Cos'è il consenso?
Un protocollo di consenso è un meccanismo blockchain che garantisce la sincronizzazione tra i nodi e stabilisce un accordo sulle transazioni e sui blocchi da considerare legittimi e quindi aggiunti alla blockchain. Si tratta di metodologie fault-tolerant per mantenere un unico stato della rete e armonizzare tutti i nodi distribuiti.
Lo scopo di avere un meccanismo di consenso è convalidare e autenticare le transazioni e quindi garantire che l'integrità della rete blockchain rimanga intatta. Un consenso è un accordo su cosa è accettabile e cosa non lo è! prima di creare un registro immutabile e aggiungerlo ai blocchi della rete. Un consenso può essere dato da uno o da tutti i nodi della rete che hanno guadagnato i diritti per convalidare una transazione (o un blocco). Questi nodi sono chiamati validatori o minatori o verificatori in base alla terminologia adatta alla rete e al protocollo di consenso in uso. Questo blog discute la necessità di un meccanismo di consenso e chiarisce l'analisi e il processo per concludere il protocollo di consenso adatto per una rete blockchain.
Perché è necessario un meccanismo di consenso?
La quarta iterazione della rivoluzione industriale sta trasformando l'industria moderna da una versione semplicemente digitalizzata di ciò che era manuale qualche decennio fa, a un sistema cyber-fisico decentralizzato efficientemente automatizzato, sicuro e robusto. Oggi, l'obiettivo è introdurre strumenti tecnologici migliori, in grado di abilitare una rete senza fiducia e senza autorizzazioni di prodotti e servizi che siano più efficienti e meglio progettati per il Web4 e altre tecnologie emergenti.
Sono implementati per garantire un unico stato della rete e che tutti i nodi siano collegati alla rete corretta. Un meccanismo di consenso è l'unica identità di controllo che garantisce la sicurezza e l'autenticità del registro decentralizzato, una blockchain. I blocchi di transazioni vengono aggiunti alla blockchain esistente solo dopo essere stati autenticati e convalidati dal meccanismo specifico della blockchain per concordare la correttezza della transazione. Un consenso è obbligatorio per estendere la catena aggiungendo blocchi, dove ogni blocco è una raccolta di transazioni. È la crescita della catena che mantiene funzionale la rete. Il meccanismo del consenso garantisce che le transazioni rimangano accessibili e il sistema rimanga trasparente. Gli algoritmi di consenso eliminano gli intermediari di terze parti per garantire la correttezza delle transazioni. Quando il consenso raggiunge uno stato globale delle transazioni nella catena, tutti i nodi/peer possono fidarsi l'uno dell'altro. Ciò induce la tolleranza agli errori nella rete.
In una blockchain, il registro distribuito è gestito in modo decentralizzato. In alcune catene, più nodi indipendenti si assumono la responsabilità del mantenimento della blockchain, mentre in altre il consenso è più di natura automatizzata e i nodi sono responsabili solo dell'invio o della proposta delle transazioni. È grazie a un meccanismo di consenso che l'esperienza dell'utente è migliorata attraverso la verità concordata tra le parti interessate che rappresentano i nodi e i componenti di rete eterogenei.
Eleggere un meccanismo di consenso
L'evoluzione della tecnologia blockchain è stata accompagnata da una congruente evoluzione e innovazione nei meccanismi di consenso. Il protocollo di consenso può avere molti obiettivi come il mantenimento della sicurezza, la cooperazione, la parità di diritti sui nodi, la governance blockchain, una certa percentuale di partecipazione ai nodi, ecc. Questi obiettivi di consenso costituiscono le premesse per esaminare qualsiasi blocco e convalidarlo per essere aggiunto alla catena da raggiungere il prossimo stato stabile, affidabile e sicuro della rete.
