Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake: qual è la differenza?

Proof-of-Work e Proof-of-Stake sono meccanismi di consenso, o algoritmi, che consentono alle blockchain di operare in modo sicuro. Questi meccanismi di consenso mantengono le blockchain sicure consentendo solo agli utenti autentici di aggiungere nuove transazioni.

Funzionano facendo in modo che coloro che desiderano partecipare dimostrino di aver dedicato una sorta di risorsa, come denaro o energia, alla blockchain. Questo aiuta a filtrare coloro che potrebbero non essere autentici o impegnati nella rete. La principale differenza tra proof-of-work e proof-of-stake è il modo in cui scelgono chi può aggiungere transazioni alla catena.

I fatti in breve:

• Proof-of-work e proof-of-stake sono algoritmi, noti anche come meccanismi di consenso, che aiutano le blockchain a mantenere la sincronizzazione dei dati e a rimanere al sicuro.
• Questi algoritmi determinano quale nodo (computer) nella rete può aggiungere il successivo blocco di transazioni alla catena.
• Entrambi i meccanismi hanno dimostrato di avere successo nel mantenere le blockchain, sebbene ognuno di essi abbia dei compromessi.

Cos'è la prova di lavoro?

Il Proof-of-work è un sistema in cui i computer competono l'uno contro l'altro per essere i primi a risolvere enigmi complessi. 

Questo processo è comunemente indicato come mining perché l'energia e le risorse necessarie per completare il puzzle possono essere considerate l'equivalente digitale del processo del mondo reale di estrazione di metalli preziosi dalla terra. 

di Nathaniel Popper libro, Oro digitale, usa una grande analogia per descrivere la prova di lavoro nel sistema Bitcoin:

"... è relativamente facile moltiplicare 2,903 e 3,571 usando un pezzo di carta e matita, ma molto, molto più difficile capire quali due numeri possono essere moltiplicati insieme per ottenere 10,366,613."

Usando questa analogia, possiamo immaginare che un miner nella rete di Bitcoin debba capire quali due numeri possono essere moltiplicati per raggiungere 10,366,613 indovinando combinazioni di numeri fino a ottenere la risposta corretta. Una volta che un computer determina che 2,903 può essere moltiplicato con 3,571 per fare 10,366,613, lo presenta agli altri computer della rete che possono facilmente verificare che 2,903 e 3,571, in effetti, fanno 10,366,613 quando moltiplicati. 

Quando un miner risolve questo "puzzle" prima di altri miner, può creare un nuovo blocco (un raggruppamento di transazioni) e trasmetterlo alla rete di nodi che eseguirà quindi individualmente gli audit del registro esistente e del nuovo blocco. Se tutto va a buon fine, il nuovo blocco viene incatenato al blocco precedente, creando una catena cronologica di transazioni. Il minatore viene quindi ricompensato con bitcoin per aver fornito le proprie risorse (energia).

Proof-of-work, mining e sicurezza

L'estrazione mineraria richiede una grande quantità di elettricità e protegge la rete garantendo che solo a coloro che possono dimostrare di aver speso risorse abbiano il diritto di aggiungere un nuovo set di transazioni alla blockchain.

Per questo motivo, è difficile, dispendioso in termini di tempo e costoso attaccare un sistema proof-of-work come quello di Bitcoin. Gli aggressori dovrebbero acquistare e installare attrezzature minerarie e pagare l'elettricità per far funzionare le attrezzature. Avrebbero quindi gareggiato per risolvere il puzzle e tentare di aggiungere un blocco di transazioni contenente bitcoin contraffatti alla catena.

Se il minatore malvagio risolvesse prima con successo l'enigma, proverebbe a trasmettere un nuovo blocco di transazioni al resto della rete. I nodi della rete eseguirebbero quindi un controllo per determinare la legittimità del blocco e delle transazioni al suo interno.

Poiché i nodi controllano il nuovo blocco rispetto alla versione precedente del libro mastro, noteranno i bitcoin contraffatti e il blocco sarebbe considerato non valido in base alle regole di consenso. 

