TL;DR
Le blockchain possono gestire solo un numero limitato di transazioni al secondo. La rete Bitcoin, ad esempio, può elaborare circa sette transazioni al secondo. Se la tecnologia blockchain deve essere adottata a livello globale, dovrebbe essere in grado di gestire molti più dati e a velocità più elevate, in modo che più persone possano utilizzare la rete senza che diventi troppo lenta o costosa da usare. Tuttavia, la struttura fondamentale di molte reti decentralizzate fa sì che l'aumento della scalabilità tenda a indebolire la decentralizzazione o la sicurezza. Questo è il cosiddetto trilemma della blockchain. Gli sviluppatori che cercano di risolvere questo problema stanno sperimentando diversi meccanismi di consenso e soluzioni di scalabilità, come lo sharding, le sidechain e i canali di stato (state channel).
Introduzione
In parole povere, una blockchain è un database digitale distribuito. I blocchi di dati sono organizzati in ordine cronologico. I blocchi sono collegati e protetti da prove crittografiche. L'implementazione di questa tecnologia sta già cambiando il nostro modo di lavorare e di vivere in diversi settori.
L'idea è che le blockchain decentralizzate e sicure consentano di creare un mondo in cui non sia necessario affidarsi a terzi per il funzionamento delle reti o dei mercati. Tuttavia, gli esperti sono generalmente d'accordo sul fatto che, se si vuole che questa tecnologia venga adottata in modo più diffuso, c'è un problema fondamentale che deve essere risolto. Il problema in questione è noto come "Trilemma della Blockchain".
Questo termine è stato reso popolare dal cofondatore di Ethereum, Vitalik Buterin. Affinché abbia senso, è necessario essere consapevoli dei tre diversi elementi desiderabili all'interno di una blockchain: decentralizzazione, sicurezza e scalabilità. Il trilemma della blockchain si riferisce all'idea che sia difficile per le blockchain, raggiungere contemporaneamente livelli ottimali di tutte e tre le proprietà. L'aumento di una di esse porta solitamente a un indebolimento di una delle altre proprietà.
Questo articolo esaminerà tutti e tre gli elementi del trilemma e spiegherà ognuno di essi in dettaglio. Discutendo in modo più approfondito di ciascuno dei tre elementi e di come si integrano tra loro, si comprenderà meglio come e perché esiste il trilemma della blockchain. Questo articolo evidenzierà anche alcune delle soluzioni suggerite dagli sviluppatori.
Che cos'è la decentralizzazione?
Bitcoin e le reti blockchain simili sono decentralizzate by design. L'intera struttura è tale che non c'è una persona o un'organizzazione al comando. È piuttosto decentralizzata. Il livello della rete è aperto a chiunque voglia partecipare. Di conseguenza, il controllo è completamente distribuito piuttosto che detenuto da una singola entità. Tutti hanno accesso agli stessi dati. Se qualcuno cerca di imbrogliare il sistema modificando i record a proprio favore, il resto dei partecipanti rifiuterà i dati errati.
La questione può diventare piuttosto tecnica, ma prendiamo come esempio la rete Bitcoin. Non c'è una terza parte che controlla la rete. Confronta questo aspetto con le necessità delle banche all'interno del sistema finanziario. Le banche garantiscono la fiducia tra le persone che effettuano transazioni e assicurano che tutti i registri siano conservati correttamente. La blockchain di Bitcoin, invece, condivide tutti i dati con tutti i membri della rete, in modo che possano essere controllati e confermati, prima di essere aggiunti al database digitale. Il risultato è un sistema che può esistere senza bisogno di terze parti.
La decentralizzazione offre la possibilità di costruire il cosiddetto Web3. Al momento abbiamo il Web2 — l'Internet presente al giorno d'oggi. È pieno di siti e applicazioni controllati dalle aziende, ma con contenuti realizzati dagli utenti. Il Web3 è il prossimo passo. Un Internet in cui la tecnologia blockchain decentralizzata consente alle persone di controllare i propri dati e la propria vita online.
Una cosa da notare, tuttavia, è che per via del funzionamento di questi sistemi distribuiti, — vista la necessità che un'ampia gamma di partecipanti sia d'accordo sulla validità di qualsiasi dato ,— i tempi di transazione possono essere lenti a causa del modo in cui le informazioni devono essere condivise ed elaborate. Pertanto, le blockchain devono essere scalabili, ossia in grado di gestire più dati a velocità più elevate. Torneremo su questo punto quando parleremo di scalabilità.