Per concludere su qualsiasi meccanismo di consenso, è importante comprendere le priorità e il quadro della blockchain. Insieme a questo, è necessario comprendere l'architettura richiesta, la funzionalità sottostante e i componenti primari coinvolti nel meccanismo di consenso. Successivamente si può concludere una metodologia di consenso adatta alla blockchain. Di seguito sono riportate alcune delle principali caratteristiche prese in considerazione, durante la valutazione di un meccanismo di consenso da impiegare su una blockchain.
Analisi degli algoritmi di consenso per le applicazioni
● Tipo di blockchain
In base alle proprietà dell'applicazione o del sistema che utilizza blockchain, la quantità di controllo e accessibilità della blockchain è classificata in privato, pubblico o consorzio. Il meccanismo del consenso deve mantenersi inalterato garantendo al contempo la sicurezza e l'integrità della blockchain.
● Governance decentralizzata
Una rete, se governata da attori distribuiti attraverso la rete, garantisce in primo luogo che la blockchain non finirà per essere controllata centralmente con conseguente governance monopolistica guidata dagli interessi di una piccola parte di utenti e in secondo luogo garantisce che tutte le decisioni prese attraverso un consenso distribuito siano mirato a un obiettivo comune di avvantaggiare la blockchain e mantenerne la sicurezza e l'integrità.
● Scalabilità e attacchi
Qualsiasi blockchain deve essere scalabile. Un consenso come PoW che richiede un'elevata potenza di calcolo rende impossibile la scalabilità libera. Le blockchain destinate ad essere adottate a livello globale devono essere immancabilmente scalabili e i meccanismi di consenso come PoT ed ELASTICO sono pensati per aiutare lo stesso.
La scalabilità arriva con il compromesso per la blockchain che diventa più suscettibile agli attacchi, quindi la governance e il consenso della blockchain dovrebbero essere scelti con attenzione per garantire un'elevata sicurezza.
● Modello di tolleranza avversaria
Nessuna rete può essere immune da guasti. Allo stesso modo, ogni blockchain è suscettibile a due tipi principali di errori: crash e bizantina, discussi ulteriormente. La protezione della blockchain da operazioni dannose dovrebbe essere incorporata nella governance e nel modello di consenso della blockchain. Il meccanismo del consenso deve garantire che la robustezza della blockchain sia mantenuta attraverso attacchi e vulnerabilità.
Un meccanismo di consenso che può aiutare la blockchain a evitare tali attacchi e persino a riprendersi senza problemi nel caso in cui uno di questi si verifichi è un'altra misura che aiuta a concludere perché un particolare meccanismo di consenso può o non può essere adatto per la blockchain.
● Parametri di prestazione
La digitalizzazione e la globalizzazione hanno aumentato il numero di transazioni che si verificano in qualsiasi settore verticale. Nel corso degli anni anche le blockchain si sono evolute da poche transazioni al giorno all'elaborazione di blocchi completi in pochi secondi. Quindi un caso d'uso che richiede l'elaborazione e la finalizzazione delle transazioni in tempo reale richiederebbe anche un tale meccanismo di consenso. Un tale meccanismo di consenso richiede la disponibilità ininterrotta di nodi validatori.
Larghezza di banda, latenza e throughput sono i parametri essenziali da monitorare che rendono affidabile una blockchain. Una blockchain deve mantenere un throughput elevato e valori di latenza bassi. Deve supportare una larghezza di banda in grado di gestire la quantità di traffico che intende attirare. Meccanismi come DPoS, PoET e Tendermint supportano un'elevata scalabilità e throughput.
● La complessità del modello di comunicazione
In base al tempo di risposta, un protocollo di consenso deve essere in grado di soddisfare i requisiti di comunicazione. Che sia sincrono (tempo di risposta basso) o asincrono (tempo di risposta elevato), è l'applicazione che determina quale tipo di comunicazione e quale protocollo di consenso sarà più adatto per il caso d'uso specifico.
