate, tempi di conferma più lunghi e una esperienza utente non ottimale. Un esempio evidente si è verificato nella primavera del 2023, quando la rete Bitcoin ha subito congestione a causa dell'aumento delle attività di transazione legate ai token BRC-20. Di conseguenza, le transazioni in attesa si sono accumulate e le commissioni hanno raggiunto livelli senza precedenti.

How Does Blockchain Network Congestion Happen?

La congestione di rete si manifesta quando il volume delle transazioni supera la capacità di elaborazione della rete. Diversi fattori, inclusi elementi esterni come la volatilità del mercato e caratteristiche intrinseche della rete, come la dimensione dei blocchi e il tempo di generazione dei blocchi, influenzano questo fenomeno. Prima di entrare nei dettagli, è fondamentale capire come vengono aggiunti i blocchi alla blockchain.

Blockchain Technology: How Does It Work?

Al centro della tecnologia blockchain c'è una serie di blocchi interconnessi, in cui ogni blocco contiene i dati delle transazioni effettuate dagli utenti. Questi blocchi sono indelebili e non modificabili una volta aggiunti alla catena. I blocchi attraversano una rete decentralizzata di nodi, con ciascun nodo che conserva una copia duplicata dell'intera blockchain. Attraverso metodi crittografici e la teoria dei giochi, la blockchain è l'infrastruttura fondamentale per criptovalute popolari come Bitcoin ed Ethereum.

Per comprendere i fattori che contribuiscono alla congestione nelle reti blockchain, è necessario approfondire concetti chiave che influenzano la capacità di elaborazione delle transazioni della rete. Questi concetti includono mempool, blocchi candidati, finalità e il principio della catena più lunga.

What Is a “Mempool”? 

Una mempool funge da deposito per le transazioni non verificate in attesa di essere incluse nel prossimo blocco di una blockchain. Quando un utente avvia una transazione sulla rete Bitcoin, questa attraversa un processo prima di essere registrata in modo permanente sulla blockchain. Inizialmente, la transazione entra nella mempool, che funge da area di attesa temporanea per le transazioni in sospeso. Le transazioni rimangono nella mempool fino a quando non vengono confermate e aggiunte a un blocco. La conferma avviene quando i miner convalidano la transazione includendola in un blocco appena minato. Una volta confermata, la transazione viene rimossa dalla mempool e aggiunta in modo permanente alla blockchain, garantendone l'immutabilità.

What Is a “Candidate Blocks”?

I blocchi candidati, detti anche «blocchi proposti», sono blocchi che i miner o i validatori propongono come possibili aggiunte alla blockchain. Questi blocchi contengono transazioni non confermate trasmesse alla rete ma non ancora incorporate nella blockchain.

Per diventare un blocco confermato, un blocco candidato deve sottoporsi al processo di mining o di validazione dettato dal meccanismo di consenso specifico della blockchain. Nel caso del meccanismo di consenso Proof of Work (PoW) di Bitcoin, i miner competono per risolvere un complesso puzzle matematico. Il primo miner che risolve con successo il puzzle ottiene l'opportunità di aggiungere il proprio blocco candidato alla blockchain e ricevere una ricompensa.

Nel meccanismo di consenso Proof of Stake (PoS) di Ethereum, i validatori vengono scelti casualmente per proporre blocchi candidati. Altri validatori forniscono poi attestazioni per verificare la validità del blocco. Una volta che un blocco candidato riceve sufficienti attestazioni, passa dallo stato di candidato a quello di blocco confermato.

What Does Blockchain "Finality" Mean? 

La finalità nel contesto della blockchain si riferisce allo stato in cui una transazione o un'operazione diventa irrevocabile e non può essere modificata o annullata. Una volta che una transazione raggiunge la finalità, è immutabile e registrata in modo permanente sulla blockchain. La blockchain di Bitcoin trasmette le transazioni alla rete e le aggiunge alla mempool. I miner selezionano e convalidano le transazioni da questo pool e le includono in nuovi blocchi da aggiungere alla blockchain. Le transazioni incluse in un blocco sono considerate confermate, ma esiste ancora una possibilità teorica che altri miner possano minare un blocco concorrente.

Il livello di finalità delle transazioni aumenta man mano che vengono aggiunti altri blocchi alla blockchain. Nel caso di Bitcoin, le transazioni sono generalmente considerate «finali» una volta che sei blocchi aggiuntivi sono stati aggiunti al blocco contenente quelle transazioni. Ethereum, con il suo tempo di blocco più breve, raccomanda un numero maggiore di conferme per raggiungere un livello simile di confidenza nella finalità delle transazioni.

"Longest Chain" Principle: What Is It?

Come spiegato in precedenza, è possibile che più miner producano blocchi validi contemporaneamente, portando a fork temporanei nella blockchain. Il principio della «catena più lunga» afferma che la versione valida della blockchain è determinata dalla quantità di lavoro computazionale investita in essa, tipicamente rappresentata dalla catena di blocchi più lunga. Di conseguenza, i blocchi «validi» sulle catene più corte, spesso chiamati blocchi orfani o stale, vengono scartati e le loro transazioni vengono restituite alla mempool.

