Nello scorso articolo abbiamo visto quali sono le principali debolezze delle blockchain che usano il Consenso di Nakamoto, e le varie proposte di risoluzione. Non siamo usciti dal contesto del Consenso, mentre in questo articolo vedremo l’innovazione in Blockchain, attraverso soluzioni che partono dal presupposto che non sia possibile risolvere quei problemi senza uscire dal Consenso di Nakamoto. Non approfondiremo troppo il tema, poiché è molto vasto, ma faremo una veloce panoramica.
Non tratteremo le proposte di R3 né di altri player simili, perchè mancano di un modello formale che ne giustifichi, o quantomeno tenti di giustificarne, la compatibilità degli incentivi.
Come abbiamo visto nello scorso articolo, Il Consenso di Nakamoto in Bitcoin permette di raggiungere un massimo teorico di 7 transazioni al secondo, ben lontano dalle 56 000 massime di VisaNet, il sistema informatico di Visa. Altre blockchain che fanno uso del Consenso ma provano a migliorare la situazione non fanno molto meglio: Litecoin, riduce i tempi di conferma di un blocco a 2.5 minuti, ma finora non ha superato le 297 transazioni all’ora medie, mentre Ethereum, che riduce i tempi a 15 secondi, non supera le 2 transazioni al secondo. Questo perché non è facile risolvere il problema senza fare modifiche al consenso.
Scalabilità
Proprio per questo motivo, da anni molti ricercano metodi alternativi al Consenso di Nakamoto che possano risolvere il problema. Generalmente queste proposte sono volte a risolvere più punti, ma uno di questi è sempre il problema della scalabilità.
Possiamo dividere le proposte principali in due gruppi: blockchains con proof-of-stake e blockchains DHT (Distributed Hash Table). Le prime mantengono molto del protocollo Bitcoin, ma ne cambiano il meccanismo di mining e tutto ciò che è richiesto per farlo funzionare. Le seconde invece non fanno neppure uso di un meccanismo di mining, e puntano su un consenso basato sulla comunicazione autenticata tra nodi. Vediamole più nel dettaglio.
Proof-of-stake
Proof-of-stake è un meccanismo di selezione del blocco che non prevede (o prevede solo in parte) una prova di un dispendio di energia, ma seleziona il blocco in base ai bilanci del suo creatore: i nodi con più soldi hanno la precedenza su quelli con meno. In questo modo si spera di riuscire a mantenere gli incentivi economici dei proprietari di nodi e al contempo evitare il bisogno di dover spendere energia elettrica e tempo nella ricerca della soluzione di un puzzle criptografico. Questa proposta, comparsa per la prima volta in un articolo del forum di Nakamoto, bitcointalk, se realizzata (e realizzabile) permetterebbe di avere tempi più rapidi di conferma di blocchi e transazioni, ma come vedremo in seguito, risolverebbe anche altri problemi.
Ad oggi il problema sembra ancora irrisolto, principalmente per due motivi: è difficile costruire fiducia sul valore di una moneta digitale senza che questa abbia richiesto in modo provabile un qualche tipo di lavoro o un altro tipo di costo opportunità; non è facile garantire la sicurezza di un sistema in cui praticamente chiunque può partecipare alla produzione di moneta senza costi, e quindi uscire senza costi (non avendo investito niente, non perde niente).
Nonostante questo c’è una proposta che sembra essere avvicinarsi ad una possibile soluzione, o per alcuni è già risolutiva del problema, Ouroboros. Ouroboros costruisce consenso attraverso un sistema di votazione che richiede più fasi e particolari metodi crittografici per garantire gli incentivi delle parti. A mio personale avviso, non risolve il problema, poiché richiede nelle premesse ciò che promette di garantire attraverso la sua struttura di incentivi, ossia che i nodi siano presenti ed attivi, garantendo la funzionalità e la sicurezza del sistema.
Blockchains DHT
Le proposte di blockchain via DHT sono evoluzioni del protocollo Practical Byzantine Fault Tolerance, in cui nodi federati, ossia noti ed identificati da chiavi crittografiche, firmando i dati che ricevono, segnalano il proprio consenso. Per cui, come in Ouroboros, abbiamo un consenso via voto. Queste reti possono essere sia chiuse che aperte che semi-aperte, e non sono soggette alle limitazioni di scalabilità né dei protocolli con Consenso di Nakamoto, né di quelli proof-of-stake. L’esempio ad ora più avanzato è Honey Badger, che seppur faccia uso di crittografia di non certa sicurezza, permette di avere reti aperte, semi-aperte e chiuse e 20 000 transazioni per secondo nel caso di piccole reti (40 nodi) e transazioni di dimensioni uguali a quelle mediamente in Bitcoin, 1 500 nel caso di reti più grandi.
Il problema principale di entrambe le soluzioni è l’assenza di un costo nella partecipazione alla rete, quindi di una garanzia che il sistema sia sicuro, poiché operato da nodi che hanno di fatto investito nella rete, o remunerativo, poiché valorizzato dalla conversione implicita in energia e/o tempo speso nel crearne la moneta.
Centralizzazione
Il problema della centralizzazione è strettamente legato a quello della scalabilità: maggiore è la capacità di un sistema decentralizzato di scalare senza dover centralizzarsi per farlo, minore è la sua tendenza a centralizzarsi. Quindi si includono come soluzioni a questo problema sia le blockchain proof-of-stake, che quelle DHT. In particolare proof-of-stake nasce come un tentativo di risolvere la tendenza alla centralizzazione creata dalla differenza di prezzo dell’energia elettrica nel mondo (a vantaggio di paesi come la Cina).
Sostenibilità ambientale
In assenza di proof-of-work o mining stesso, i costi energetici sono ritenuti. Per questo sia le blockchain proof-of-stake che quelle DHT sono spesso pubblicizzate come resource-conscious al rispetto delle blockchain che fanno uso del Consenso di Nakamoto.
Fungibilità
Ad oggi il problema della fungibilità non trova soluzioni particolari al di fuori del contesto del Consenso di Nakamoto. Alcuni livelli di privacy, per esempio nei bilanci, possono essere garantite già con gli strumenti crittografici attualmente disponibili. Un esempio di quest’ultimo caso è la proposta di Gregory Maxwell per implementare transazioni confidenziali.
Conclusioni
Abbiamo visto l’innovazione in Blockchain attraverso le principali soluzioni ai problemi del Consenso di Nakamoto basate sul superamento del Consenso stesso. Ad oggi queste sono Ouroboros e Honey Badger. Altre sono di qualità inferiore o mancano di un modello formale che le giustifichino. Come si è visto, uscire dalle limitazioni del Consenso di Nakamoto permette di raggiungere prestazioni migliori, ma rende più difficoltoso garantire il valore e la sicurezza della rete. E’ ancora un campo molto immaturo, vecchio solo due anni, ed è giusto aspettarsi che gli stessi Ouroboros e Honey Badger vengano superati da soluzioni migliori nel giro di un anno, e che, forse, i problemi di incentivi vengano risolti, permettendo così la creazione di blockchain più scalabili, decentralizzate e rispettose dell’ambiente.
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