Che cosa sono i livelli della blockchain?

Obiettivi didattici:

Alla fine di questo articolo avrai imparato:

1. La differenza fra i concetti L0, L1, L2 e L3. 
2. I problemi della blockchain 
3. Come funzionano le soluzioni di scala 
4. Come funzionano le soluzioni di bridging 

Che cosa sono gli strati della blockchain?

Le blockchain come Bitcoin ed Ethereum sono descritte come livelli di pagamento perché saldano e archiviano le transazioni in valuta digitale. In alternativa, sono anche descritte come catene di livello 1 in una gerarchia di altri livelli da 0 a 3. 

Le domande che seguono sono: perché è necessario più di uno livello blockchain, e che cosa fa ciascuno di questi livelli? 

Il concetto dei livelli nelle blockchain 

È uso comune descrivere i sistemi tecnologici ricorrendo al concetto di stack o livelli. Il funzionamento di Internet è un ottimo esempio, descritto dal modello TCP/IP a 4 livelli: Livello di accesso alla rete (1) > Livello di Internet (2) > Livello di trasporto (3) > Livello di applicazione (4). 

Le blockchain funzionano allo stesso modo. Da un punto di vista tecnico, le blockchain possono essere suddivise in cinque livelli: 

• Infrastruttura, o livello Hardware – La rete di computer fisici che si connettono l’uno all’altro via Internet peer-to-peer. 

• Livello dei Dati – Le informazioni archiviate e aggiornate dalla blockchain.  

• Livello di Rete – Il software che consente ai Nodi della rete di rilevare, proporre e aggiungere nuovi blocchi alla rete. 

• Livello di Consenso – I sistemi che mantengono l’integrità e l’autenticità dei dati conservati sulla blockchain, i più noti dei quali sono Proof of Work e Proof of Stake. 

• Livello di Applicazione e Presentazione – API, Smart Contract e le dApp che forniscono l’interfaccia utente. 

Tuttavia, e ciò può confondere non poco, il linguaggio delle criptovalute utilizza più spesso indicazioni numeriche per i vari livelli, come modo più rapido per descrivere le soluzioni a due delle sfide maggiori che le blockchain devono affrontare: interoperabilità e scalabilità. Questo articolo sarà dedicato in particolare ai livelli 0, 1 e 2. 

Livelli 0-2: Una panoramica 

Livello 0 – Creazione e protezione della blockchain: un sistema blockchain che fornisce pagamenti e sicurezza per un numero illimitato di blockchain. 

Livello 1 – Livello di base: blockchain a istanza singola che forniscono pagamenti e sicurezza.

Livello 2 – Livello astratto: Elaborazione in massa delle transazioni da una catena. 

Livello 2: Scalabilità e il Trilemma della Blockchain 

Questo articolo della Skrill Crypto Academy dedicato al Bitcoin White Paper offre un’analisi completa del funzionamento di Bitcoin come catena di livello 1 per la configurazione di un nuovo formato di denaro via Internet su base peer-to-peer.

Il White Paper potrebbe non menzionare il termine “livello”, ma il suo autore, Satoshi Nakamoto, ha fatto riferimento altrove ad alcuni limiti che indicavano la necessità di un secondo livello.

“Attualmente Bitcoin non è pratico per micro-pagamenti molto piccoli, abbastanza piccoli da includere quelli che potremmo considerare in cima alla fascia dei micropagamenti. Ma non dichiara di essere pratico per micropagamenti arbitrariamente piccoli.” Satoshi Nakamoto, Riferimento 

Il modo più semplice per spiegare la scarsa praticità di Bitcoin per i micropagamenti è tramite un esempio di acquisti a basso costo ma urgenti, ad esempio pagare un caffè in un bar.  

Il problema del caffè di Bitcoin 

Bitcoin è progettato per confermare nuovi blocchi di transazioni ogni 10 minuti, perciò comprare un caffè con Bitcoin e attendere alla cassa che l'acquisto venga confermato sulla catena richiederebbe decisamente troppo tempo, perché la rete può supportare all’incirca soltanto sette transazioni al secondo.  