La prova del lavoro rende impossibile contraffare bitcoin a meno che un minatore nefasto non controlli più del 50% dell'intera rete. Ciò significa il 51% sia della potenza di calcolo cumulativa dei miner, nota come hashrate, sia dei nodi nella rete. In questo modo, il cattivo attore potrebbe trasmettere un blocco danneggiato alla rete e fare in modo che i suoi nodi accettino il blocco alla catena. 

Data la crescita della rete di Bitcoin e la quantità di energia che i minatori contribuiscono al sistema di proof-of-work, un attacco del genere sarebbe quasi impossibile oggi. 

Se un governo, un'azienda o un'altra entità raccogliesse risorse sufficienti per costituire con successo più del 50% della rete con l'intenzione di attaccarla, i partecipanti autentici della rete creerebbero probabilmente un nuovo ramo della catena, noto anche come fork , rendendo inutile la catena precedente e l'attacco contro di essa.

Che cos'è la prova di partecipazione?

Nel sistema proof-of-stake, i validatori (l'equivalente proof-of-stake dei minatori) vengono scelti per trovare un blocco in base al numero di token che detengono piuttosto che avere la competizione arbitraria tra i miner per determinare quale nodo può aggiungere un bloccare. 

In questo sistema, l'importo "stake", o quantità di criptovalute detenute da un utente, sostituisce il lavoro svolto dai miner nel proof-of-work. Questo protegge la rete perché qualcuno che desidera partecipare e guadagnare premi deve acquistare la criptovaluta e tenerla per essere scelta per formare un blocco. 

I partecipanti sono tenuti a spendere soldi e dedicare alcune risorse finanziarie alla rete, in modo simile a come i minatori devono spendere elettricità in un sistema proof-of-work. Coloro che hanno speso soldi in monete per guadagnare questi premi hanno un interesse acquisito nel continuo successo della rete. 

Il proof-of-stake previene gli attacchi e le monete contraffatte essenzialmente con lo stesso meccanismo del proof-of-work. Invece di controllare il 51% dell'hashrate minerario e dei nodi come con il proof-of-work, gli aggressori di un sistema proof-of-stake dovrebbero detenere almeno il 51% della fornitura della moneta e controllare almeno il 51% dei nodi della rete.

Pro e contro di Proof-of-Work e Proof-of-Stake

Spiegazione dei professionisti della prova di lavoro

Sana competizione ed energie rinnovabili

La concorrenza nel mining di bitcoin è feroce. Le aziende minerarie cercano costantemente i modi più efficienti per ridurre i costi. Questo processo premia intrinsecamente coloro che possono trovare le forme di energia più economiche e inventare tecnologie più recenti per creare chip più veloci ed efficienti per il mining. 

Oltre a avvantaggiare il mining di criptovalute, la concorrenza tra i produttori di chip può portare a scoperte nell'hardware dei computer che possono essere trasferite ad altri settori al di fuori del mining di criptovalute.

Energia intrappolata 

Il mining di criptovalute consente alle aree di sfruttare la loro energia intrappolata e convertirla in una qualche forma di valore, che può quindi essere trasferita o utilizzata per finanziare altri progetti, generando infine attività economica in aree remote.

Un esempio reale di ciò sono le province cinesi di Sichuan e Yunnan. Queste province hanno intense stagioni umide che possono produrre enormi quantità di energia idroelettrica rinnovabile. Sfortunatamente, le province non hanno modo di trasportare e vendere questa energia ad altre aree.

Alla fine le province iniziarono a estrarre bitcoin per sfruttare l'energia in eccesso e convertirla in una qualche forma di valore negoziabile. Nel settembre del 2019, la Cina era responsabile per oltre il 70% dell'hashrate di Bitcoin a causa di queste fonti di energia a basso costo. La Cina ha successivamente vietato il mining di criptovalute mentre cercava di creare la sua valuta digitale fiat. Il cambiano ha costretto il massiccio esodo dei minatori in altre aree dove l'energia è a buon mercato. Di conseguenza, Kazakistan divenne un hotspot minerario insieme a Iran e Stati Uniti.

Sicurezza

Finora, il proof-of-work è stato il modo più collaudato per mantenere il consenso e la sicurezza all'interno di una rete pubblica distribuita. Questo perché il proof-of-work richiede il costo iniziale dell'hardware e il dispendio continuo di risorse piuttosto che una singola spesa anticipata per partecipare.

