La differenza fra Proof-of-Work e Proof-of-Stake

Obiettivi didattici: 

Alla fine di questo articolo avrai imparato: 

1. Che cosa significa Proof-of-Stake 
2. Che cosa significa Proof-of-Work 
3. I punti di forza e di debolezza di ciascun approccio 

La differenza fra Proof-of-Work e Proof-of-Stake

I meccanismi Proof-of-Work (PoW) e Proof-of-Stake (PoS) sono i due metodi dominanti utilizzati dai sistemi blockchain decentralizzati per raggiungere un consenso sulla precisione dei dati.

La loro efficacia relativa dipende dalla capacità di trovare la giusta combinazione di equità, incentivi e resistenza alla censura per produrre un sistema che non possa essere corrotto e sia in grado di registrare in maniera affidabile le transazioni senza bisogno di arbitri. 

PoW & Bitcoin 

Il meccanismo di consenso di Bitcoin è progettato per consentire a una rete di computer indipendenti di raggiungere un accordo sulle transazioni di un sistema cash peer-to-peer.

La sfida più grande che il suo creatore, Satoshi Nakamoto, ha dovuto affrontare è stata la creazione di un sistema onesto e in grado di regolarsi autonomamente che impedisse ai malintenzionati di spendere due volte una ‘coin’ riscrivendo il registro cronologico della transazione.  

Che cosa significa PoW 

Il lavoro dei miner consiste nell’aggiungere nuovi lotti di transazioni valide (blocchi di dati) alla blockchain Bitcoin storica. Tuttavia, possono farlo soltanto dimostrando di aver eseguito una quantità di lavoro sufficiente. 

Il lavoro consiste nell’uso di potenza di calcolo per eseguire una funzione di hash crittografico nota come SHA-256, la cui difficoltà viene modulata per garantire la produzione di nuovi blocchi di transazioni ogni 10 minuti. 

L’implementazione di SHA-256 da parte di Bitcoin viene spesso descritta come una “lotteria”, con i Nodi dei miner in competizione per trovare il numero vincente.

Il loro lavoro viene premiato con nuovi bitcoin, dando vita a un modello economico progettato nei minimi dettagli che tende naturalmente a favorire atteggiamenti onesti senza interferenze esterne né bisogno di regolamenti specifici.

Pertanto, il PoW produce blocchi di dati storici sulle transazioni incatenati fra loro con timestamp crittografici. L’energia richiesta per riscrivere la catena e portare a termine una doppia spesa sarebbe così ingente che ai partecipanti conviene semplicemente puntare ai vantaggi economici offerti dal rispetto delle regole. 

Ogni watt di potenza aggiuntiva rafforza la logica, rendendo il sistema sempre più resiliente. 

Altre implementazioni Proof-of-Work degne di nota 

Bitcoin non è l’unica criptovaluta che utilizza PoW come meccanismo di consenso. Esistono oltre 100 versioni fork di Bitcoin (copie), le più note delle quali sono Bitcoin Cash e Bitcoin SV. I blocchi di dati di queste criptovalute hanno una diversa capacità di stoccaggio rispetto a Bitcoin, e hanno fondatori visibili (a differenza di Bitcoin, il cui creatore sotto lo pseudonimo di Satoshi Nakamoto ha interrotto qualsiasi comunicazione alla fine del 2010).

Altri coin famosi che utilizzano il meccanismo PoW includono Dogecoin, Litecoin e Monero.

Consenso Proof-of-Stake 

Il concetto alla base del meccanismo di consenso Proof-of-Stake è di “sporcarsi le mani” in prima persona, nel senso che è possibile aggiungere nuovi blocchi alla catena soltanto impegnando proprie risorse finanziarie nel sistema. 

Gli staker impegnano un importo minimo in moneta nativa, che solitamente viene bloccato e conservato per un determinato periodo di tempo. 

Come per il PoW è previsto un processo di selezione casuale, con staker selezionati a intervalli di tempo regolari per proporre nuovi blocchi confermati di transazioni. Per questo motivo, spesso vedrai gli staker indicati come validatori. 

Ethereum & Proof-of-Stake 

Ethereum è passato al meccanismo PoS soltanto in settembre scorso, con un evento denominato “Fusione”, ma possiamo usarlo come esempio poiché è la seconda blockchain più importante in termini di capitalizzazione di mercato.

I Nodi completi che fungono da validatori (ovvero staker) vengono sorteggiati ogni 12 secondi per creare nuovi blocchi e convalidare le transazioni. Per diventare validatore è necessario impegnare 32 ETH. Impegnare (staking) più coin non aumenta le chance di essere sorteggiati.

L’alternativa è contribuire con meno di 32 ETH a una staking pool. Una staking pool è eseguita un singolo validatore a cui viene assegnata la gestione, e ogni contributore riceve premi in proporzione al proprio contributo.

