Vantaggi e compromessi del passaggio di ETH a Proof-of-Stake

 

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Ethereum ha una roadmap in evoluzione, ma strutturata per le modifiche al protocollo.

Prima del suo lancio nel 2015, gli sviluppatori di Ethereum (ETH) avevano già l’ambizione dichiarata di sostituire il suo meccanismo di consenso Proof-of-Work (PoW) con uno alternativo: Proof-of-Stake (PoS). Sebbene sia stato ritenuto tecnicamente troppo rischioso avviare la rete con qualcosa di diverso da PoW, l’eventuale migrazione a PoS è stato uno dei principali obiettivi di sviluppo degli sviluppatori di Ethereum e una pietra miliare molto attesa nella loro roadmap.

La migrazione a PoS è considerata una pietra miliare estremamente importante, perché gli sviluppatori la considerano un prerequisito chiave per diversi obiettivi di sviluppo successivi e perché la comunità di Ethereum ritiene che la riduzione del consumo di energia valga i compromessi negli attributi del protocollo che genera.

Sebbene soggetta ad alcune modifiche, la roadmap di sviluppo precede il lancio di Ethereum ed esiste da quando la rete era solo nella sua fase di testnet. Molte delle modifiche descritte nella roadmap in evoluzione sono già state implementate, ma la migrazione al PoS, una delle modifiche più impegnative e complesse, deve ancora essere completata e ora è in ritardo.

 

Le ragioni dei ritardi sono molte e complesse, ma si riducono più o meno a PoS rivelandosi tecnicamente molto più impegnativo da implementare in sicurezza di quanto gli sviluppatori pensassero all’inizio. Molti prototipi sono stati proposti e valutati, ma i problemi hanno continuato a emergere, rendendo necessari continui attacchi pluriennali di correzioni di bug e riprogettazioni.

Possiamo persino osservare i ritardi seriali della migrazione, spesso indicati come Merge, dai dati blockchain. Fiducioso che l’implementazione PoS sia sempre a portata di mano, il protocollo Ethereum contiene un aumento esponenziale hardcoded della difficoltà di mining. Questo meccanismo è chiamato bomba di difficoltà ed è progettato per causare la disconnessione delle difficoltà di mining e delle entrate, costringendo i miner ad abbandonare la catena PoW, lasciando la catena PoS alternativa come l’unica praticabile

Nella figura sopra si possono osservare tre “detonazioni” separate della bomba di difficoltà. Sono visibili sia come aumenti esponenziali nei tempi di blocco, sia come rapide divergenze tra hashrate e difficoltà. Tuttavia, dal momento che PoS non è mai stato pronto per essere implementato al momento della detonazione (o dell’imminente detonazione), gli sviluppatori di Ethereum hanno annullato la bomba di difficoltà in cinque diverse occasioni.

Detto questo, e sebbene non esista una data specifica per The Merge al momento della scrittura (e The Merge è stato appeno posticipato di nuovo dal primo semestre 2022, provvisoriamente al secondo semestre 2022), ci sono segnali emergenti che forse giustificano un cauto ottimismo sul fatto che PoS l’implementazione potrebbe effettivamente essere imminente questa volta.

Quindi diamo una rapida occhiata a come sarebbe effettivamente la prossima fase di Ethereum.

Lo sharding si basa anche su The Merge

Oltre a PoS (The Merge), la seconda parte importante della fase successiva di Ethereum è l’introduzione dello sharding. Lo sharding è una tecnica di scalabilità del protocollo blockchain in base alla quale il protocollo aumenta il suo throughput suddividendo la blockchain in più blockchain (shard), consentendo ai singoli computer di scegliere su quale delle tante blockchain lavorare.

Lo sharding consente di aumentare il throughput totale del protocollo senza aumentare la richiesta di calcolo dei singoli computer che ci lavorano. In altre parole, Ethereum sarà in grado di elaborare molte più informazioni sperando comunque di fare affidamento su utenti relativamente casuali che forniscono potenza di elaborazione distribuita tramite normali computer consumer.

