Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

TL;DR

Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS) sono i meccanismi di consenso più comuni. Sono stati adottati dalle principali criptovalute esistenti per proteggere la propria rete.

La Proof of Work viene utilizzata in Bitcoin per convalidare le transazioni e proteggere la rete. Tra le sue funzioni, la PoW serve a prevenire la doppia spesa. La blockchain è protetta da partecipanti chiamati miner, che utilizzano la propria potenza computazionale per competere e ottenere il diritto di confermare nuovi blocchi e aggiornare la blockchain. Un miner di successo verrà ricompensato dalla rete con dei BTC. A dicembre 2021, un miner può ottenere, minando con successo un blocco Bitcoin, una ricompensa per blocco di 6,25 BTC, oltre alle commissioni di transazione.

La differenza principale tra PoW e PoS è il modo in cui si determina chi può convalidare un blocco di transazioni. La Proof of Stake è l'alternativa più popolare alla Proof of Work. Si tratta di un meccanismo di consenso che mira a migliorare alcune delle limitazioni del PoW, come i problemi di scalabilità e il consumo energetico. Nella PoS, i partecipanti alla rete che validano i blocchi, sono chiamati validatori. Non hanno bisogno di usare dell'hardware performante per competere e avere la possibilità di convalidare un blocco. Devono invece mettere in staking (bloccare) la criptovaluta nativa di tale blockchain. La rete seleziona quindi un vincitore in base all'importo della criptovaluta messa in stake, questo'ultimo verrà ricompensato con una quota delle commissioni di transazione dal blocco che è stato convalidato. Più monete vengono messe in staking, maggiore è la possibilità di essere scelti come validatori.

Introduzione

Per garantire che le transazioni registrate su una blockchain siano valide, queste reti adottano diversi meccanismi di consenso. La Proof of Work (PoW) è il meccanismo più datato. Creato da Satoshi Nakamoto, è considerato da molti come una delle alternative più sicure. La Proof of Stake (PoS) è stata creata successivamente, ma ora è adottata dalla maggior parte delle altcoin.

Oltre a Bitcoin, la PoW viene utilizzata anche da altre criptovalute importanti come Ethereum (ETH) e Litecoin (LTC). Al contrario, la PoS viene utilizzato da Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) e altre altcoin. Occorre evidenziare che Ethereum prevede di passare dalla PoW alla PoS nel 2022.

Cos'è la Proof of Work (PoW) e come funziona?

La Proof of Work (PoW) è l'algoritmo di consenso adottato dalla rete Bitcoin e da molte altre criptovalute per prevenire il double spending. È stata introdotta da Satoshi Nakamoto nel whitepaper di Bitcoin, pubblicato nel 2008.

In sostanza, la PoW determina come la blockchain di Bitcoin raggiunge un consenso distribuito. Viene utilizzata per convalidare transazioni peer-to-peer in modo affidabile, senza la necessità di intermediari di terze parti.

In una rete PoW come quella di Bitcoin, le transazioni sono verificate dai miner. Questi sono dei partecipanti all'ecosistema, che utilizzano una grande quantità di risorse per garantire la continuità e la sicurezza della rete. Tra le altre attività, i miner creano e convalidano i blocchi di transazioni. Per ottenere il diritto a convalidare il prossimo blocco, è necessario utilizzare hardware di mining, altamente specializzato per risolvere complessi problemi matematici.

Il primo miner che riesce a trovare una soluzione valida a questi problemi matematici, guadagna il diritto di aggiungere il proprio blocco alla blockchain e ricevere ciò che chiamiamo ricompensa per blocco (block reward). Il block reward è costituito da una quantità di criptovaluta appena emessa unita alle commissioni di transazione. La quantità di crypto presente in un block reward varia a seconda della rete. Ad esempio, su Bitcoin, un miner di successo può ottenere un block reward pari a 6,25 BTC più le commissioni (questa è la quantità stabilita al momento della scrittura di questo articolo, ovvero a dicembre 2021). Tuttavia, il numero di nuovi BTC generati per blocco viene ridotto del 50% ogni 210.000 blocchi (circa ogni quattro anni) per via del meccanismo chiamato halving.

Se vuoi saperne di più sul modello Proof of Work, dai un'occhiata a questo articolo Cos'è la Proof of Work (PoW)?.

Cos'è la Proof of Stake (PoS) e come funziona?

La Proof of Stake (PoS) è un algoritmo di consenso introdotto nel 2011 come alternativa alla Proof of Work. Ha lo scopo di superare i limiti di scalabilità delle reti PoW. PoS è il secondo algoritmo più popolare adottato da criptovalute come Binance Coin (BNB), Solana (SOL) e Cardano (ADA).

