TL;DR

Le blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo. La rete Bitcoin, ad esempio, può elaborare circa sette transazioni al secondo. Se la tecnologia blockchain dovesse essere adottata a livello globale, dovrebbe essere in grado di gestire molti più dati e a velocità più elevate, in modo che più persone possano utilizzare la rete senza che diventi troppo lenta o costosa da utilizzare. Tuttavia, la progettazione fondamentale di molte reti decentralizzate implica che una maggiore scalabilità tende a indebolire la decentralizzazione o la sicurezza. Questo è ciò che è noto come il trilemma blockchain. Gli sviluppatori che cercano di risolvere questo problema stanno sperimentando diversi meccanismi di consenso e soluzioni di scalabilità, come sharding, sidechain e canali di stato.

introduzione

In termini basilari, una blockchain è un database digitale distribuito. I blocchi di dati sono organizzati in ordine cronologico. I blocchi sono collegati e protetti da prove crittografiche. L’implementazione di questa tecnologia in diversi settori sta già cambiando il modo in cui lavoriamo e viviamo.

L’idea è che le blockchain decentralizzate e sicure consentano un mondo in cui non abbiamo bisogno di fare affidamento su terze parti affinché le reti o i mercati funzionino. Tuttavia, gli esperti generalmente concordano sul fatto che, se si vuole che questa tecnologia venga adottata su più ampia scala, c’è un problema fondamentale da risolvere. Il problema in questione è noto come il “trilemma blockchain”.

Questo termine è stato reso popolare dal cofondatore di Ethereum Vitalik Buterin. Perché abbia senso, è necessario essere consapevoli di tre diversi elementi desiderabili in una blockchain: decentralizzazione, sicurezza e scalabilità. Il trilemma blockchain si riferisce all’idea che è difficile per le blockchain raggiungere livelli ottimali di tutte e tre le proprietà contemporaneamente. Aumentarne uno di solito porta ad un indebolimento di un altro.

Questo articolo esaminerà tutti e tre gli elementi del trilemma e spiegherà ciascuno di essi in modo più dettagliato. Discuterli in modo più approfondito e come si incastrano tra loro porterà a una migliore comprensione di come e perché esiste il trilemma blockchain. Questo articolo metterà in evidenza anche alcune delle soluzioni suggerite dagli sviluppatori.

Cos'è il decentramento?

Bitcoin e reti blockchain simili sono decentralizzate in base alla progettazione. L'intera struttura è tale che non c'è nessuna persona o organizzazione responsabile. Piuttosto, è decentralizzato. Il livello di rete è aperto a chiunque voglia partecipare. Di conseguenza, il controllo è completamente distribuito anziché detenuto da una singola entità. Tutti hanno accesso agli stessi dati. Se qualcuno tenta di ingannare il sistema modificando i record a proprio favore, il resto dei partecipanti rifiuterà i dati errati.

Questo può diventare piuttosto tecnico, ma prendiamo come esempio la rete Bitcoin. Non c'è nessuna terza parte che controlla. Confrontatelo con la necessità di banche nel sistema finanziario. Le banche rafforzano la fiducia tra le persone che effettuano transazioni e garantiscono che tutti i registri siano conservati correttamente. La blockchain di Bitcoin, tuttavia, condivide tutti questi dati con tutti gli utenti della rete, in modo che possano essere controllati e confermati, prima di essere aggiunti al database digitale. Il risultato è un sistema che può esistere senza la necessità di terze parti.

La decentralizzazione offre la possibilità del cosiddetto Web3. In questo momento abbiamo Web2: l'Internet di oggi. È pieno di siti e app controllati da aziende, ma con contenuti realizzati dagli utenti. Web3 è il passo successivo. Un Internet in cui la tecnologia blockchain decentralizzata consente alle persone di controllare i propri dati e la propria vita online.

Una cosa da notare, tuttavia, è che a causa del modo in cui funzionano questi sistemi distribuiti, con la necessità che un'ampia gamma di partecipanti concordi sulla validità di qualsiasi dato, i tempi di transazione possono essere lenti a causa del modo in cui le informazioni devono essere condivise e elaborato. Pertanto, le blockchain devono essere in grado di crescere, vale a dire essere in grado di gestire più dati a velocità più elevate. Torneremo su questo punto quando discuteremo della scalabilità.