Raccogliere consenso da più nodi distribuiti è un compito noioso. Dal proporre un blocco da aggiungere alla catena al punto in cui viene aggiunto e tutti i nodi sono arrivati allo stato aggiornato della blockchain, il viaggio non è né fluido né prevedibile. Un meccanismo di consenso che riconosca e gestisca lo stesso è di grande importanza per le blockchain con un volume elevato di transazioni e quindi blocchi pronti per la convalida.
● Struttura del quorum
Affinché un sistema distribuito possa imporre un funzionamento coerente, esiste un numero minimo o una percentuale di nodi che devono acconsentire affinché un blocco sia considerato valido e aggiunto alla catena. Per qualsiasi blockchain è preferibile un algoritmo di consenso con una struttura del quorum che imponga il decentramento e la distribuzione del consenso.
● Fabbisogno energetico
Una delle principali preoccupazioni a livello globale sono i requisiti energetici e i tassi di emissione del consenso. Oggi, la maggior parte delle applicazioni e degli utenti è scettica e incline a scegliere un meccanismo di consenso che abbia un basso impatto sulla già in diminuzione della qualità ambientale.
Al momento, la blockchain più grande e più antica in esecuzione su PoW che richiede livelli estremi di potenza di calcolo è considerata la più ostile all'ambiente e l'attenzione si è spostata su meccanismi migliori come PoS, PoB e PoC.
● Categoria Mining e Consenso
In base alle dimensioni della rete si possono concludere protocolli di consenso. Una rete con un gran numero di nodi distribuiti favorisce il consenso basato su prove, mentre una rete più piccola preferisce meccanismi di consenso basati sul comportamento di voto. Questo però è abbastanza rudimentale. Più importante è quale modus-operandi impiega un meccanismo di consenso. I meccanismi di consenso sono ampiamente classificati come di seguito:
- Basato su prove : quelli che dipendono dalla prova dei validatori in base a parametri come potenza di calcolo, capacità di masterizzazione, ricchezza, memoria, ecc.
- Basato sulle capacità : Questi hanno lo scopo di ridurre il fabbisogno energetico ma soffrono di un difetto intrinseco di suscettibilità alla centralizzazione basata sulla capacità in esame.
- Basato sul voto : un minatore viene eletto votando per proporre, generare e commettere un blocco. Con le elezioni suppletive il problema della centralizzazione è stato risolto in larga misura. Inoltre, gli elettori si occupano anche dei requisiti basati su prove. Tuttavia, questo meccanismo può indirettamente soffrire di:
a). Guasto di crash: Sovraccaricare il nodo eletto con il compito di validazione e non disporre di alcun meccanismo di backup in caso di guasto alla fine della validazione eletta.
a). Difetto bizantino: Questo è un sottile difetto in cui si ritiene che ci sia una distribuzione illusoria del consenso sebbene il consenso possa essere centralizzato all'interno di pochi nodi.
● Finalità del consenso
Esistono due categorie principali di finalità della transazione: assoluta e probabilistica. Il consenso probabilistico può avere transazioni annullate, che non possono essere commesse successivamente nello stesso blocco e quindi verranno rigenerate e riconvalidate per essere impegnate in un blocco. Qui, il tempo di risposta è un fattore che influenza la determinazione del meccanismo di consenso sia probabilistico che assoluto. Oggi solo ripple e DBFT forniscono una finalità assoluta. L'obiettivo principale di un consenso è mantenere un autentico stato globale della blockchain, eliminare l'interesse acquisito di uno o più nodi e avere l'obiettivo specifico di mantenere la privacy dei dati. Una blockchain deve rimanere sempre in uno stato concordato da ogni singolo nodo ovvero in uno stato perpetuo di indiscutibile integrità.
● Attacchi
L'accessibilità e la trasparenza globali rendono le blockchain altamente suscettibili alle minacce. Un meccanismo di consenso che si occupa del commercio finanziario dovrebbe aiutare gli utenti a mitigare i rischi mantenendo il controllo delle risorse nelle mani del proprietario. Il raggiungimento di uno stato globale nella catena e il suo mantenimento inducono fiducia tra i nodi e i pari.
