Cos'è la Proof of Stake (PoS)?

TL;DR

La Proof of Stake è un meccanismo di consenso popolare e alternativo alla Proof of Work. Invece di utilizzare la potenza di calcolo per convalidare le transazioni, i validatori devono mettere in staking delle monete. Questa caratteristica riduce drasticamente il consumo di energia necessario. La Proof of Stake migliora anche la decentralizzazione, la sicurezza e la scalabilità.

Tuttavia, la Proof of Stake può risultare meno accessibile senza la disponibilità di criptovalute. Un 51% attack può anche essere facile da attuare con una blockchain a basso market cap. Visto che la Proof of Stake è estremamente versatile, presenta un'ampia gamma di varianti per diverse blockchain e applicazioni.

Introduzione

La Proof of Stake è di gran lunga la scelta più popolare tra le reti blockchain esistenti al giorno d’oggi. Con così tante varianti, può essere difficile comprenderne i concetti fondamentali. Infatti, al giorno d'oggi, è improbabile che la si veda applicata nella sua forma originale. Tuttavia, tutti i tipi di Proof of Stake condividono gli stessi concetti chiave. Comprendere queste somiglianze ti aiuterà a fare le scelte migliori rispetto alle blockchain da usare e su come operano.

Cosa significa Proof of Stake?

L'algoritmo di consenso Proof of Stake è stato introdotto nel 2011 sul forum Bitcointalk. È stato proposto come soluzione ai problemi legati alla Proof of Work. Entrambi condividono lo stesso obiettivo, ovvero di raggiungere il consenso sulla blockchain, ma il processo utilizzato è piuttosto diverso. Invece di dover fornire una prova computazionale, i partecipanti dimostrano solo di aver messo in staking delle monete.

Come funziona la Proof of Stake?

L'algoritmo Proof of Stake utilizza un processo di selezione pseudo-casuale per individuare i validatori all'interno di un gruppo di nodi. Il sistema utilizza una combinazione di fattori, tra cui l'età dello staking, un elemento di randomizzazione e la ricchezza del nodo.

Nei sistemi Proof of Stake, i blocchi sono 'forgiati' piuttosto che essere minati. Occasionalmente potreste ancora sentire il termine 'minato'. La maggior parte delle criptovalute Proof of Stake viene rilasciata con un'offerta di monete "pre-forgiate", così da permettere ai nodi di iniziare immediatamente il loro lavoro di convalida.

Gli utenti che partecipano al processo di forgiatura devono bloccare una certa quantità di monete sulla rete, questo processo è chiamato stake. La dimensione dello stake determina le possibilità che un nodo venga selezionato come prossimo validatore - più grande la somma in staking, maggiori sono le possibilità. Nel processo di selezione vengono utilizzati anche dei metodi aggiuntivi, per favorire non solo i nodi più ricchi presenti sulla rete. I due metodi più comunemente utilizzati sono il Randomized Block Selection e la Coin Age Selection.

Randomized Block Selection

Tramite la Randomized Block Selection, i validatori vengono selezionati tra i vari nodi, utilizzando una combinazione tra il valore di hash più basso e lo stake più alto. Poiché gli importi in staking sono pubblici, il prossimo forger (validatore selezionato) può essere solitamente previsto dagli altri nodi.

Coin Age Selection

Il Coin Age Selection sceglie i nodi in base a quanto tempo fa i token sono stati messi in staking da un nodo. Il Coin Age Selection viene calcolato prendendo il numero di giorni a partire dal quale le monete sono state messe in staking e moltiplicato per il numero di monete in staking.

Una volta che un nodo ha forgiato un blocco, il coin age viene azzerato e si deve attendere un certo periodo per poter forgiare un altro blocco; questo impedisce, ai grandi nodi che fanno staking, di dominare la blockchain.

Convalida delle transazioni

Ogni criptovaluta che utilizza un algoritmo Proof of Stake ha il proprio set di regole e metodi combinati per quello che pensa sia la migliore combinazione possibile per la propria rete e i suoi utenti.