Inoltre, il sogno decentralizzato è valido solo se le blockchain sottostanti sono sicure. Se una blockchain non è sicura, un malintenzionato può prendere il controllo e modificare i dati a proprio favore. Ciò porta alla seconda parte del trilemma: la sicurezza.

Cos’è la sicurezza blockchain?

Non importa quanto sia decentralizzata una blockchain se manca di sicurezza. Una buona rete blockchain dovrebbe essere resistente agli attacchi di entità dannose. I sistemi centralizzati traggono la loro sicurezza dal fatto che il sistema è chiuso. Chiunque abbia il controllo può garantire che i dati siano esenti da interferenze. Ma come si ottiene questo risultato in un sistema decentralizzato a cui chiunque può partecipare?

È un argomento complicato, ma possiamo tornare a Bitcoin come esempio di sicurezza blockchain decentralizzata. La blockchain di Bitcoin utilizza una combinazione di crittografia e un meccanismo di consenso di rete chiamato Proof of Work (PoW). In termini di crittografia, ogni blocco ha una sorta di firma digitale (o hash). Ogni blocco di dati è connesso in un modo che non può essere manomesso perché qualsiasi modifica altererebbe l’hash di un blocco. Qualsiasi tentativo di modificare i dati verrebbe rapidamente identificato dal resto della rete.

Il meccanismo di consenso PoW è un’altra parte del puzzle. Aiuta a proteggere il registro della criptovaluta. Comprendere la Proof of Work è un intero articolo a sé stante, ma per i nostri scopi, tieni presente che i membri della rete possono solo verificare nuove transazioni e aggiungerle al registro attraverso un'attività nota come mining. Ciò implica l’uso della potenza di calcolo per risolvere un puzzle matematico. Parte del processo richiede che questi computer eseguano numerose funzioni di hashing. Ciò gioca un ruolo importante nella questione della scalabilità, poiché il meccanismo PoW è sicuro ma relativamente lento.

Tieni inoltre presente che più partecipanti (nodi) ci sono nella rete, più questa è sicura. Maggiore è il numero dei partiti, più difficile diventa per un cattivo attore prendere il controllo del sistema. Si tratta del cosiddetto attacco del 51%. In sintesi: se una singola entità (o un gruppo di malintenzionati) può controllare più del 50% del tasso di hashing totale della rete di una blockchain, allora sarebbe in grado di ignorare il consenso e modificare i dati della catena a proprio vantaggio, come ad esempio una doppia spesa gettoni.

In breve, la sicurezza è un requisito fondamentale affinché una blockchain abbia successo perché, senza di essa, gli aggressori possono prendere il controllo della catena, rendendola inutilizzabile.

Cos'è la scalabilità?

La scalabilità si riferisce all’obiettivo di costruire una blockchain in grado di supportare sempre più transazioni al secondo. Se si vuole che la tecnologia blockchain sia al servizio di una società più ampia e possibilmente di miliardi di utenti, è necessaria una scalabilità elevata. Ma è qui che molte blockchain ancora lottano.

Questo perché la decentralizzazione e la sicurezza sono così fondamentali per la blockchain che tendono a concentrarsi per prime. La decentralizzazione è così centrale per l’etica e gli obiettivi della blockchain che costituisce il cuore stesso delle blockchain più riconosciute. La sicurezza, come abbiamo discusso, è un requisito fondamentale affinché una blockchain abbia successo e sia utile.

Tuttavia, dando priorità alla decentralizzazione e alla sicurezza, la scalabilità diventa una sfida. Il numero di transazioni che una catena può gestire può essere fortemente limitato. Un sistema di pagamento centralizzato come Visa afferma di essere in grado di supportare 24.000 transazioni al secondo. Questo perché la rete è chiusa e libera da considerazioni quali nodi pubblici e consenso. Confrontalo con alcune delle blockchain più conosciute.

Secondo Bloomberg nel 2022: "A settembre, Bitcoin non era in grado di gestire più di sette transazioni al secondo ed Ethereum, la seconda rete più popolare, era limitata a circa 15 al secondo: una vita rispetto agli scambi convenzionali".

Come accennato, queste velocità di transazione blockchain sono limitate a causa del modo in cui le informazioni devono essere elaborate dai diversi partecipanti che compongono la rete decentralizzata e della natura del meccanismo di consenso PoW stesso. Se sempre più persone nella società iniziassero a utilizzare la tecnologia blockchain, le reti si confonderebbero a causa del numero limitato di transazioni che possono gestire.