Sebbene PoW e PoS condividano lo stesso obiettivo, ovvero di raggiungere il consenso sulla blockchain, la PoS ha un modo diverso di determinare chi debba convalidare un blocco di transazioni. Non ci sono miner nelle blockchain PoS. Piuttosto che affidarsi a potenti computer per competere nella convalida dei blocchi, i validatori PoS si basano sulla quantità di criptovaluta detenuta.

Per poter convalidare un blocco, i partecipanti devono bloccare una certa quantità di monete in uno specifico smart contract sulla blockchain. Questo processo è noto come staking. Il protocollo PoS selezionerà quindi un partecipante per convalidare il blocco successivo. A seconda della rete, questa selezione può essere effettuata in modo casuale o in base alla quantità di criptovaluta detenuta (stake). Il validatore selezionato può ricevere come ricompensa le commissioni di transazione del blocco che ha convalidato. In genere, più monete si bloccano, più alta è la possibilità di essere selezionati.

Per maggiori dettagli, fai riferimento all'articolo sulla Proof of Stake.

Differenze tra Proof of Work e Proof of Stake

Nonostante entrambi siano meccanismi di consenso che garantiscono la sicurezza della rete blockchain, ci sono alcune differenze. La differenza principale è, ovviamente, il modo in cui PoW e PoS determinano quale partecipante convalida le nuove transazioni. Per una visione di dettaglio, diamo un'occhiata alla tabella seguente:

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Chi può minare/convalidare i blocchi?	Maggiore è la potenza computazionale, maggiore è la probabilità di minare un blocco.	Più monete vengono messe in stake, più è probabile che tu possa convalidare un nuovo blocco
In che modo viene minato/validato un blocco?	I miner competono per risolvere complessi puzzle matematici utilizzando le loro risorse computazionali.	In genere, l'algoritmo determina il vincitore in modo casuale, tenendo conto della quantità di monete messe in stake.
Attrezzatura per il mining	Hardware professionale per il mining, come ASIC, CPU e GPU	Qualsiasi computer o dispositivo mobile con una connessione internet
Come vengono distribuite le ricompense?	La prima persona a minare il blocco riceve una ricompensa di blocco	I validatori possono ricevere una quota delle commissioni di transazione riscosse dal blocco che hanno convalidato
Come viene protetta la rete	Maggiore è l'hash, più sicura è la rete	Lo staking blocca la criptovaluta sulla blockchain per proteggere la rete

La Proof of Stake è migliore della Proof of Work?

I sostenitori della Proof of Stake dicono che la PoS possiede alcuni vantaggi rispetto alla PoW, specialmente per quanto riguarda la scalabilità e la velocità delle transazioni. Si dice anche che le monete che usano la PoS siano meno dannose per l'ambiente rispetto alla PoW. Al contrario, molti sostenitori della PoW sostengono che la PoS, in quanto tecnologia più recente, debba ancora dimostrare il suo potenziale in termini di sicurezza della rete. Il fatto che le reti PoW richiedano quantità significative di risorse (hardware di mining, elettricità, ecc.), le rende più resistenti ad un attacco hacker. Questo è particolarmente vero per Bitcoin, la più grande blockchain PoW.

Come già menzionato, Ethereum (ETH) dovrebbe passare da PoW a PoS nell'aggiornamento Ethereum 2.0. ETH 2.0 è un aggiornamento alla rete Ethereum atteso da tempo, che punta a migliorare le sue prestazioni e risolvere il problema della scalabilità. Dopo l'implementazione della PoS su Ethereum, chiunque abbia almeno 32 ETH potrà partecipare allo staking per diventare un validatore e ricevere delle ricompense.

La PoS è meglio della PoW? Perchè la seconda più grande criptovaluta per capitalizzazione di mercato sta adottando un nuovo meccanismo di consenso?

Rischio di centralizzazione

Nelle blockchain Proof of Work, il mining comporta l'utilizzo della potenza di calcolo per l'hash dei dati del blocco fino a quando non viene trovata una soluzione valida. Ad oggi, per le principali criptovalute, le soluzioni stanno diventando sempre più difficili da trovare e il processo di indovinare enormi quantità di hash può essere costoso in termini di hardware ed elettricità.

Pertanto, alcuni miner preferiscono accumulare le proprie risorse per il mining nelle mining pool così da avere maggiori possibilità per ottenere le ricompense di blocco. Alcune grandi mining pool investono milioni di dollari e controllano migliaia di hardware specializzati nel mining, chiamati ASIC, per generare il maggiore hashing power possibile.

Al momento, dicembre 2021, le prime 4 mining pool controllano circa il 50% della potenza totale di hashing su Bitcoin. Il dominio di queste mining pool rende impossibile per i singoli appassionati di crypto, il mining di un blocco in autonomia.