Bitcoin è stato lanciato nel 2009 e ha avuto una quota di oltre il 99.98% uptime. Al momento della scrittura, si sono verificati solo due casi di inattività: una ad agosto 2010 e un'altra a marzo 2013. Questi due incidenti sono stati risolti con aggiornamenti software opt-in per i nodi, poiché grazie al meccanismo di consenso, tutti i partecipanti alla rete hanno deciso questi aggiornamenti erano nel migliore interesse della rete collettiva.

Spiegazione dei contro della prova di lavoro

Consumo di energia

Bitcoin e altri blockchain proof-of-work, come Ethereum, consumano quantità significative di energia per fornire questo modello di sicurezza alle loro reti. Bitcoin consuma più energia di nazioni come Ucraina, Norvegia e altri. Gli ambientalisti hanno sostenuto che questo è completamente dispendioso e non necessario. 

Confutazione: sebbene questi sistemi consumino enormi quantità di energia, molti critici non riescono a valutare i tipi di energia utilizzati per l'estrazione mineraria e identificano invece il suo elevato consumo energetico con un grande impatto ambientale. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che i minatori di bitcoin utilizzano varie fonti di energia nelle loro operazioni. Alcune stime hanno mostrato che l'energia rinnovabile è la forma dominante utilizzata, che varia tra 50% a oltre 70% della potenza totale utilizzata. 

È importante notare che molti di questi studi riportano solo le società minerarie e altre operazioni che desiderano partecipare ai sondaggi.

E-Waste

I rifiuti elettronici possono essere la critica più valida al consumo di risorse della rete bitcoin. I minatori Proof-of-work generalmente funzionano a piena potenza 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX. A volte condizioni sfavorevoli come umidità, temperature elevate e ventilazione inadeguata hanno un impatto sulle strutture minerarie e riducono la durata delle apparecchiature.

Inoltre, i produttori di chip ASIC sviluppano costantemente chip nuovi ed efficaci. Quando si verifica questa innovazione, le vecchie fiches diventano meno efficaci nel vincere blocchi rispetto alle nuove fiches. Alla fine, i chip più vecchi vengono gradualmente eliminati e diventano rifiuti elettronici. 

Confutazione: Gli attuali chip di mining ASIC durano in genere tra i tre ei cinque anni. E mentre i nuovi chip alla fine sostituiranno i chip più vecchi, è probabile che durino più a lungo poiché diventano più efficienti e resistenti alle alte temperature e all'hashing prolungato.

Tracciabilità

Una preoccupazione per il mining di criptovalute è che può essere soggetto a censura. Ciò è già accaduto in luoghi come la Cina, dove il mining di criptovalute è stato vietato. L'immenso assorbimento di energia può essere trovato attraverso letture di elettricità o persino telecamere termiche. Questa capacità di tracciare dove avviene il mining di criptovalute consente ai regimi anti-cripto di reprimere la pratica. 

Se una nazione consentisse l'estrazione mineraria solo a coloro che si sono assicurati un qualche tipo di licenza, potrebbe minare il decentramento non consentendo alla rete di essere completamente pubblica.

Confutazione: Al di fuori della Cina, le nazioni di tutto il mondo sembrano in qualche modo pro-crypto. Alcuni paesi potrebbero cercare di regolamentare l'estrazione mineraria in modo che siano necessarie licenze. Tuttavia, finché ci sono ancora minatori in aree remote che continuano la pratica, dovrebbe aiutare a prevenire il monopolio e la censura.

Spiegazione dei professionisti Proof-of-stake

EFFICIENZA

I sistemi proof-of-stake sono significativamente più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli proof-of-work. I requisiti hardware di molti sistemi proof-of-stake sono equivalenti alla media o al di sotto della media dei laptop sul mercato odierno. Inoltre, il software di convalida non è molto impegnativo nella maggior parte dei sistemi proof-of-stake. 

Maggiore produttività

Nel proof-of-stake, i validatori vengono scelti per trovare un blocco in base al numero di gettoni che detengono, piuttosto che una competizione tra minatori per risolvere un enigma. Il tempo impiegato dall'algoritmo proof-of-stake per scegliere un validatore è significativamente più rapido rispetto alla concorrenza proof-of-work, consentendo una maggiore velocità di transazione.