Nel mondo dell’informatica, questa viene definita tecnica di scalabilità orizzontale. La scalabilità orizzontale è caratterizzato dall’aumento della velocità effettiva/capacità aggiungendo più singoli computer a una rete. La sua alternativa è la scalabilità verticale in base al quale una maggiore scalabilità viene raggiunta solo aumentando il throughput/capacità dei singoli computer di rete.

Nel mondo dei protocolli blockchain, l’aumento delle dimensioni dei blocchi o l’aumento delle frequenze dei blocchi (riducendo il tempo target tra i blocchi) sono esempi di scalabilità verticale, poiché richiedono che tutti i computer partecipanti siano molto potenti (che è costoso). Al contrario, lo sharding consente una velocità effettiva/capacità aggiuntiva, il che significa la possibilità di elaborare molte più transazioni e smart contract al secondo, a costi molto inferiori, aggiungendo più partecipanti alla rete, supponendo che tutti si preoccupino di shard separati.

L’aggiunta di PoS e sharding comporta importanti compromessi negli attributi di rete

Quando si progettano reti peer-to-peer decentralizzate non esistono soluzioni perfette ai problemi. Ci sono solo costi, ricompense e compromessi.

Al contrario, quando si analizzano le modifiche proposte ai protocolli blockchain è molto importante non lasciarsi trasportare dall’ottimismo che spesso pervade le comunità di sviluppatori e utenti delle varie reti (né cadere preda del pessimismo pervasivo comune tra i concorrenti). Diamo quindi una breve occhiata ai compromessi che la comunità di Ethereum è disposta a fare per ottenere un aumento del throughput/capacità sulla catena e ridurre a zero l’uso di energia del protocollo.

Compromessi dello sharding

Il compromesso sia per la scalabilità orizzontale di una rete blockchain, sia per mantenere basso il throughput, è che la rete nel suo insieme diventa più simile a una rete client-server che a una rete peer-to-peer, perdendo importanti vantaggi di decentralizzazione.

Perché? Spiegato brevemente, per essere un peer completo in una rete blockchain, ovvero qualcuno che partecipa alla rete senza la necessità di fidarsi di nessun altro partecipante alla rete, un utente deve essere in grado di verificare completamente ogni singolo evento che accade sulla rete. Con una moltitudine di blockchain (o una singola enorme) da verificare, le risorse di calcolo e di larghezza di banda necessarie per essere un peer completo aumentano notevolmente, rendendo sempre meno utenti in grado di permettersi il privilegio di essere peer completi.

Ciò si traduce nella reintroduzione della fiducia, poiché tutti gli utenti che ora non sono in grado di verificare tutti gli shard (o un’enorme blockchain singola) devono fidarsi di altri utenti per dire loro la verità su ciò che è successo su altri shard (o sull’enorme blockchain non possono più permettersi di autoverificarsi).

Un alto livello di decentramento è una qualità ricercata ma tradizionalmente difficile da definire delle reti peer-to-peer. Il motivo della sua desiderabilità è che una rete con il maggior numero possibile di peer diventa impossibile da chiudere a causa dell’enorme numero di partecipanti, che devono essere tutti disabilitati affinché la rete si spenga completamente.

Mentre le tecniche di anonimato di rete rendono impossibile misurare in modo affidabile il numero di partecipanti su una rete blockchain, ci sono proxy utili che possiamo utilizzare per valutarne il livello di decentralizzazione. Secondo noi, si tratta del costo di essere un full peer. Più è costoso essere un peer completo, meno decentralizzata sarà una rete.

Qualsiasi modifica del protocollo che aumenta il costo dell’essere un peer completo, quindi, riduce il decentramento della rete. Questo è il costo di compromesso sostenuto per i vantaggi di una maggiore produttività/capacità sulla catena.