Nel caso di Ethereum, il principio della catena più lunga era utilizzato quando la rete operava con il meccanismo di consenso Proof of Work (PoW). Dopo la transizione di Ethereum al Proof of Stake (PoS) nel 2022, la rete ha adottato un algoritmo di scelta del fork aggiornato che valuta il "peso" della catena. Questo peso viene calcolato sulla base della somma cumulativa dei voti dei validatori, considerando i saldi di ether in staking dei validatori.

Blockchain Network Congestion: What Causes It?

La congestione della rete blockchain si verifica quando il volume delle transazioni inviate supera la capacità di elaborazione della rete. Questa congestione può essere attribuita a diversi fattori:

• Aumento della domanda: man mano che più utenti inviano transazioni alla blockchain, il numero di transazioni non confermate nella mempool può superare la capacità di un singolo blocco. Questo è particolarmente rilevante per le blockchain con limiti di dimensione e tempo del blocco. L'aumento della domanda può sorgere a causa di improvvise volatilità dei prezzi che innescano ondate di attività di transazione o di ondate di adozione di massa.
• Dimensione del blocco ridotta: ogni blockchain ha una dimensione di blocco predeterminata che determina il numero massimo di transazioni che possono essere incluse in un blocco. Ad esempio, Bitcoin aveva inizialmente un limite di dimensione del blocco di 1 megabyte. Tuttavia, aggiornamenti come Segregated Witness (SegWit) hanno aumentato il limite teorico della dimensione del blocco a circa 4 megabyte. Se il numero di transazioni supera questo limite, si verifica congestione della rete.
• Tempi di blocco lenti: il tempo di blocco si riferisce all'intervallo tra l'aggiunta di blocchi consecutivi alla blockchain. Ad esempio, Bitcoin mira a un tempo di blocco di circa 10 minuti. Se le transazioni vengono generate più rapidamente e in volumi maggiori rispetto a quanto la rete può gestire, si crea un arretrato di transazioni, contribuendo alla congestione.

In sintesi, la congestione della rete blockchain può sorgere da un aumento della domanda, dalle piccole dimensioni dei blocchi e dai tempi di blocco lenti, ostacolando la capacità della rete di elaborare le transazioni in modo efficiente.

How Does Network Congestion Affect Blockchain?

La congestione della rete blockchain può avere diverse conseguenze negative che interrompono il regolare funzionamento della rete. Queste conseguenze includono:

Increased Transaction Fees

Quando una rete blockchain è congestionata, gli utenti spesso pagano commissioni di transazione più elevate per attirare l'attenzione dei miner e dare priorità alle loro transazioni. Ciò può rendere l'uso della blockchain più costoso, soprattutto per le transazioni di piccolo importo, poiché gli utenti devono pagare commissioni più alte per garantire che le loro transazioni vengano elaborate tempestivamente.

Delayed Transaction Confirmation Times

La congestione della rete può comportare tempi di attesa più lunghi per la conferma e la finalizzazione delle transazioni. A volte, le transazioni possono rimanere non confermate per ore, giorni o anche più a lungo. Tali ritardi possono causare frustrazione tra gli utenti che si aspettano una conferma tempestiva delle proprie transazioni.

Poor User Experience

Commissioni elevate e tempi di conferma lenti incidono notevolmente sull'esperienza utente. Quando gli utenti si trovano ad affrontare commissioni costose e tempi di attesa prolungati, la loro soddisfazione e fiducia nella blockchain possono diminuire. Ciò, a sua volta, può ostacolare l'adozione e l'usabilità della tecnologia blockchain.

Market Volatility

La congestione della rete blockchain può contribuire alla volatilità del mercato. Se molti utenti tentano di vendere le proprie partecipazioni in criptovalute durante un periodo di congestione, ma la rete non riesce a elaborare efficientemente queste transazioni, può crearsi incertezza e potenzialmente amplificare la volatilità del mercato.

Inoltre, la congestione della rete può comportare rischi per la sicurezza e aumentare il rischio di centralizzazione della rete. Tempi di conferma più lunghi possono aumentare la probabilità di attacchi di double-spending, in cui un utente tenta di spendere la stessa criptovaluta più volte prima che le transazioni siano confermate. Inoltre, commissioni elevate possono concentrare la potenza di mining nelle mani di pochi partecipanti, portando a una rete meno decentralizzata. La congestione della rete blockchain può comportare commissioni più alte, conferme ritardate, una scarsa esperienza utente, volatilità del mercato, rischi per la sicurezza e preoccupazioni riguardo alla centralizzazione della rete. Queste sfide evidenziano l'importanza degli sforzi di scalabilità e ottimizzazione per garantire il funzionamento efficiente e fluido delle reti blockchain.

Blockchain Network Congestion: Examples

Le reti Bitcoin ed Ethereum hanno affrontato gravi casi di congestione, causando varie difficoltà agli utenti e incidendo sulle prestazioni complessive della rete.