Ma allora quanto è decentralizzato il mining? Da un lato, non esiste ancora una singola entità in grado di controllare le conferme sulla rete. In tal caso, sarebbe possibile un 51% attack e la rete perderebbe il proprio valore. Alcuni potrebbero sostenere che benchè il mining sia ancora decentralizzato, non lo è più fortemente come un tempo. Alcuni settori, come i produttori di attrezzature di mining e quelli di energia dominano ancora il mining e ne riducono la decentralizzazione complessiva del protocollo proof of work.

Il meccanismo di consenso Proof of Stake adotta un approccio diverso e sostituisce il mining power con lo staking. Questo meccanismo riduce le barriere di ingresso necessarie per confermare le transazioni, inoltre riduce l'enfasi sull'ubicazione (delle strutture di mining), sulle attrezzature e su altri fattori. Il tuo livello di stake è determinato semplicemente dalla quantità di token che possiedi.

Tuttavia, la maggior parte delle reti PoS richiede l'esecuzione di un nodo di convalida per iniziare a confermare le transazioni. Questo può essere costoso da gestire, ma non tanto quanto diversi mining rig. Gli utenti, quindi, mettono in stake i loro token dietro determinati validatori, costruendo un modello simile a quello delle mining pool. Pertanto, sebbene sia più facile, per un utente medio, partecipare alla Proof of Stake, è comunque suscettibile allo stesso problema di centralizzazione delle mining pool.

Rischi per la sicurezza

Oltre al rischio di centralizzazione, il fatto che le prime quattro mining pool abbiano la maggior parte della potenza di hashing sulla rete Bitcoin, potrebbe potenzialmente aumentare il rischio di un 51% attack. Con 51% attack, si riferisce a un potenziale attacco alla sicurezza di un sistema blockchain da parte di un attore o di un'organizzazione malintenzionata, che riesce a controllare il 50% della potenza totale di hashing della rete. L'autore dell'attacco potrebbe sovrascrivere l'algoritmo di consenso della blockchain e commettere cattive azioni per trarre vantaggio dal sistema, come il double spending, il rifiuto o l'alterazione dei record delle transazioni o impedire ad altri attori di minare. Tuttavia, è improbabile che ciò accada su Bitcoin viste le dimensioni della rete.

Al contrario, se qualcuno dovesse attaccare una blockchain PoS, dovrebbe possedere più del 50% delle monete di questa rete. Ciò porterebbe a un grande aumento della domanda sul mercato e il prezzo di una moneta potrebbe valere decine di miliardi di dollari. Se si riuscisse a commettere un 51% attack, il valore delle monete in staking scenderebbe drasticamente man mano che la rete viene compromessa. Pertanto non è molto probabile che si verifichi un 51% attack su una criptovaluta che utilizza il consenso PoS, soprattutto se si tratta di una moneta con una grande capitalizzazione di mercato.

Inconvenienti legati alla Proof of Stake

Molti vedono la Proof of Stake come un'alternativa migliore alla Proof of Work, ma vale la pena sottolineare la presenza di alcune carenze dell'algoritmo PoS. Visto questo meccanismo di distribuzione delle ricompense, i validatori con più asset in staking possono aumentare le loro possibilità di convalidare il prossimo blocco. Più monete accumula un validatore, più monete possono mettere in stake e guadagnare, questo fatto è criticato da alcune persone che lo vedono come un modo per "rendere i ricchi più ricchi". Questi validatori "più ricchi" possono anche influenzare il voto sulla rete, poiché le blockchain PoS concedono spesso ai validatori dei diritti di governance.

Un'altra preoccupazione sono i rischi per la sicurezza delle criptovalute a capitalizzazione di mercato più piccola che adottano la PoS. Come accennato, non è molto probabile che si verifichi un 51% attack sulle criptovalute più popolari come ETH o BNB. Tuttavia, asset digitali più piccoli e con un valore minore sono più vulnerabili a questi attacchi. Potenzialmente gli hacker potrebbero acquisire abbastanza monete per ottenere un vantaggio rispetto ad altri validatori. Potrebbero sfruttare a loro vantaggio il sistema PoS per essere scelti frequentemente come validatori. Le ricompense ottenute possono quindi essere utilizzate per massimizzare lo staking e aumentare le loro possibilità di essere scelti nel round successivo.

In chiusura

Proof of Work e Proof of Stake hanno entrambe il loro posto nell'ecosistema cypto ed è difficile dire con certezza quale protocollo di consenso funzioni meglio. La PoW potrebbe essere criticata per le elevate emissioni di CO2 durante il mining, ma tale protocollo si è dimostrato un algoritmo sicuro per proteggere le reti blockchain. Detto questo, mentre Ethereum passa da PoW a PoS, il sistema Proof of Stake potrebbe essere più favorito, in base alla sua adozione da parte di progetti futuri.