Una blockchain è un file decentralizzato rete peer-to-peer che memorizza i dati di sola aggiunta (aggiungi alla fine di) e verifica l'integrità di tali informazioni attraverso la rete. La convalida collettiva dell'accuratezza di tali dati (raggiungimento del consenso) è una delle caratteristiche distintive di una blockchain.
L'idea di una blockchain risale a almeno negli anni '1990. La teoria di base era copiare i dati attraverso una rete di computer utilizzando un tipo di consenso algoritmo per concordare eventuali dati da aggiungere. Quindi, usa la crittografia concatenamento di hash per rendere il database praticamente immutabile.
Per ulteriori informazioni su blockchain e hashing, dai un'occhiata il nostro articolo Blockchain. Di seguito, tuttavia, ci concentreremo specificamente sui vari modi in cui diversi tipi di blockchain raggiungono il consenso sui dati aggiunti alle loro sequenze (catene) di dati (blocchi) attraverso questi argomenti:
Le principali differenze nei vari meccanismi di consenso blockchain riguardano il modo in cui il diritto di aggiungere dati alla blockchain viene distribuito tra i partecipanti alla rete e il modo in cui questi dati vengono convalidati dalla rete come un resoconto accurato delle transazioni.
L'insieme di processi informatici che risolvono questi problemi è chiamato algoritmo di consenso, che, come accennato, è il meccanismo responsabile dell'aggiornamento sicuro dello stato dei dati su una determinata rete blockchain.
Ogni nodo (computer) della rete verifica ed elabora in modo indipendente ogni transazione e quindi deve avere accesso allo stato corrente del database, alla modifica richiesta da una data transazione e una firma digitale che ne attesti l'origine e l'accuratezza. La domanda quindi è come tutti i nodi raggiungono il consenso (accordo) sui dati. Il problema più grande che le blockchain mirano a risolvere è chiamato "Problema dei generali bizantini".
Questo problema, che esiste da più tempo della blockchain stessa, è fondamentalmente questo: come mantenere una rete di entità focalizzate sullo stesso obiettivo in allineamento basato esclusivamente sui messaggi scambiati tra di loro, senza che le informazioni vengano danneggiate da un attore all'interno della rete? Ad esempio, se si sta tentando di inviare criptovaluta attraverso una rete, come si può essere certi che i dettagli della transazione non siano stati manomessi e modificati da un nodo dannoso nella rete?
È qui che entra in gioco un meccanismo di consenso per assicurarsi che la rete rimanga sincronizzata e che i dati rimangano intatti. Di seguito sono riportate alcune delle soluzioni che diversi gruppi hanno escogitato per ottenere questo risultato.
La prova del lavoro è attualmente il meccanismo di consenso più popolare per le blockchain. La "prova di lavoro" che il nome descrive è il processo mediante il quale la rete blockchain dimostra che a minatore nodo di rete (nodi di rete che raggruppano le transazioni in blocchi e le convalidano) ha svolto il lavoro necessario per creare un blocco valido (gruppo di transazioni). Sebbene sia difficile per i nodi generare un blocco valido (richiede molta potenza di elaborazione del computer), è abbastanza facile per la rete verificare che un blocco sia valido.
Tutto questo viene fatto attraverso ciò che viene chiamato a funzione hash, che crea un'impronta digitale univoca per un dato dato. Poiché gli hash sono molto sensibili alle modifiche e anche una piccola modifica si tradurrà in un output hash completamente diverso, gli hash possono essere utilizzati per convalidare e proteggere i blocchi.
Affinché un blocco sia confermato come valido, i minatori devono creare due hash: un hash di tutte le transazioni nel blocco e un hash che dimostri che hanno speso l'energia necessaria per generare il blocco risolvendo uno speciale puzzle crittografico con un pre- impostare il livello di difficoltà. In particolare, il puzzle è trovare un numero che, se combinato con i dati nelle transazioni e passato attraverso l'algoritmo hash, fornisce un numero all'interno di un intervallo specificato impostato dal programma della criptovaluta.
La difficoltà di risolvere il puzzle viene regolata automaticamente nei sistemi PoW per creare un periodo di tempo coerente per i blocchi di transazioni da aggiungere alla blockchain e per rilasciare le commissioni di rete e i premi di criptovaluta di nuova creazione ai miner.
Un hash è un file funzione a senso unico. Non può essere invertito. In questo modo, si può confermare che ogni blocco ha richiesto del lavoro per generarlo. Ogni blocco contiene anche l'hash del blocco precedente, quindi una volta che tutti i blocchi sono combinati nella blockchain, diventa praticamente impossibile modificarli poiché ciò richiederebbe rifare tutto il lavoro svolto per generare ogni singolo blocco nella blockchain.
