Il trilemma della blockchain

Il trilemma della blockchain, noto anche come trilemma della scalabilità, formula la principale sfida della scalabilità dei sistemi distribuiti. Il problema risiede nel fatto che le tre proprietà chiave della blockchain (decentralizzazione, sicurezza e produttività) non possono essere garantite simultaneamente. Una rete decentralizzata può avere un livello elevato solo di due delle tre caratteristiche. In altre parole, quando un aspetto viene rafforzato, l’altro inevitabilmente ne risente.

Prima di addentrarci nelle sfumature del crypto trilemma, definiamo in termini generali scalabilità, sicurezza e decentralizzazione.

• La scalabilità della blockchain si riferisce alla sua capacità di gestire un numero maggiore di transazioni.
• La sicurezza si riferisce alla capacità di proteggere i dati della blockchain da vari attacchi e prevenire il double-spending.
• La decentralizzazione è una forma di ridondanza della rete che garantisce che la rete non sia controllata da un numero limitato di entità.

Bitcoin lo illustra chiaramente. In questa blockchain, il numero di transazioni al secondo è piuttosto basso, circa sette, e i blocchi vengono minati ogni dieci minuti. Quando la rete è congestionata, le transazioni con commissioni basse possono richiedere molto tempo per essere elaborate. Il risultato è un alto livello di sicurezza e decentralizzazione, ma una bassa produttività (aka scalabilità).

Per migliorare le prestazioni, si può aumentare la dimensione del blocco. Ma allora la complessità aumenterà vertiginosamente e, alla fine, solo grandi pool di mining potranno rimanere nella rete. Di conseguenza, il sistema diventerà più centralizzato. E se si riduce il tempo di produzione, la sicurezza verrà compromessa. I nodi potrebbero non avere tempo sufficiente per raggiungere un consenso prima che venga minato il blocco successivo.

Scalabilità

La rete coinvolge molti computer che teoricamente dispongono di una potenza di calcolo illimitata, necessaria per risolvere vari problemi. Il throughput della rete è un parametro di fondamentale importanza, poiché misura il numero di transazioni elaborate per unità di tempo.

Sicurezza

La sicurezza dall’esposizione esterna deriva dalla crittografia. Gli algoritmi blockchain utilizzano la crittografia moderna. Tutte le transazioni (voci nella blockchain) vengono verificate tramite la procedura di mining, che utilizza l’algoritmo di consenso Proof-of-Work. Ciò significa che ogni transazione viene crittografata prima di essere aggiunta alla blockchain. Oggi non esiste alcun metodo noto per violare le chiavi crittografiche chiuse. Questo perché l’attaccante deve riuscirci entro un intervallo di tempo limitato.

Decentralizzazione

Questa caratteristica garantisce la sicurezza dall’esposizione interna. Il database (blockchain) è archiviato simultaneamente sui computer di tutti i partecipanti. Questa è una delle principali proprietà della blockchain. Si riferisce all’assenza di un ente, una persona o un servizio centralizzato che prenda decisioni sulla rete. Il lavoro sulla rete è distribuito tra i nodi ed è completamente decentralizzato. L’algoritmo della rete fornisce una procedura per raggiungere il consenso tra i singoli nodi riguardo allo stato attuale dei dati nella rete. Questo meccanismo è noto come meccanismo di consenso. Per modificare retroattivamente le informazioni, è necessario cambiarle simultaneamente su oltre il 50% di questi nodi. Un tale hack simultaneo, ovviamente, è teoricamente possibile, ma irrealistico nella pratica.

Spiegazione del blockchain trilemma

La soluzione più ovvia e fondamentale al problema della congestione della rete descritto sopra è ridurre il numero di partecipanti che confermano e aggiungono dati alla rete. Ciò consentirà di aumentare scala e velocità. Ma questo indebolirà la decentralizzazione quando il controllo viene trasferito a un numero minore di partecipanti. Porterà anche a un indebolimento della sicurezza, poiché un numero inferiore di partecipanti aumenta la probabilità di attacco.

Si pone quindi un trilemma: dato il legame intrinseco tra decentralizzazione e sicurezza, la struttura fondamentale della blockchain rende difficile la scalabilità. Amplificando uno, si indebolisce l’altro. Come si può ottenere scalabilità senza compromettere la decentralizzazione, la sicurezza, o entrambe?

Soluzione al blockchain trilemma

Non esiste un’unica soluzione d’oro al crypto trilemma. Tuttavia, data l’importanza di affrontare questo problema, nella community sono stati proposti diversi approcci, con risultati interessanti. Esaminiamo alcuni degli sviluppi più popolari per darvi un’idea di ciò che sta accadendo in questo ambito.

Cambiamenti nell’algoritmo di consenso

Oggi esistono vari algoritmi di consenso blockchain, tutti in grado di risolvere parzialmente il trilemma della blockchain. Essi combinano scalabilità, decentralizzazione e sicurezza in misura diversa. Oltre al ben noto Proof-of-Work (PoW), esistono anche altri meccanismi di consenso come Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT) e altri. I creatori di blockchain scelgono un algoritmo specifico in base agli obiettivi e ai compiti della loro rete.

Soluzioni di livello 1

Queste soluzioni sono direttamente collegate alla modifica della blockchain stessa, in particolare della sua architettura. Gli sviluppatori propongono vari approcci e soluzioni al trilemma della blockchain.

Ad esempio, propongono l’uso di multichain, l’implementazione di nuovi metodi di crittografia, lo sharding e altre tecniche.

Lo sharding è probabilmente l’approccio più popolare. Quando si utilizza lo sharding, la blockchain principale viene divisa in segmenti, ciascuno dei quali controlla la propria porzione del registro. Ogni segmento è chiamato shard. In un’organizzazione di rete di questo tipo, ogni shard elabora il proprio pool di transazioni, aumentando il throughput della rete. La blockchain principale coordina tutte le attività degli shard.

Soluzioni di livello 2

Lo sharding e vari meccanismi di consenso sono considerati decisioni di primo livello. Mirano a modificare radicalmente il design della rete. Tuttavia, altri sviluppatori che cercano di risolvere questo trilemma stanno lavorando su soluzioni che si basano sulla struttura di rete esistente. In altre parole, ritengono che la risposta si trovi al secondo livello. Esempi includono sidechain e state channel.

Una sidechain è una blockchain separata collegata alla rete principale. È organizzata per trasferire asset tra le due reti. Le sidechain devono operare secondo regole diverse, consentendo maggiore velocità e scalabilità. Allo stesso modo, gli state channel sono un altro metodo per deviare le transazioni dalla rete principale e alleggerire il carico del layer primario. Lo state channel utilizza uno smart contract invece di una chain separata. Ciò consente agli utenti di comunicare tra loro senza pubblicare transazioni sulla blockchain. Solo l’inizio e la fine del canale vengono registrati sulla blockchain.

Conclusione

Per realizzare pienamente il suo potenziale di cambiare il mondo, la tecnologia blockchain deve affrontare il trilemma della scalabilità.

Se le reti blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo per mantenere decentralizzazione e sicurezza, sarà difficile ottenere un’adozione diffusa.

Tuttavia, i metodi sviluppati per risolvere questo problema suggeriscono che la tecnologia blockchain continuerà a essere utilizzata. In futuro, queste reti saranno in grado di elaborare più dati.