Per avere un’idea dell’entità della differenza, considera che per essere un peer completo su Ethereum dopo The Merge, un utente avrà bisogno di 32 ETH (~ [USD] 92.000 al momento della scrittura, 25 aprile 2022) più un computer dedicato hardware, forse non più di un migliaio di dollari in più. Al contrario, essere un peer completo sulla rete di Bitcoin costa meno di 300 [USD] e non richiede alcuna quantità di bitcoin, tuttavia, il compromesso sostenuto sulla rete Bitcoin è che la quantità di transazioni che la sua blockchain di base può elaborare è limitata a circa 7 transazioni al secondo.

Compromessi del Proof-of-Stake (PoS)

• Minimizzazione della fiducia

L’interruzione del mining di PoW comporta anche importanti compromessi in cambio di una drastica riduzione del consumo di energia, che sotto il nostro attuale stack di produzione di elettricità globale, significa anche una massiccia riduzione delle emissioni di CO2.

In linea di massima, Ethereum subirà riduzioni o eliminazione della resistenza alla censura, minimizzazione della fiducia e decentramento a seguito dell’implementazione di PoS. Subirà anche un grande aumento della sua superficie di attacco, a causa della sua maggiore complessità del codice. Gli hacker avranno più exploit da cercare.

PoS reintroduce l’obbligo di fidarsi di altri partecipanti alla rete quando si uniscono o si riconnettono alla rete. Questo perché lo staking è una quantità interna alla rete blockchain. Cioè, non puoi sapere chi ha quale puntata a meno che tu non sappia quale blockchain è quella corretta. Ciò significa che prima che un utente possa convalidare se la blockchain prima di lui è stata eseguita correttamente, deve prima fidarsi di qualcun altro per dirgli in primo luogo qual è la blockchain.

Questo è un problema se un nuovo utente o un utente di ritorno si trova di fronte a una scelta tra più blockchain in conflitto presentatigli da un attore malintenzionato. Dal momento che una blockchain PoS non costa nulla da creare, storie false altrimenti valide possono essere create e presentate a estranei in massa da partecipanti disonesti.

Il lavoro, invece, è esterno al sistema. Ciò significa che se due blockchain in conflitto vengono presentate a un utente nuovo o di ritorno, questi possono banalmente verificare da soli quale blockchain è quella corretta semplicemente osservando la quantità di lavoro accumulato (quella con il lavoro più accumulato è per definizione quella corretta). In un sistema PoS, l’unico modo per aggirare questo problema è introdurre dei checkpoint, che ancora una volta richiedono la fiducia degli altri partecipanti per dirti qual era la blockchain corretta in vari momenti del passato. PoS, quindi, crea la necessità di fidarsi di altri partecipanti alla rete attraverso molteplici nuove strade, che deve scambiare con i suoi vantaggi.

• Resistenza alla censura e centralizzazione

Il PoS rinuncia anche alla sua capacità di resistere alla censura. Resistenza alla censura, in questo contesto e come definito in Cryptoeconomics da Eric Voskuil, significa la capacità della rete di resistere alle azioni di un partecipante alla rete che cerca di impedire che alcune o tutte le transazioni vengano inserite nel record della transazione. L’unico modo efficace per farlo è controllare oltre il 51% dei produttori di blocchi: miner in un sistema PoW, staker in un sistema PoS.

Un’entità che controlla la maggior parte della produzione di blocchi può semplicemente rifiutarsi di inserire alcune o tutte le transazioni nella blockchain, censurando di fatto una o tutte le parti.

In un sistema PoW, i miner devono consumare una risorsa esterna al sistema e richiedono anche capitale esterno (hardware). Questo può essere ottenuto senza che il miner maggioritario ne sappia nulla, il che significa che esiste un meccanismo mediante il quale un censore può perdere il suo posto come miner maggioritario.