In sintesi, un minatore crea un blocco di transazioni valide, quindi esegue l'algoritmo PoW su di esso per trovare un hash valido, correndo contro tutti gli altri minatori per risolvere prima il puzzle. Quando un blocco valido viene generato tramite tale azione, il blocco viene aggiunto alla blockchain e il minatore riceve le commissioni di rete e la criptovaluta di nuova creazione.
Esistono diversi algoritmi di hashing utilizzati per i meccanismi di consenso PoW, i più comuni dei quali sono SHA-256 (per esempio Bitcoin) e Scrypt (ad esempio Litecoin). Altri includono SHA-3, CryptoNight, Blake-256, Quark, scrypt-jane e sistemi ibridi che utilizzano più di una funzione di hashing.
Sebbene PoW sia teoricamente quasi impossibile da hackerare poiché utilizza risorse nel mondo fisico per proteggere la rete, è anche da qui che proviene una delle sue maggiori critiche: la risorsa utilizzata è l'elettricità, e molta di essa.
In effetti, rivista scientifica Vice della scheda madre, riporta che 1.6 famiglie statunitensi potrebbero essere alimentate per un giorno dall'elettricità utilizzata da una singola transazione Bitcoin. Entro il 2020, Bitcoin potrebbe consumare tanta elettricità quanto l'intero paese della Danimarca. E questa è solo una criptovaluta (anche se la più popolare).
Dal punto di vista dell'efficienza e dell'ambiente, questo non è l'ideale e sarebbe molto difficile da adattare all'utilizzo tradizionale. A peggiorare le cose, la potenza di calcolo ei costi dell'elettricità necessari per rimanere competitivi nel settore minerario sono aumentati notevolmente nel tempo. Ciò ha prodotto una centralizzazione significativa nelle reti minerarie, poiché solo le organizzazioni più grandi e potenti possono davvero competere.
Alcune grandi aziende e pool di mining ora dominano le blockchain più popolari, il che è completamente contrario al principio fondamentale di decentralizzazione delle blockchain.
Oltre alla discutibile etica di questo problema, la centralizzazione porta anche a un potenziale problema di sicurezza chiamato attacco del 51%. Questo è quando un minatore, probabilmente un pool o un grande conglomerato, controlla il 51% della potenza di calcolo di una rete blockchain. Se questo dovesse accadere, potrebbero interrompere l'intera rete invalidando le transazioni reali o convalidando le proprie transazioni fraudolente per "raddoppiare la spesa" (utilizzando gli stessi fondi più di una volta).
Fortunatamente, questi problemi con PoW non sono privi di potenziali soluzioni.
Il PoS si basa sul presupposto che quando i nodi della rete sono stakeholder (cioè quando possiedono la valuta della data blockchain) avranno un incentivo a rimanere onesti e benigni nel far funzionare i nodi della rete.
PoS funziona grazie ai minatori che bloccano alcune delle loro criptovalute in modo che non possano essere utilizzate in account speciali "puntati". I nodi che hanno picchettato token possono quindi verificare blocchi di transazioni proprio come nei sistemi PoW, ma i calcoli crittografici necessari per verificare i blocchi sono molto più semplici (e quindi richiedono molta meno potenza del computer). Invece di utilizzare puzzle complicati che danno vantaggi a computer più potenti come in PoW, i sistemi PoS sono strutturati in modo tale che i nodi che hanno più criptovaluta puntati abbiano una maggiore possibilità di risolvere il puzzle crittografico.
In questo modo, sebbene PoS sia più efficiente del PoW, non risolve completamente il problema della centralizzazione della potenza mineraria, poiché logicamente il rischio è che la valuta utilizzata da tali sistemi si concentri comunque in un numero sempre minore di mani.
Uno degli altri problemi chiave del PoS è il problema del `` nulla in ballo '', in cui i minatori potrebbero non avere nulla da perdere votando per più storie blockchain in caso di fork (una blockchain divisa in due). In caso di fork, la strategia più redditizia per un miner è quella di minare su ogni catena, ottenendo quindi premi indipendentemente da quale fork è riconosciuto dalla rete.
Ciò potrebbe in teoria portare a un consenso mai raggiunto dalla rete, o al raddoppio della spesa in cui un utente malintenzionato potrebbe essere in grado di inviare una transazione, quindi avviare un fork della blockchain da un blocco dietro la transazione e inviare il denaro a se stesso invece di dove è stato inviato prima. Ciò è più possibile in un sistema PoS rispetto a PoW poiché il costo di lavorare su più catene è molto inferiore.
Un problema che PoS aiuta a mitigare, tuttavia, è il problema del 51%. Anche se un miner possedesse il 51% di una criptovaluta, non sarebbe nel loro interesse attaccare un sistema in cui possedeva la maggioranza della quota. Questo, ovviamente, non tiene conto di attori maligni e ben finanziati che potrebbero semplicemente voler abbattere una rete blockchain ad ogni costo.
Alcuni esempi di blockchain che utilizzano questo meccanismo di consenso sono NEO, Stellar e Cardano.