Anche se questo è vero, tutte le blockchain, siano esse proof-of-stake o meno, sono rallentate dal processo in cui i nodi raggiungono democraticamente un consenso dopo che un validatore trasmette loro il blocco appena trovato. 

Resistenza alla censura

A differenza del proof-of-work, che richiede molta energia e una presenza fisica significativa, i validatori proof-of-stake possono essere eseguiti su laptop di piccole dimensioni. Ciò significa che potrebbe esserci un validatore che controlla un terzo di una rete monetaria distribuita a livello globale in esecuzione nell'angolo di una caffetteria piuttosto che essere un magazzino pieno di migliaia di computer ronzanti.

Barriera inferiore all'ingresso

I validatori proof-of-stake devono spendere soldi solo una volta per partecipare. Tutto quello che devono fare è acquistare abbastanza gettoni per vincere blocchi nel modello proof-of-stake. Al contrario, un minatore in un sistema di prova di lavoro deve acquistare attrezzature minerarie e mantenerle in funzione a tempo indeterminato, sostenendo costi energetici che possono variare. Ciò consente a più persone di partecipare che altrimenti non sarebbero in grado di farlo.

Spiegazione dei contro proof-of-stake 

Non provato su larga scala

Deve ancora esistere un sistema proof-of-stake per scalare alle dimensioni di qualcosa come Bitcoin o Ethereum. Per questo motivo, i sistemi proof-of-stake non sono ancora decentralizzati o sicuri come i principali sistemi proof-of-work.

Confutazione: Sebbene i sistemi proof-of-stake non siano ancora diventati delle dimensioni di reti come quella di Bitcoin, non c'è motivo per cui non possano farlo con il tempo. I sistemi Proof-of-Stake possono avere il potenziale per scalare oltre ciò di cui sono capaci i sistemi Proof-of-work, dato che esiste una barriera inferiore all'ingresso e non è necessario hardware specializzato per eseguirli.

Consolidamento delle monete

Il consolidamento delle monete solo tra pochi validatori è l'argomento più comune contro i sistemi di proof-of-stake. La natura del proof-of-stake incentiva l'accumulo di monete per aumentare le possibilità di vincere un blocco e ricevere una ricompensa. 

I mercati dei token possono anche essere messi alle strette da un'entità con tasche profonde, consentendo loro di accumulare la maggior parte dei token. La maggior parte dei sistemi proof-of-stake consente a singole entità di creare un numero qualsiasi di validatori e, poiché la creazione di validatori richiede un costo finanziario iniziale ridotto, qualcuno che controlla la maggior parte dei token potrebbe controllare la maggior parte dell'intera rete.

Ciò rende estremamente importante la distribuzione iniziale delle monete proof-of-stake. Alcune monete proof-of-stake più recenti vendono token agli investitori prima che siano disponibili pubblicamente. In alcuni casi, queste vendite di token hanno rappresentato il 40% o più delle forniture massime di token, offrendo alle società di venture capital e ad altri primi investitori un vantaggio considerevole rispetto ad altri nel guadagnare premi di rete.

Confutazione: È vero che il proof-of-stake sceglie i creatori di blocchi principalmente in base alla dimensione della loro partecipazione, ma alcune blockchain stanno già iniziando a implementare metodi per ridurre questo rischio di centralizzazione. Alcuni includono l'aggiunta di "età della moneta" o per quanto tempo è stata detenuta la puntata e un grado di randomizzazione all'algoritmo. Ciò garantisce che la dimensione della puntata non sia l'unico fattore nel determinare la formazione del blocco e che i validatori più piccoli abbiano una possibilità di vincere. 

Alcuni blockchain hanno anche fatto in modo che i validatori che superano una certa soglia di monete inizino a ricevere sempre meno ricompense. Ciò incentiva gli staker a delegare la propria partecipazione a validatori più piccoli, aiutando a diffondere i token su più validatori, aumentando la decentralizzazione e la sicurezza.

Sicurezza meno robusta

Come accennato in precedenza, avere una barriera all'ingresso inferiore per i partecipanti alla rete può aiutare ad aumentare il numero di validatori e, per estensione, il decentramento, ma rendere più facile l'ingresso nella rete può anche ridurne la sicurezza. 