In un sistema PoS, non esiste tale ricorso all’interno delle regole del protocollo. Non appena un’entità raggiunge una quota di maggioranza nel sistema, aumenterà perennemente la sua quota della quota totale e nulla può costringerla a vendere la sua quota, il che significa che la sua posizione è impossibile da rimuovere.

L’unico modo per riprendersi da una situazione come questa è ricorrere a un hard fork del consenso sociale, che è solo un altro modo per dire gestione centralizzata da parte di un comitato ristretto, che è per definizione l’opposto di decentralizzato.

I sistemi PoS sono anche estremamente complessi rispetto ai sistemi PoW, il che aumenta notevolmente la superficie di attacco delle loro reti. Sebbene sia impossibile enumerare i maggiori rischi sostenuti dalla complessità, qualsiasi importo di maggiore complessità causerà un aumento del rischio, rendendola una considerazione importante da tenere in considerazione.

In breve, implementando PoS e sharding, Ethereum scambia decentralizzazione, minimizzazione della fiducia e resistenza alla censura. Inoltre, soffrirà di una superficie di attacco molto più ampia. In cambio, aumenta notevolmente il throughput di dati on-chain (scalabilità) e riduce drasticamente il consumo di energia.

Gli eventi recenti suggeriscono che lo sviluppo di The Merge di Ethereum sta procedendo

Un importante passo di sviluppo nel percorso verso The Merge è stato il lancio della Beacon Chain nel dicembre 2020. La Beacon Chain è una blockchain PoS isolata che, in futuro, fungerà da catena di coordinamento tra tutti gli shard di Ethereum. Fungerà da “livello di consenso” di Ethereum, progettato inizialmente per consentire l’accesso ai dati delle transazioni e, in una versione successiva, per eseguire le transazioni stesse che avvengono su 64 frammenti separati pianificati.

Sono stati condotti test e unioni di pratiche, l’ultima volta il 23 aprile 2022, per garantire che la transizione alla mainnet proceda in sicurezza. La Kiln testnet è stata fusa il 15 marzo 2022 e ha incorporato le ultime importanti modifiche alle specifiche.

Sebbene molti di questi test abbiano avuto successo, altri hanno sollevato preoccupazioni e probabilmente hanno contribuito all’ultimo ritardo di The Merge dal primo semestre 2022 al secondo semestre 2022.

Un elenco di attività concrete da completare prima che The Merge possa aver luogo è disponibile qui. Sebbene l’elenco includa ancora un gran numero di attività incompiute, molte sono anche completate.

Il futuro di Ethereum dopo The Merge è determinato dagli utenti e investitori

Si stima che il Proof-of-Stake riduca il consumo di energia di oltre il 99,5%. I requisiti per i quali i blocchi vengono creati, convalidati, ordinati e aggiunti alla catena sono passati da una risorsa esterna alla rete (energia) a una risorsa interna (capitale). Lo sharding ha anche dei compromessi in relazione alla diminuzione del decentramento mentre aumenta la velocità effettiva.

Se valgono i compromessi di Ethereum, è tutta un’altra domanda. È una domanda che si basa fortemente sulle percezioni soggettive dei rischi del mondo reale che potrebbero essere affrontati da Ethereum in futuro e, in fin dei conti, è una domanda a cui solo gli utenti e gli investitori di Ethereum possono rispondere individualmente.

Ogni volta che accadrà, The Merge (probabilmente quest’anno) rappresenterà un importante cambiamento nel design, nelle capacità e negli attributi di Ethereum. Il soprannome di Ethereum 2.0 è quindi abbastanza appropriato: dopo The Merge,  Ethereum sarà un sistema completamente diverso.

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Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta da CoinShares il 26 aprile 2022.
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Max Shannon, Digital Asset Analyst presso la principale società europea di investimento in asset digitali CoinShares.

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Per saperne di più:
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