Con il PoS classico, è improbabile che minatori con piccoli saldi estraggano un blocco, nello stesso modo in cui è improbabile che minatori PoW con poca potenza del computer estraggano un blocco. Non solo questo potrebbe essere visto come meno equo, ma potrebbe anche portare a una rete meno sicura, poiché se i piccoli minatori fossero incentivati meglio, la rete avrebbe più nodi e quindi più sicura.
LPoS incentiva i nodi meno potenti consentendo loro di affittare i loro saldi di criptovaluta a "nodi di picchettamento" che hanno più gettoni puntati e di conseguenza hanno maggiori probabilità di estrarre un blocco valido. Tutte le monete concesse in leasing a tali nodi aumentano il "peso" dello staking node, il che aumenta le sue possibilità di aggiungere un blocco alla blockchain. I premi ricevuti dai nodi di staking vengono quindi condivisi proporzionalmente tra tutti i locatari. I locatari possono comunque spostare o spendere i loro gettoni in qualsiasi momento, quindi automaticamente "interrompendo il contratto di locazione" per così dire.
In questo modo, la questione della centralizzazione del potere minerario e / o monetario può essere meglio limitata consentendo a tutti i nodi di avere il potenziale per guadagnare ricompense minerarie.
L'esempio principale di un progetto che utilizza questo tipo di algoritmo di consenso è Waves.
In DPoS, i possessori di token di criptovaluta usano i loro saldi per eleggere un elenco di nodi che saranno in grado di puntare blocchi da aggiungere alla blockchain. Con la blockchain EOS ancora da lanciare, ad esempio, ci saranno 21 "nodi produttori di blocchi" eletti dalla rete.
Sebbene questo risolva alcuni problemi, come la possibilità che si verifichino fork (tutti i nodi non passeranno a un fork che non è finalizzato da 15 nodi produttori su 21) e problemi di scalabilità che si verificano con PoW e PoS, una blockchain DPoS è per definizione più centralizzato e non fornisce punti di ingresso accessibili a nessuno per estrarre blocchi e guadagnare premi.
I progetti che utilizzano questo tipo di meccanismo di consenso includono Bitshares ed EOS.
Le blockchain non devono accontentarsi di un solo tipo di meccanismo di consenso. Il tipo più popolare di catena ibrida è l'ibrido PoW / PoS, che in genere utilizza un consenso PoW iniziale in modo limitato e quindi utilizza PoS per convalidare i blocchi aggiunti alla blockchain. L'uso di PoS risolve il problema dell'attacco del 51% utilizzando meno energia; PoW risolve il problema del nulla in ballo garantendo un altro livello di immutabilità della blockchain.
Peercoin è una blockchain che utilizza questo metodo ibrido.
PoI è simile a PoS, ma il meccanismo di consenso tiene conto anche di altri fattori nel dare ai nodi un vantaggio nei blocchi di mining.
Con NEM, la prima blockchain a implementare PoI, ad esempio, i nodi vengono premiati per la loro produttività nella rete, che include il loro saldo, nonché il numero e il valore delle transazioni, tra gli altri fattori di "reputazione".
In questo meccanismo di consenso, ogni nodo pubblica una chiave pubblica. Le transazioni che passano attraverso il nodo vengono firmate dal nodo e verificate, e una volta raggiunte un numero sufficiente di risposte identiche all'interno della rete, si raggiunge un consenso sulla validità della transazione. Questo semplice meccanismo non richiede alcuna potenza di hashing ed è particolarmente utile per i sistemi di archiviazione.
PBFT ha due potenziali problemi. Innanzitutto, tutte le parti coinvolte devono concordare l'elenco esatto dei partecipanti fidati. In secondo luogo, l'appartenenza a un tale sistema di accordi è tipicamente stabilita da un'autorità centrale. Sebbene questi fattori possano non renderlo adatto a una criptovaluta pubblica e decentralizzata, può essere utile per altre cose come le piattaforme di detenzione di asset digitali privati.
PBFT è il meccanismo di consenso utilizzato da Hyperledger.
Prima che arrivassero le blockchain, non esisteva un modo pratico per garantire che i dati in una rete distribuita (ad esempio, un registro di valuta digitale) rimanessero protetti dalla manomissione da parte di nodi dannosi o compromessi. Con la nascita di Bitcoin e PoW, un'intera nuova generazione di programmatori e ingegneri si è messa a lavorare per risolvere questo problema.
Di conseguenza sono nati molti meccanismi di consenso, la maggior parte dei quali pretende di risolvere lo stesso problema (dei generali bizantini). Poiché la blockchain è ancora un campo relativamente nuovo, non è chiaro quali meccanismi di consenso si dimostreranno più utili e quali cadranno in disgrazia. Allo stato attuale, i diversi meccanismi di consenso sono uno dei fattori fondamentali che differenziano le diverse criptovalute.
Fonte: https://unhashed.com/cryptocurrency-coin-guides/blockchain-consensus-mechanisms/
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