Quando un nodo viene scelto per creare il blocco successivo, verificherà se le transazioni nel blocco sono valide. Poi firma il blocco e lo aggiunge alla blockchain. Come ricompensa, il nodo riceve le commissioni di transazione dal blocco e, su alcune blockchain, riceve inoltre una ricompensa in monete (coin reward).

Se un nodo vuole smettere di essere un forger, il suo importo in staking e le ricompense guadagnate verranno rilasciate dopo un determinato periodo, così per dare alla rete il tempo di verificare che non vi siano blocchi fraudolenti aggiunti alla blockchain da questo nodo.

Quali blockchain usano la Proof of Stake?

La maggior parte delle blockchain post Ethereum usano meccanismi di consenso Proof of Stake. In genere, ognuno di questi è modificato per soddisfare le esigenze della propria rete. Tratteremo più avanti queste varianti. Ethereum stesso è attualmente in fase di passaggio alla Proof of Stake con l'arrivo di Ethereum 2.0.

Le reti blockchain che utilizzano la Proof of Stake o una sua forma includono:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Vantaggi della Proof of Stake

La Proof of Stake ha molti vantaggi evidenti rispetto alla Proof of Work. Per questo motivo, le nuove blockchain utilizzano quasi sempre la Proof of Stake. I benefici includono:

Adattabilità

Man mano che le esigenze degli utenti e le blockchain cambiano, anche la Proof of Stake può essere modificata. Infatti questo è chiaro, basta guardare le varie tipologie di Proof of Stake disponibili al momento. Il meccanismo è versatile e può facilmente adattarsi alla maggior parte delle applicazioni della blockchain.

Decentralizzazione

Più utenti sono incoraggiati a eseguire dei nodi, perché anche la gestione è più conveniente. Questo incentivo e il relativo processo di randomizzazione rendono la rete più decentralizzata. Anche se esistono delle staking pool, per un singolo individuo, c'è una possibilità molto più alta di forgiare un blocco tramite la Proof of Stake. In generale, questo riduce la necessità di staking pool.

Efficienza energetica

La Proof of Stake è incredibilmente efficiente in termini di energia rispetto alla Proof of Work. Il costo della partecipazione si basa su quello economico relativo allo staking, piuttosto che sul costo computazionale per la risoluzione dei puzzle matematici. Tutto questo porta ad una significativa riduzione dell'energia richiesta per l’esecuzione del meccanismo di consenso.

Scalabilità

La Proof of Stake è anche è più scalabile, perchè non si affida a delle macchine fisiche per generare il consenso. Non c'è bisogno di enormi mining farm o di molta energia. Aggiungere nuovi validatori alla rete è più economico, semplice e accessibile.

Sicurezza

Lo staking funziona come "un motivatore finanziario" per il validatore, e lo spinge a non elaborare transazioni fraudolente. Se la rete rileva una transazione fraudolenta, il validatore perderà una parte della sua quota in staking e il relativo diritto a partecipare in futuro alla rete. Quindi, finché l'importo in staking è maggiore delle ricompense ottenute, il validatore perderebbe più monete di quante ne guadagnerebbe tramite l'attività fraudolenta.

Per controllare efficacemente la rete e approvare le transazioni fraudolente, un nodo deve possedere una quota in staking superiore alla metà di quella presente sulla rete, nota anche come 51% attack. A seconda del valore di una criptovaluta, può essere quasi impossibile ottenere il controllo della rete, in quanto sarebbe necessario acquisire il 51% dell'offerta in circolazione.

Tuttavia, questo può anche essere uno svantaggio, ne parliamo qui di seguito.

Svantaggi della Proof of Stake

Anche se la Proof of Stake ha molti vantaggi rispetto alla Proof of Work, presenta ancora alcune debolezze:

Forking

Utilizzando una Proof of Stake standard, non c'è un disincentivo nel mining di entrambe le parti di un fork. Nella Proof of Work, minare da entrambe le parti porterà ad uno spreco di energia. Mentre con la Proof of Stake, il costo è minimo, il che significa che le persone possono "scommettere" su entrambi i lati di un fork.