Gli ETH impegnati (staked) fungono da garanzia accessoria, un impegno finanziario volto a disincentivare i comportamenti scorretti, come i tentativi di doppia spesa, poiché le tue quote impegnate possono essere sottoposte a sanzioni o sequestrate.

Altri esempi di Proof-of-Stake degni di nota

Diverse delle prime dieci coin al mondo per capitalizzazione di mercato impiegano versioni modificate del PoS, come BNB (la moneta nativa di Binance Smart Chain), Cardano, Polygon, Solana e Polkadot. 

Confrontare PoW e PoS 

PoW e PoS hanno approcci diversi alla risoluzione dello stesso problema, ovvero incoraggiare la partecipazione volontaria a una rete per registrare dati in modo onesto.

PoW utilizza una combinazione di impegno e premi. PoS si basa su un impegno finanziario. 

L’impatto ambientale è una delle maggiori differenze fra i due sistemi. Ethereum stima che con il passaggio da PoW a PoS, dopo la Fusione, le sue emissioni di Co2 siano crollate del 99,992%. Allo stesso tempo, i supporter di Bitcoin sottolineano il crescente contributo delle energie sostenibili alla produzione di una rete più sicura alimentata a energia.

Entrambi i modelli di consenso hanno limiti di scalabilità, tuttavia sono abbastanza flessibili per supportare soluzioni off-chain (livello 2) che consentono transazioni più veloci ed economiche. In futuro, queste piattaforme potrebbero fare concorrenza a sistemi di pagamento tradizionali come Visa o Mastercard.

Entrambi i modelli sono a rischio di attacco nei primi tempi della rete, ma la sicurezza migliora esponenzialmente grazie agli “effetti di rete". Allo stesso modo, le convalide e la potenza di mining tendono a rafforzarsi nel tempo.

I modelli di suddivisione PoW possono creare una migliore distribuzione della ricchezza nel corso del tempo, laddove il meccanismo PoS non permette ai maggiori titolari di patrimonio di godersi un arricchimento maggiore; ma la disuguaglianza è un problema sociale che le tecnologie non possono risolvere da sole. 

La decisione di Satoshi Nakamoto di rinunciare a qualsiasi influenza sul sistema va considerata un’eccezione. Tutte le altre catene PoW o PoS hanno fondatori e fondazioni visibili, che possono esercitare influenza e avere interessi finanziari anche consistenti.

È impossibile lanciare una blockchain in maniera completamente decentralizzata, poiché la natura senza autorizzazioni delle blockchain implica che chiunque possa suddividerle (fork) o modificarne le regole, una cosa effettivamente accaduta sia a Bitcoin che a Ethereum.

	PoW	PoS
Decentralizzazione	Chiunque può eseguire un Nodo  Attrezzature specifiche per il mining  L’esecuzione di un Nodo richiede competenze tecniche	Chiunque può eseguire un Nodo Requisiti minimi per lo stake; L’esecuzione di un Nodo richiede competenze tecniche  Limiti per i validatori in alcune varianti del PoS
Sicurezza	Il dispendio energetico scoraggia gli attacchi e diventa più efficiente con la crescita della rete  Possibilità di attacchi del 51%, soprattutto con le catene più recenti  Controllo sulla produzione dei chip per il mining	Più facile da usare per la partecipazione dell’utente medio a staking pool   Possibilità di attacchi del 51%, soprattutto con le catene più recenti  Necessità di diversificare i client
Distribuzione	Dal suo lancio, Bitcoin è aperta a tutti  Le mining pool allargano la partecipazione  Il modello di suddivisione stimola una distribuzione più equa  Concentrazione del settore del mining	Le staking pool allargano la partecipazione  Le pre-estrazioni concentrano la titolarità
Scalabilità	I dispositivi per il mining sono modulari e portatili  Supporta protocolli di livello 2  Può supportare soltanto sette transazioni al secondo  Non adatto a micro-transazioni (tempo di conferma di 10 minuti)	Conferma dei blocchi più veloce  Supporta protocolli di livello 2  Spazi per i blocchi più economici possono incoraggiare lo spam   La congestione del traffico fa aumentare le commissioni, favorendo gli utenti più benestanti
Incentivi	Il modello economico incoraggia un comportamento onesto  I primi iscritti hanno un vantaggio significativo	I validatori devono mettere in gioco i propri asset  La distribuzione dei premi può arricchire ulteriormente gli staker più grossi  Il problema “niente da perdere” (“nothing at stake”) significa che i Validatori possono supportare diverse catene
Impatto ambientale	Transizione a fonti energetiche sostenibili/ridondanti  Elevato consumo energetico con notevoli emissioni di Co2	Emissioni Co2 trascurabili

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