Bitcoin Network Congestion

Bitcoin ha vissuto un episodio significativo di congestione della rete durante il picco del prezzo tra la fine del 2017 e l'inizio del 2018. La maggiore popolarità e domanda di Bitcoin ha portato a un enorme afflusso di transazioni, causando ritardi notevoli e commissioni di transazione elevate. In un momento, le commissioni medie di transazione sono salite oltre i 50$, rendendo costoso e dispendioso in termini di tempo inviare transazioni.

Nella primavera del 2023, la rete Bitcoin ha affrontato un altro evento di congestione innescato dall'aumento delle attività di transazione legate ai token BRC-20. Questo picco di transazioni ha portato a un numero vertiginoso di transazioni in sospeso e a commissioni alle stelle. La mempool, dove le transazioni non confermate sono in attesa, ha subito un collo di bottiglia con quasi 400.000 transazioni non confermate. Nell'arco di un paio di settimane, le commissioni di transazione sono aumentate di oltre il 300%.

Ethereum Network Congestion

Anche la rete Ethereum ha incontrato episodi di congestione. Nel 2017, il successo virale del progetto "CryptoKitties" ha rallentato significativamente la rete Ethereum. L'overload di domanda e le transazioni associate al progetto hanno congestionato la rete, causando ritardi nell'elaborazione delle transazioni e un aumento dei prezzi del gas.

Inoltre, il boom delle applicazioni di finanza decentralizzata (DeFi) sulla rete Ethereum ha contribuito alla congestione. L'elevata domanda per l'esecuzione di smart contract e l'interazione con protocolli DeFi ha fatto aumentare i prezzi del gas, rendendo le transazioni più costose per gli utenti.

Pur essendo possibile che qualsiasi rete blockchain sperimenti congestione, i casi di congestione su Bitcoin ed Ethereum hanno attirato maggiore attenzione grazie alla loro popolarità e rilevanza nell'ecosistema delle criptovalute. L'impatto della congestione su queste reti mette in luce la necessità di soluzioni di scalabilità e ottimizzazioni per garantire un'elaborazione delle transazioni più fluida ed efficiente.

Solutions to Alleviate Network Congestion

Affrontare la congestione della rete blockchain è una sfida complessa con varie soluzioni, ognuna con i propri compromessi e considerazioni. Ecco diverse strategie che possono essere impiegate.

Extending the Block Size

Questo approccio consiste nell'espandere la dimensione di ciascun blocco, consentendo di processare più transazioni contemporaneamente. Blocchi più grandi aumentano la capacità della rete ma impiegano più tempo a propagarsi sulla rete, potenzialmente portando a fork temporanei. Inoltre, blocchi più grandi richiedono più spazio di archiviazione, il che può alimentare preoccupazioni di centralizzazione.

Block Time Reduction

Ridurre il tempo necessario per generare nuovi blocchi può accelerare l'elaborazione delle transazioni. Tuttavia, tempi di blocco più brevi possono causare un numero maggiore di blocchi orfani, riducendo la sicurezza della blockchain.

Layer 2 Solutions

Queste soluzioni off-chain permettono transazioni al di fuori della blockchain principale, con lo stato finale registrato on-chain. Esempi includono il Lightning Network per Bitcoin e Plasma per Ethereum. Le soluzioni Layer 2 possono migliorare significativamente la scalabilità. Tuttavia, la loro implementazione è complessa e richiede di affrontare considerazioni di sicurezza correlate.

A Sharding System

Lo sharding prevede la divisione della blockchain in shard più piccoli, ognuno in grado di elaborare transazioni ed eseguire smart contract in modo indipendente. Questo approccio può aumentare notevolmente la capacità della rete. Tuttavia, similmente alle soluzioni Layer 2, lo sharding introduce complessità e potenziali rischi per la sicurezza.

Ulteriori misure per alleviare la congestione includono l'aggiustamento delle commissioni e soluzioni di scaling come gli optimistic e gli zero-knowledge rollup. Inoltre, l'adozione del meccanismo di consenso Proof of Stake (PoS), generalmente più veloce del Proof of Work (PoW), può migliorare l'efficienza della rete. È fondamentale valutare accuratamente vantaggi e svantaggi di questi approcci per determinare la soluzione più adatta a specifiche reti blockchain. Una comprensione approfondita dei requisiti della rete, delle considerazioni di sicurezza e delle esigenze degli utenti è essenziale quando si affrontano i problemi di congestione.

Conclusion 

I problemi di congestione della rete stanno diventando più frequenti, con sempre più utenti che adotteranno la tecnologia blockchain nei prossimi anni. Perché una rete sia ampiamente adottata e utile, deve essere in grado di processare un alto volume di transazioni in modo efficiente. Questo è particolarmente importante per i sistemi blockchain progettati per facilitare transazioni quotidiane in tempo reale. Esistono sfide significative associate alla congestione della rete blockchain, ma la comunità continua a sviluppare soluzioni per mitigarle. L'industria blockchain sta investendo massicciamente nella ricerca sulla scalabilità.