Accessibilità

Per iniziare a fare staking, avrete bisogno di un ammontare del token nativo di una blockchain. Ciò richiede l'acquisto del token tramite un exchange o altro metodo. A seconda dell'importo richiesto, potrebbe essere necessario un investimento significativo per iniziare a fare staking efficacemente.

Con la Proof of Work, è possibile acquistare attrezzature di mining a buon mercato o anche di affittarle. È anche possibile unirsi a una pool e iniziare a convalidare e guadagnare rapidamente.

51% attack

Anche se la Proof of Work è lo stesso incline ai 51% attack, questi possono essere attuati più facilmente su una blockchain Proof of Stake. Se il prezzo di un token crolla o la blockchain ha una bassa capitalizzazione di mercato, può essere teoricamente conveniente acquistare più del 50% dei token e riuscire così a controllare la rete.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Quando confrontiamo i due meccanismi di consenso, ci sono alcune differenze fondamentali.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Attrezzatura necessaria	Attrezzatura per il mining	Quantità minima o nessuna
Consumo energetico	Alto	Basso
Tendenza verso	Centralizzazione	Decentralizzazione
Metodo di convalida	Prova computazionale	Staking di monete

Tuttavia, esiste un'ampia varietà di meccanismi Proof of Stake tra le varie blockchain disponibili. Molte differenze dipenderanno dall'esatto meccanismo utilizzato.

Altri meccanismi di consenso che si basano sulla Proof of Stake

La Proof of Stake è altamente adattabile. Gli sviluppatori possono cambiare l'esatto meccanismo per soddisfare le applicazioni specifiche di una blockchain. Qui sotto elenchiamo alcune delle Proof of Stake più comuni

Delegated Proof of Stake (DPoS)

La Delegated Proof of Stake (DPoS) consente agli utenti di fare staking senza la necessità di diventare un validatore. In questo caso, le monete vengono messe in staking dietro un validatore per condividere le ricompense di blocco. Più delegatori si mettono in staking dietro un possibile validatore, maggiore è la possibilità che venga selezionato. Di solito i validatori possono cambiare l'importo condiviso con i delegatori come incentivo. La reputazione di un validatore è anche un fattore importante per i delegatori.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

La Nominated Proof of Stake è un modello di consenso sviluppato da Polkadot. Ha molte somiglianze con la Delegated Proof of Stake, ma presenta una differenza fondamentale. Se un nominatore (delegatore) mette in staking dietro un validatore malevolo, può anche perdere la sua somma in staking.

I nominatori possono scegliere fino a 16 validatori con cui fare staking. Quindi la rete distribuirà equamente la loro quota in staking tra i validatori scelti. Polkadot usa anche diversi approcci legati alla teoria dei giochi e alla teoria delle elezioni per determinare chi forgerà un nuovo blocco.

Proof of Staked Authority (PoSA)

BNB Smart Chain usa la Proof of Staked Authority per generare il consenso della rete. Questo meccanismo di consenso combina la Proof of Authority e la Proof of Stake, permettendo ai validatori di susseguirsi a turno nella creazione dei blocchi. Un gruppo di 21 validatori attivi è idoneo a partecipare alla generazione del blocco, tale gruppo è selezionato in base all'importo di BNB che hanno in staking o che hanno ricevuto in delega. Questo set è determinato quotidianamente e BNB Chain ne memorizza la selezione.

Conclusione

Fin dalla nascita di Bitcoin è cambiato significativamente il modo in cui aggiungiamo i blocchi di transazioni a una rete. Ora non abbiamo più bisogno di fare affidamento sulla potenza di calcolo per generare il consenso crittografico. La Proof of Stake ha molti vantaggi e il passare del tempo ci ha dimostrato che tale meccanismo funziona. Probabilmente col tempo Bitcoin rimarrà una delle poche reti Proof of Work. Al momento sembra che la Proof of Stake sia qui per restare.