Inoltre, il sogno legato alla decentralizzazione è valido solo se le blockchain sottostanti sono sicure. Se una blockchain non è sicura, un attore malintenzionato può prendere il controllo e modificare i dati a suo favore. Questo porta alla seconda parte del trilemma: la sicurezza.
Cos'è la sicurezza di una blockchain?
Non importa quanto sia decentralizzata una blockchain, se poi manca di sicurezza. Una buona rete blockchain dovrebbe essere resistente agli attacchi delle entità malintenzionate. I sistemi centralizzati traggono la loro sicurezza dal fatto che il sistema risulta chiuso. Chiunque abbia il controllo può garantire che i dati siano liberi da interferenze. Ma come si ottiene questo risultato in un sistema decentralizzato a cui può partecipare chiunque?
È un argomento complicato, ma possiamo tornare a Bitcoin come esempio legato alla sicurezza di una blockchain decentralizzata. La blockchain di Bitcoin utilizza una combinazione di crittografia e un meccanismo di consenso di rete chiamato Proof of Work (PoW). In termini crittografici, ogni blocco possiede una sorta di firma digitale (o hash). Ogni blocco di dati è collegato in un modo che non può essere manomesso, perché qualsiasi modifica altererebbe l'hash del blocco. Qualsiasi tentativo di modificare i dati verrebbe rapidamente identificato dal resto della rete.
Il meccanismo di consenso PoW è un'altra parte del puzzle. Aiuta a proteggere il crypto ledger. La comprensione della Proof of Work è un articolo a sé stante, ma per i nostri scopi, ricordiamo che i membri della rete possono verificare le nuove transazioni e aggiungerle al ledger solo attraverso un'attività nota come mining. Si tratta di utilizzare la potenza di calcolo per risolvere un puzzle matematico. Parte del processo richiede che questi computer eseguano numerose funzioni di hashing. Questo aspetto è legato alla questione della scalabilità, in quanto il meccanismo PoW è sicuro ma relativamente lento.
Si noti inoltre che più partecipanti (nodi) ci sono nella rete, più questa è sicura. Maggiore è il numero di partecipanti, più difficile diventa per un attore malintenzionato prendere il controllo del sistema. Tutto questo si riferisce al cosiddetto 51% attack. In pratica: se una singola entità (o un gruppo di malintenzionati) riesce a controllare più del 50% del tasso di hashing totale di una rete blockchain, allora sarebbe in grado di annullare il consenso e modificare i dati della catena per trarne vantaggio, ad esempio sfruttando la doppia spesa dei token.
In breve, la sicurezza è un requisito fondamentale per il successo di una blockchain perché, senza di essa, gli aggressori possono prendere il controllo della catena, rendendola inutile.
Che cos'è la scalabilità?
La scalabilità è legata all'obiettivo di costruire una blockchain in grado di supportare un numero sempre maggiore di transazioni al secondo. La scalabilità è necessaria nel momento in cui la tecnologia blockchain dovesse essere utilizzata per servire una società più ampia e possibilmente miliardi di utenti. Ma questo è il nodo rispetto a cui molte blockchain sono ancora in difficoltà.
Questo perché la decentralizzazione e la sicurezza sono talmente fondamentali per la blockchain che tendono a essere messe al primo posto. La decentralizzazione è talmente centrale per l'etica e gli obiettivi della blockchain che si trova al centro della maggior parte delle blockchain riconosciute. La sicurezza, come abbiamo detto, è un requisito fondamentale affinché una blockchain abbia successo e sia utile.
Tuttavia, dando priorità alla decentralizzazione e alla sicurezza, la scalabilità diventa una sfida. Il numero di transazioni che una catena può gestire può essere fortemente limitato. Un sistema di pagamento centralizzato come Visa dichiara di essere in grado di supportare 24.000 transazioni al secondo. Questo perché la rete è chiusa e priva di caratteristiche come i nodi pubblici e il consenso. Confronta questo dato con quello di alcune delle blockchain più conosciute.
Secondo Bloomberg nel 2022: "A settembre, Bitcoin non era in grado di gestire più di sette transazioni al secondo ed Ethereum, la seconda rete più popolare, era limitata a circa 15 al secondo - una grossa differenza agli exchange convenzionali".
Come già detto, la velocità delle transazioni sulla blockchain è limitata dal modo in cui le informazioni devono essere elaborate dai diversi partecipanti che compongono la rete decentralizzata e dalla natura stessa del meccanismo di consenso PoW. Se sempre più persone iniziano a utilizzare la tecnologia blockchain, le reti si intaseranno per via del numero limitato di transazioni che possono gestire.