Perché esiste il trilemma blockchain

La soluzione più ovvia e basilare al problema sopra delineato è ridurre il numero di partecipanti che confermano e aggiungono dati alla rete in cambio di maggiore scala e velocità. Ma ciò comporterebbe un indebolimento del decentramento, con il controllo affidato a un numero minore di partecipanti. E porterebbe anche ad un indebolimento della sicurezza poiché meno giocatori significano maggiori possibilità di attacchi.

Quindi qui sta il trilemma: data la connessione tra le proprietà desiderate di decentralizzazione e sicurezza, la progettazione fondamentale di come funziona la blockchain la rende difficile da scalare. Aumentane uno e ne indebolisci un altro. Come promuovere la scalabilità senza danneggiare la decentralizzazione, la sicurezza o entrambi?

Risolvere il trilemma della blockchain

Non esiste una soluzione d’oro al trilemma. Ma data l’importanza di risolvere questo problema, all’interno della comunità sono stati adottati diversi approcci che hanno portato a risultati interessanti. Esaminiamo una panoramica di alcuni degli sviluppi più popolari per darti un’idea di cosa sta succedendo nello spazio:

1. Frazionamento

Questo è un metodo per suddividere le blockchain (o altri tipi di database) in blockchain più piccole e partizionate che gestiscono segmenti di dati specifici. Questa configurazione elimina lo stress da una singola catena che si occupa di tutte le transazioni e interazioni su una rete. Ogni blockchain partizionata è conosciuta come shard e ha il suo registro specifico. Questi frammenti possono quindi elaborare le proprie transazioni, ma una blockchain beacon o una catena principale gestisce le interazioni tra i frammenti. Ciò rende lo sharding un aggiornamento della scalabilità della rete di livello 1, poiché si tratta di una modifica alla rete principale di una blockchain.

2. Meccanismo di consenso diverso

Uno dei motivi per cui esiste il trilemma nella rete Bitcoin è il modo in cui PoW funziona per garantire la sicurezza. La necessità di minatori, algoritmi crittografici ed enormi quantità di potenza di calcolo decentralizzata porta a un sistema sicuro, ma lento. Trovare un modo diverso per garantire il consenso è un approccio per risolvere il trilemma. Questo è stato uno dei motivi alla base del passaggio di Ethereum da PoW a Proof of Stake (PoS).

Nelle blockchain PoS, i partecipanti coinvolti nella convalida delle transazioni devono mettere in staking (bloccare) i propri token. Non sono necessarie macchine minerarie altamente specializzate. Aggiungere più validatori alla rete è più semplice e più accessibile. La PoS è solo uno dei tanti approcci diversi ai meccanismi di consenso tenendo presente la scalabilità.

3. Soluzioni di livello 2

Sia lo sharding che i diversi meccanismi di consenso sono le cosiddette soluzioni Layer-1. Cercano di cambiare la progettazione fondamentale della rete sottostante. Ma altri sviluppatori che cercano di risolvere il trilemma hanno lavorato su soluzioni che si basano su una struttura di rete esistente. In altre parole, pensano che la risposta si trovi in ​​un secondo livello, o Livello 2. Esempi di ciò includono sidechain e canali di stato.

Una sidechain è fondamentalmente una blockchain separata collegata alla catena principale. È impostato in modo tale che le risorse possano fluire liberamente tra i due. È importante sottolineare che la sidechain può operare secondo regole diverse, consentendo maggiore velocità e scala. Allo stesso modo, i canali statali sono un altro modo per togliere le transazioni dalla catena principale e allentare la pressione sul Livello 1. Un canale statale utilizza un contratto intelligente, piuttosto che una catena separata, per consentire agli utenti di interagire tra loro senza pubblicare le proprie transazioni sulla blockchain. . La blockchain registra solo l'inizio e la fine del canale.

Pensieri conclusivi

Il trilemma della scalabilità impedisce alla blockchain di realizzare il suo potenziale come tecnologia per cambiare il mondo. Se le reti blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo per mantenere la decentralizzazione e la sicurezza, sarà difficile raggiungere un’adozione di massa. Tuttavia, le soluzioni attualmente proposte dagli sviluppatori che cercano di risolvere questo problema suggeriscono che i progressi tecnologici già compiuti dalla blockchain continueranno e che queste reti potrebbero essere in grado di gestire molti più dati in futuro.