Proof of Stake (PoS) spiegato

La convalida delle transazioni tramite potenza di calcolo non è più l'unica opzione per raggiungere il consenso nella blockchain. Il Proof of Stake (PoS) è emerso come un meccanismo alternativo popolare. Il PoS richiede ai validatori di mettere in stake le proprie monete invece di eseguire calcoli complessi. Questo riduce significativamente il consumo energetico, migliorando al contempo decentralizzazione, sicurezza e scalabilità.

Nonostante questi vantaggi, il PoS presenta anche alcune sfide. L'accesso alle criptovalute può rendere difficile per alcuni partecipare allo staking. Inoltre, le blockchain con una capitalizzazione di mercato ridotta possono essere più vulnerabili a un attacco del 51%, in cui un singolo utente controlla oltre metà delle monete in stake della rete. Nonostante ciò, il PoS rimane un meccanismo di consenso altamente versatile che può essere adattato a varie blockchain e casi d'uso.

Concetti di base

Oggi il Proof of Stake è ampiamente utilizzato nelle reti blockchain, ma le sue numerose varianti possono rendere difficile afferrare i principi fondamentali. Anche se il PoS si è evoluto, condivide ancora concetti core comuni in tutte le sue varianti. Avere una chiara comprensione di questi concetti chiave è cruciale per prendere decisioni informate su quali blockchain usare e su come operano.

Il significato di Proof of Stake

Nel 2011, un utente del forum Bitcointalk descrisse l'algoritmo di consenso Proof of Stake come un'alternativa all'algoritmo Proof of Work. Il PoS è stato progettato per affrontare i limiti del PoW nel raggiungere il consenso sulla blockchain. A differenza del PoW, dove gli utenti devono fornire prove computazionali, i partecipanti al PoS devono solo dimostrare di aver messo in stake delle monete.

Come funziona il Proof of Stake?

Negli algoritmi PoS, i validatori vengono scelti attraverso un processo di elezione pseudo-casuale che tiene conto di fattori come l'età dello stake, la ricchezza del nodo e un elemento di casualità. A differenza dei sistemi PoW, il PoS "conia" i blocchi invece di minarli, anche se talvolta si usa ancora il termine "mining". Per consentire la partecipazione immediata, la maggior parte delle criptovalute PoS inizia con una fornitura di monete "pre-coniate".

Per partecipare al processo di coniazione, gli utenti devono bloccare una certa quantità di monete nella rete come loro stake. La dimensione dello stake determina le probabilità che un nodo venga selezionato come prossimo validatore: più grande è lo stake, maggiori sono le possibilità. Per evitare che i nodi più ricchi dominino il processo di selezione, vengono impiegati metodi unici come la Randomized Block Selection e la Coin Age Selection.

Randomized Block Selection

I nodi sono selezionati per convalidare i blocchi nei sistemi Proof of Stake usando diversi metodi, incluso il Randomized Block Selection. Questo metodo seleziona i validatori trovando i nodi con il valore di hash più basso e lo stake più alto. La dimensione dello stake è informazione pubblica, rendendo possibile per altri nodi prevedere il prossimo validatore.

Coin Age Selection

I nodi selezionati con il metodo Coin Age Selection vengono scelti in base a quanto tempo i loro token sono stati messi in stake, calcolato moltiplicando il numero di giorni di staking per il numero di monete in stake. Dopo aver coniato un blocco, l'età delle monete del nodo viene azzerata e il nodo deve attendere un certo periodo prima di poter coniare un altro blocco. Questo periodo di attesa assicura che i nodi con grandi stake non dominino la blockchain.

Convalida delle transazioni

L'algoritmo Proof of Stake è unico per ogni criptovaluta ed è progettato per essere la migliore combinazione possibile per la rete e i suoi utenti. Quando un nodo viene selezionato per coniare il prossimo blocco, verificherà la validità delle transazioni del blocco, firmerà il blocco e lo aggiungerà alla blockchain. Il nodo viene quindi ricompensato con le commissioni di transazione del blocco e, in alcune blockchain, con una ricompensa in moneta. Se un nodo decide di smettere di coniare, il suo stake e le ricompense verranno rilasciati dopo un periodo specifico, permettendo alla rete di verificare che non siano stati aggiunti blocchi fraudolenti.

Blockchain Proof of Stake

Il meccanismo di consenso noto come Proof of Stake è prevalente in molte blockchain emerse dopo Ethereum. Ogni rete modifica il meccanismo per soddisfare le proprie esigenze specifiche. Ethereum è già passato al Proof of Stake tramite Ethereum 2.0. Diverse reti blockchain, come BNB Smart Chain, Solana, Avalanche e Polkadot, utilizzano una versione del meccanismo di consenso Proof of Stake.

Vantaggi del Proof of Stake

Il Proof of Stake è spesso preferito al Proof of Work per i suoi numerosi benefici. Tra questi troviamo adattabilità, decentralizzazione, efficienza energetica, scalabilità e sicurezza.

Adattabilità

Uno dei vantaggi più significativi del Proof of Stake è la sua adattabilità. Può essere modificato per soddisfare le esigenze in evoluzione degli utenti e delle blockchain, rendendolo un meccanismo di consenso versatile. Di conseguenza, sono nate molte adattazioni del Proof of Stake che si rivolgono a diversi casi d'uso blockchain.

Decentralizzazione

Un altro vantaggio è la decentralizzazione offerta dal Proof of Stake. Poiché è più economico per gli utenti gestire nodi, più persone sono incentivate a farlo. Il processo di randomizzazione incoraggia inoltre la decentralizzazione, riducendo la necessità di pool di staking. Anche se i pool di staking esistono, c'è una probabilità molto più alta per un individuo di coniare con successo un blocco sotto Proof of Stake.