Perché esiste il trilemma della blockchain
La soluzione più ovvia e basilare al problema delineato sopra è quella di ridurre il numero di partecipanti che confermano e aggiungono dati alla rete in cambio di una maggiore scalabilità e velocità. Ma ciò porterebbe a un indebolimento della decentralizzazione, con il controllo affidato a un numero minore di partecipanti. E porterebbe anche a un indebolimento della sicurezza, poiché un minor numero di partecipanti significa una maggiore probabilità di attacchi.
Ecco quindi il trilemma: vista la connessione tra le proprietà desiderate di decentralizzazione e sicurezza, la struttura fondamentale del funzionamento della blockchain ne rende difficile la scalabilità. Aumentando una proprietà, se ne indebolisce un'altra. Come si può spingere la scalabilità senza danneggiare la decentralizzazione, la sicurezza o entrambe?
Risolvere il trilemma della blockchain
Non esiste un'unica soluzione al trilemma. Ma data l'importanza di risolvere questo problema, all'interno della comunità sono stati adottati diversi approcci con risultati interessanti. Vediamo una panoramica di alcuni degli sviluppi più popolari per farvi capire cosa sta succedendo nello spazio:
1. Sharding
Si tratta di un metodo per suddividere le blockchain (o altri tipi di database) in blockchain più piccole e partizionate che gestiscono segmenti di dati specifici. Questa configurazione diminuisce il carico presente su una singola catena che gestisce tutte le transazioni e le interazioni su una rete. Ogni blockchain partizionata è nota come uno shard e ha il suo ledger specifico. Questi shard possono elaborare le proprie transazioni, ma una blockchain del tipo beacon o main chain gestisce le interazioni tra gli shard. Questo fa sì che lo sharding sia un upgrade relativo alla scalabilità delle reti Layer 1, in quanto si tratta di una modifica alla mainnet di una blockchain.
2. Scegli un meccanismo di consenso
Uno dei motivi per cui esiste il trilemma sulla rete Bitcoin, è il modo in cui la PoW funziona per garantire la sicurezza. La necessità di miner, algoritmi di crittografia ed enormi quantità di potenza di calcolo decentralizzato, porta ad avere un sistema sicuro, ma lento. Trovare un modo diverso per garantire il consenso è un approccio alla risoluzione del trilemma. Questa è stata una delle ragioni alla base del passaggio di Ethereum da PoW a Proof of Stake (PoS).
Nelle blockchain PoS, i partecipanti coinvolti nella convalida delle transazioni devono mettere in staking (bloccare) i loro token. Non c'è bisogno del processo di mining legato ad apparecchiature altamente specializzate. Aggiungere altri validatori alla rete è più semplice e accessibile. La PoS è solo uno dei tanti approcci diversi ai meccanismi di consenso che puntano alla scalabilità.
3. Soluzioni Layer 2
Sia lo sharding sia i diversi meccanismi di consenso sono le cosiddette soluzioni Layer 1. Si tratta di soluzioni che mirano a modificare il design fondamentale della rete sottostante. Ma altri sviluppatori che cercano di risolvere il trilemma hanno lavorato a soluzioni costruite su una struttura di rete già esistente. In altre parole, pensano che la risposta risieda in un secondo livello, o Layer 2. Ne sono un esempio le sidechain e i canali di stato.
Una sidechain è fondamentalmente una blockchain separata collegata alla main chain. È impostata in modo che le attività possano fluire liberamente tra le due. È importante notare che la sidechain può operare secondo regole diverse, consentendo una maggiore velocità e scalabilità. Allo stesso modo, gli state channel sono un altro modo per togliere le transazioni dalla main chain e alleggerire la pressione sull'Layer 1. Un canale di stato utilizza uno smart contract, piuttosto che una catena separata, per consentire agli utenti di interagire tra loro senza pubblicare le loro transazioni sulla blockchain. La blockchain registra solo l'inizio e la fine del canale.
In chiusura
Il trilemma impedisce alla blockchain di esprimere tutto il suo potenziale come tecnologia rivoluzionaria. Se le reti blockchain possono gestire solo un piccolo numero di transazioni al secondo per mantenere la decentralizzazione e la sicurezza, sarà difficile raggiungere un'adozione di massa. Tuttavia, le soluzioni attualmente proposte dagli sviluppatori che cercano di risolvere questo problema suggeriscono che i progressi tecnologici già compiuti in questo campo non potranno che continuare e queste reti potrebbero essere in grado di gestire molti più dati in futuro.