Se un cattivo attore cercasse di attaccare una rete proof-of-work, dovrebbe acquistare hardware sufficiente per rappresentare la maggior parte della rete e quindi dovrebbe pagare per far funzionare tutto. Il duplice sistema di sicurezza del costo iniziale delle apparecchiature e dei costi energetici in corso rende meno realistico l'attacco alla rete. I sistemi proof-of-stake hanno solo costi iniziali iniziali per partecipare, lasciandoli più aperti agli attacchi.

L'attuale hashrate di Bitcoin è di quasi 200 milioni di tera hash al secondo. Il minatore ASIC top di gamma di Bitmain, il S19J, può eseguire 88 tera hash al secondo. Con tale misura, ci vorrebbero circa 1.2 milioni di questi chip per costituire solo la metà della rete di Bitcoin. Il prezzo attuale di questo ASIC è di $ 10,390 per unità, il che significa che costerebbe circa $ 12.5 miliardi per acquistare abbastanza minatori per costituire metà della rete di Bitcoin, solo per poi pagare enormi commissioni per far funzionare le macchine. 

Al contrario, se un attore malvagio volesse attaccare una catena di proof-of-stake, prendi ad esempio Avalanche, dovrebbe acquistare più della metà dei token (circa $ 19 miliardi ai prezzi attuali) e impostare abbastanza validatori per recuperare oltre la metà la rete (630 validatrici presso l'attuale validatrice Avalanche contare). Poiché i validatori proof-of-stake non richiedono necessariamente hardware costoso o tonnellate di energia per funzionare, gli aggressori sostengono solo il costo iniziale dell'acquisto di token anziché i costi energetici correnti. 

Confutazione: Il costo iniziale iniziale per attaccare una rete proof-of-stake di dimensioni sufficienti sta diventando abbastanza grande che il problema della mancanza di costi correnti sta lentamente diventando irrilevante. Ad esempio, diventare la quota di maggioranza di Avalanche richiede già quasi 20 miliardi di dollari ai prezzi odierni. Più queste blockchain diventano popolari e più sono i detentori di una moneta di una rete proof-of-stake, più difficile sarà attaccarla. 

Domande frequenti 

Che cos'è la prova di lavoro? 

Proof-of-Work è uno strumento che protegge una blockchain e la aiuta a mantenere informazioni accurate (transazioni). Usa una corsa tra computer per vedere chi può risolvere per primo un enigma complesso. I vincitori di questa gara possono quindi aggiungere un nuovo blocco di transazioni alla catena. Questo puzzle richiede grandi quantità di energia per essere risolto, assicurando che i partecipanti abbiano maggiori probabilità di essere autentici. Chi vince viene premiato con bitcoin.

Cos'è un minatore di bitcoin? 

Un bitcoin miner è un computer che partecipa alla competizione per risolvere enigmi in blockchain proof-of-work. Usano grandi quantità di energia in questo processo e vengono ricompensati con bitcoin quando battono tutti gli altri per risolvere il puzzle. Si chiama mining perché l'energia e le risorse necessarie possono essere considerate l'equivalente digitale del processo reale di estrazione di metalli preziosi dalla terra.

Che cos'è la prova di partecipazione?

La Proof-of-Stake è uno strumento per proteggere una blockchain e aiutarla a mantenere informazioni accurate. Utilizza un algoritmo che sceglie chi può aggiungere il prossimo blocco di transazioni alla catena in base al numero di token detenuti.  

Che cos'è un validatore nel proof-of-stake?

Un validatore è l'equivalente proof-of-stake di un miner in proof-of-work. I validatori sono nodi in una rete blockchain che "staccano" o impegnano i loro token nella rete. I validatori vengono scelti per creare nuovi blocchi di transazioni in base al numero di token che detengono. Altri titolari di token che non sono validatori possono delegare le loro partecipazioni a un validatore per ottenere una quota dei premi che un validatore guadagna quando vengono scelti per creare un nuovo blocco di transazioni.

Il post Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake: qual è la differenza? apparve prima Blocchi.

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• Fonte: https://blockworks.co/proof-of-work-vs-proof-of-stake-whats-the-difference/