Infatti, le best practice suggeriscono che i rivenditori attendono fino a sei conferme per garantire la finalizzazione di un pagamento Bitcoin. 

Nessuno aspetterà un’ora per comprare un caffè... perciò o Bitcoin funge soltanto da stoccaggio di valore, oppure è necessaria una soluzione per consentire a Bitcoin di accettare micropagamenti senza lunghe attese per la conferma. 

Questo problema è noto come trilemma della blockchain perché l’unico modo in cui Bitcoin può scalare le transazioni in termini di conferma o numero di transazioni per blocco sarebbe o confermare i blocchi più velocemente, o rendere i blocchi più grossi per poter contenere più transazioni, ed entrambe le ipotesi richiederebbero compromessi non accettabili. 

• Blocchi più veloci rischierebbero di compromettere la sicurezza aumentando le possibilità di attacchi a buon fine 

• Blocchi più grossi rischierebbero di compromettere la decentralizzazione perché l’aumento dei requisiti di spazio su disco renderebbe più difficile la gestione di un nodo.  

Le guerre dei blocchi 

Il dibattito sulla scalabilità ha dato vita alle famose “guerre dei blocchi". Queste “guerre” hanno raggiunto il picco alla fine del 2017, quando fu lanciata sul mercato una versione alternativa di Bitcoin, Bitcoin Cash, che offriva blocchi più grossi.  

La maggior parte dei miner votò per mantenere le dimensioni esistenti dei blocchi, ma ciò non ha impedito a Bitcoin Cash di continuare a esistere in maniera indipendente. In seguito, Bitcoin Cash si è diviso (fork) per dare vita a Bitcoin SV (novembre 2018), una soluzione che offriva spazio illimitato nei blocchi. 

Bitcoin è stato diviso oltre 100 volte, ma il dominio dell’implementazione originale dimostra che una soluzione alle esigenze di scalabilità deve provenire da qualcosa costruito partendo da Bitcoin, non qualcosa che cerchi di cambiarlo. 

La rete Lightning 

Nel 2015 due sviluppatori, Joseph Poon e Thaddeus Dryja, pubblicarono una proposta di soluzione per la scalabilità di livello 2 sviluppata a parte dal livello di pagamento esistente di Bitcoin: la rete Lightning.

La rete Lightning consente la creazione di canali di pagamento peer-to-peer fuori dalla catena (ovvero “state channel”) in cui due persone, che chiameremo Alice e Bob, possono inviarsi micropagamenti istantaneamente e a costi molto ridotti.

Una transazione su catena con un tempo di conferma di 10 minuti è necessaria soltanto laddove Alice o Bob vogliano aprire o chiudere, aggiungendo o rimuovendo fondi.

La bellezza della rete Lightning è nel modo in cui vengono instradati i pagamenti. Alice non avrà necessariamente bisogno di un canale di collegamento diretto con Bob. I fondi possono essere instradati tramite hub Lightning che abbiano abbastanza liquidità per i pagamenti dei servizi (ad esempio, comprare un caffè) come collegamento proxy per migliaia di utenti per beneficiare dalle commissioni di transazione. 

Ethereum & Livello 2 

Le guerre dei blocchi e le applicazioni di livello 2 come la rete Lightning offrono soluzioni per la scalabilità di Bitcoin mantenendo il suo metodo di consenso Proof of Work, ma altri metodi di consenso inquadrano la scalabilità in maniera completamente diversa.

Lanciato in luglio 2015, Ethereum ha adattato il sistema Proof of Work per abilitare un tempo di conferma intorno a 13 secondi e raddoppiare il volume di elaborazione di Bitcoin. 