Efficienza energetica

Il Proof of Stake è incredibilmente efficiente dal punto di vista energetico rispetto al Proof of Work. Il costo della partecipazione è basato sul costo economico dello staking delle monete, piuttosto che sul costo computazionale di risolvere puzzle. Questo lo rende meno dispendioso in termini di risorse e meno costoso da gestire come meccanismo di consenso.

Scalabilità

Il Proof of Stake è anche più scalabile poiché non si basa su macchine fisiche per generare consenso. Aggiungere più validatori alla rete è più semplice, economico e accessibile. Non c'è bisogno di enormi farm di mining o di approvvigionamenti energetici massicci.

Sicurezza

Il Proof of Stake fornisce un alto livello di sicurezza per la rete. Lo staking agisce come un incentivo finanziario per i validatori ad evitare di processare transazioni fraudolente. I validatori perdono una parte del loro stake e il diritto a partecipare in futuro se la rete rileva una transazione fraudolenta. Per controllare la rete e approvare transazioni fraudolente, un nodo dovrebbe possedere la maggioranza dello stake della rete, noto anche come attacco del 51%. Tuttavia, questo è quasi impossibile per una criptovaluta di alto valore poiché acquisire il 51% dell'offerta circolante sarebbe costoso.

Svantaggi del Proof of Stake

Il Proof of Stake presenta alcune debolezze nonostante i benefici rispetto al Proof of Work.

Fork

Uno svantaggio del Proof of Stake è il problema delle fork. Mentre il mining di entrambi i lati di una fork su una rete Proof of Work porta a spreco di energia, farlo su una rete Proof of Stake comporta un costo molto più basso, rendendo possibile "scommettere" su entrambi i lati della fork.

Accessibilità

Un'altra questione del Proof of Stake è l'accessibilità. Per partecipare allo staking, è necessario possedere il token nativo della blockchain. Questo può richiedere un investimento significativo a seconda della quantità richiesta, poiché i token devono essere acquistati tramite un exchange o altri mezzi. Con il Proof of Work, si può iniziare a guadagnare ricompense rapidamente acquistando o noleggiando hardware di mining economico e unendosi a un pool.

Rischio di attacco del 51%

Un attacco del 51% è una minaccia potenziale sia per le reti Proof of Work sia per quelle Proof of Stake, ma può essere più facile da eseguire su una rete Proof of Stake. Se il valore di un token cala o la rete ha una bassa capitalizzazione di mercato, può essere relativamente economico acquistare oltre il 50% dei token e prendere il controllo della rete.

PoW vs. PoS

Un confronto tra i due meccanismi di consenso, Proof of Work e Proof of Stake, rivela differenze fondamentali.

Il Proof of Work richiede attrezzature di mining, mentre il Proof of Stake richiede attrezzature minime o nulle. Il consumo energetico è elevato con il Proof of Work, ma basso con il Proof of Stake. Il Proof of Work tende verso la centralizzazione, mentre il Proof of Stake tende verso la decentralizzazione.

Il metodo di validazione per il Proof of Work è la prova computazionale, mentre il Proof of Stake si basa sullo staking delle monete. Nonostante queste differenze, esistono molte varianti dei meccanismi Proof of Stake tra le blockchain, e il meccanismo esatto utilizzato determinerà molte differenze.

Meccanismi di consenso ibridi Proof of Stake

Il meccanismo Proof of Stake è altamente personalizzabile per adattarsi alle esigenze specifiche di una blockchain. Sono comunemente osservate varie adattazioni, alcune delle quali sono elencate di seguito:

Delegated Proof of Stake o DPoS

Gli utenti possono partecipare allo staking delle monete in Delegated Proof of Stake senza diventare validatori. Possono delegare le loro monete a un validatore e condividere le ricompense del blocco. La probabilità di selezione di un validatore aumenta con il numero di deleganti che si posizionano dietro di lui. I validatori possono regolare la quota condivisa con i deleganti come incentivo, e la loro reputazione è cruciale per attrarre deleganti.

Nominated Proof of Stake o NPoS

Il Nominated Proof of Stake di Polkadot è un meccanismo di consenso simile al Delegated Proof of Stake ma con una differenza chiave. In NPoS, se un nominatore effettua lo stake dietro un validatore malevolo, rischia di perdere il proprio stake. I nominatori possono scegliere fino a 16 validatori su cui puntare. La rete distribuirà quindi il loro stake equamente tra i validatori scelti. Polkadot utilizza teorie dei giochi e delle elezioni per determinare chi conia un nuovo blocco.

Proof of Staked Authority o PoSA

La BNB Smart Chain implementa il meccanismo Proof of Staked Authority per raggiungere il consenso di rete. Questo modello di consenso è una combinazione di Proof of Authority e Proof of Stake, dove i validatori si alternano nella coniazione dei blocchi. 21 validatori attivi, che hanno messo in stake o ricevuto deleghe per una quantità sostanziale di BNB, sono idonei a partecipare al processo di consenso. Il set di validatori viene selezionato quotidianamente e registrato da BNB Chain.

Conclusione

L'aggiunta di blocchi di transazioni a una rete si è trasformata sin dall'avvento di Bitcoin. Il sistema Proof of Stake ha eliminato la necessità della potenza di calcolo per stabilire il consenso crypto, offrendo numerosi vantaggi. La storia ha dimostrato il successo del Proof of Stake, suggerendo che le reti Proof of Work, incluso Bitcoin, potrebbero diventare sempre meno diffuse. Il futuro sembra orientarsi verso il Proof of Stake, che pare avere una collocazione stabile nel mercato.