A seconda della categoria degli attacchi alla sicurezza a cui è suscettibile una blockchain, è possibile utilizzare meccanismi di consenso per aggiungere un livello di sicurezza sulla blockchain. RAFT, PoB e PoA sono alcuni protocolli che resistono agli attacchi DDos mentre PoT e Ripple sono robusti quando si tratta di attacchi Sybil.
Ci sono alcune altre considerazioni da fare prima che un meccanismo di consenso sia finalizzato, che possono includere l'approccio di implementazione, la tokenizzazione e la forza dell'algoritmo.
Nessun parametro influenza da solo la selezione di un particolare meccanismo di consenso. La combinazione di questi parametri influisce sulle prestazioni di un meccanismo di consenso in varie applicazioni sviluppate su quella blockchain.
Consenso ibrido
Senza compromettere le caratteristiche uniche dei meccanismi di consenso come scalabilità, sicurezza, decentralizzazione e operazioni rapide senza autorizzazione, i meccanismi di consenso possono essere combinati per formare un consenso adeguato per un caso d'uso particolare. Lo scopo dell'ibridazione è ottenere il meglio da entrambi i mondi, blockchain pubblico e privato. L'accorpamento è presieduto dalla compatibilità del consenso individuale impiegato. Il risultato qui è una blockchain ibrida, che subisce restrizioni di visibilità più severe da reti esterne e un'elaborazione interna più fluida.
L'ibridazione potrebbe non essere impiegata sulla blockchain stessa, ma su un secondo livello sopra la blockchain, il livello funzionale in cui vengono distribuite la maggior parte delle applicazioni. Sebbene qui venga aggiunto il secondo livello di controllo e funzionalità, riduce il carico sulla blockchain principale. Questo non deve essere paragonato a un meccanismo di doppio consenso utilizzato da Solana, Solana ha un consenso in cui i blocchi sono pipeline basati su PoH mentre la convalida viene eseguita tramite PoS. È una blockchain indipendente che utilizza due meccanismi di consenso in due momenti diversi.
Migrazione a un altro meccanismo di consenso
Ethereum ha creato molto scalpore migrando a PoS da PoW. Questo non è un processo regolare. Oltre allo sforzo e alla capacità, la fase di transizione è afflitta da un'enorme vulnerabilità e quindi richiede uno sforzo aggiuntivo per proteggersi da Sybil e altri attacchi. Ethereum stesso lo ha fatto in più fasi, come una volta che una blockchain è funzionale e anche pubblica, non c'è arresto delle transazioni che accadono intorno e generazione di blocchi. La migrazione su Ethereum è stata effettuata in fasi e fino al momento in cui scrivo questa PoW è parallelamente funzionale con PoS. Il meccanismo e le considerazioni sulla migrazione esulano dallo scopo di questo blog, sebbene Ethereum abbia esemplificato che è possibile e complesso allo stesso tempo.
Il futuro del Consenso
Il futuro della digitalizzazione è incentrato sulla blockchain e quindi i meccanismi di consenso sono sotto esame. Ogni nuova blockchain sta cercando di superare ciò che è già stato fatto. Solana ha introdotto una serie completamente nuova di protocolli come il livello del mare e la rottura delle nuvole per sfidare i blockchain prevalenti. Ne ha beneficiato e ha raggiunto la popolarità competitiva in pochissimo tempo. L'obiettivo però non è una singola blockchain o solo il miglior meccanismo di consenso. L'obiettivo è raggiungere un livello di cooperazione in cui le singole blockchain possano funzionare e la valuta o qualsiasi transazione digitale sia fattibile senza i confini dell'architettura sottostante o della blockchain o del meccanismo di consenso governativo. Metaverse, l'ultimo spazio digitale unico è lontano fino a quando le singole blockchain non saranno perfettamente integrabili per formare un'alleanza sinergica.
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Il post Meccanismi di consenso decentralizzati apparve prima Prima Felicitas.
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