Tuttavia, con la crescita di popolarità della DeFi a partire dall'estate 2020, il limite di elaborazione è stato raggiungo creando una guerra di offerte per lo spazio dei blocchi; una cosa contraria alle aspirazioni di apertura di Ethereum, e un problema ancora aperto per la piattaforma.

Proprio come Lightning offriva una soluzione di livello 2, gli sviluppatori Ethereum hanno introdotto nuovi modi per elaborare le transazioni in massa prima di inviarle tramite processo di conferma standard dei blocchi. 

Questa tecnologia è collettivamente nota come “rollup”. Chiunque invii una transazione entro un rollup può approfittare di volumi di elaborazione notevolmente più alti, a commissioni molto più basse.

• Rollup ottimistici 

Le transazioni vengono “ottimisticamente” ritenute valide, ma possono essere messe in discussione.

• Rollup a conoscenza zero 

Le transazioni vengono computate fuori dalla catena. Quindi, i dati compressi vengono inviati a Ethereum Mainnet con prove di validità per dimostrarne la legittimità. 

Livello 0: Bridging fra blockchain 

Mentre il problema della scalabilità della blockchain viene risolto a partire dal livello di base, l’incapacità delle blockchain di comunicare fra loro (interoperabilità) è un altro fattore che ostacola l’adozione. 

La natura democratica dello sviluppo delle blockchain implica una moltitudine di catene di livello 1, ciascuna con i propri casi d’uso e le proprie soluzioni al trilemma della blockchain. Tuttavia, per garantire la sicurezza, le blockchain sono strutturate come silos, incapaci di condividere dati con le blockchain che operano con metodi di consenso diversi.

Verificare le transazioni fra blockchain diverse richiede che vengano soddisfatte tre condizioni, una situazione nota come trilemma dell’interoperabilità.

• Mancanza di fiducia: sicurezza equivalente in entrambe le catene 

• Estendibilità: supporto su qualsiasi dominio 

• Generalizzalibilità: capacità di gestire dati arbitrari inter-dominio 

Ciò rende la vita difficile per l’utente cripto comune che, ad esempio, potrebbe voler guadagnare interessi sui propri bitcoin tramite una dApp basata su Ethereum. Le possibili soluzioni al problema includono:

• “Wrapping” dei token - creare versioni sintetiche degli asset su base 1:1, ad es. wBTC 

• Bridging – soluzioni centralizzate basate sulla fiducia e opzioni senza fiducia decentralizzate 

Wrapping e bridging riescono a mitigare l’incompatibilità fra due blockchain di livello 1 diverse. Tuttavia, le opzioni decentralizzate sono soggette a molti rischi di sicurezza, mentre l’approccio centralizzato compromette gli obiettivi fondamentali dei sistemi di pagamento resistenti alla censura.

Una soluzione alternativa è lo sviluppo di un livello di base più profondo nello stack della blockchain, una “blockchain di blockchain” (ovvero, un livello 0). Oppure, costruire catene che funzionino in parallelo. 

Polkadot & Cosmos 

Polkadot e Cosmos sono due esempi di blockchain di livello 0. Entrambi supportano la creazione di blockchain indipendenti ma interoperabili protette dal livello di base, talvolta descritte come blockchain “nested”.  

Sidechain 

Le sidechain si situano a metà fra il livello 0 e il livello 1, operando in parallelo rispetto alla catena principale con i propri meccanismi di consenso. Le sidechain si affidano alla catena principale per la sicurezza e per l’elaborazione di grossi volumi di transazioni. Polygon è un esempio di rete sidechain.

Le blockchain di livello 0 e le reti sidechain offrono una soluzione potenziale per la futura interoperabilità delle blockchain, ma non sono retrocompatibili. 

Perciò, a meno che Polkadot, Cosmos o altre blockchain di base non riescano a dominare sull’intero ecosistema, il che sembra improbabile data la predominanza di Bitcoin ed Ethereum, il problema dell’interoperabilità continuerà ad esistere finché non arriveranno nuove idee o tecnologie.

Primi passi con Skrill