Le blockchain rientrano fra le innovazioni più rivoluzionarie dello scorso decennio. Di base una blockchain è semplicemente una banca dati che consente la registrazione di informazioni. Nell’ambito di una blockchain, queste informazioni sono rappresentate soprattutto dai dati relativi alle transazioni che avvengono sulla stessa blockchain. Rispetto ai consueti dati bancari, i dati relativi alle transazioni non vengono selezionati e registrati in modo centralizzato da pochi soggetti o da un’unica autorità di controllo.

Ciò che caratterizza le blockchain, infatti, è il fatto di essere decentralizzate e quindi di disporre di una molteplicità di account di rete – ovvero computer – che nel gergo del settore vengono chiamati «full node». Nel loro insieme, questi hanno il controllo sulla blockchain. In pratica, ciò significa che ogni full node dispone di una copia aggiornata della blockchain e che quindi tutti i partecipanti alla rete sanno precisamente e in ogni momento a chi appartengono le singolo unità (ossia le criptovalute) della blockchain in questione. Pertanto, sulle attività che avvengono in una blockchain domina sempre il consenso.

Ma cosa rende possibile questo consenso comune? E come si fa a mantenerlo nel tempo? Qui che entra in gioco il cosiddetto meccanismo di consenso, proprio a ciascuna blockchain. Si tratta di una componente fondamentale di questa tecnologia, che serve a garantire l’integrità e la sicurezza di una rete blockchain.

Meccanismi di consenso: il motore di ogni blockchain

Le regole di consenso specifiche di una blockchain definiscono il suo meccanismo di consenso, chiamato anche algoritmo di consenso. Ma come fa un meccanismo di questo tipo a generare un consenso? Come già il nome di una blockchain lascia intendere, la registrazione dei dati in questa banca dati decentralizzata avviene in «blocchi» che vengono costantemente ordinanti in «catene». È proprio su questa sequenza di transazioni ordinate in blocchi che i nodi di una rete di una determinata blockchain devono trovare sempre un consenso.

Un meccanismo di consenso definisce quali dati di transazione vengano ordinati in blocchi e a quali intervalli di tempo vengano inseriti nella blockchain. Come meccanismo di incentivazione  Un, un meccanismo di consenso, agendo in modo invisibile e senza l’intervento di un’autorità centralizzata, sprona i partecipanti alla rete di una blockchain a inserire nella blockchain soltanto transazioni valide. Questi ultimi, infatti, trarrebbero minor vantaggio o verrebbero addirittura penalizzati se provassero a inserire dati di transazioni non valide nella blockchain. I meccanismi di consenso costituiscono quindi in realtà dei meccanismi di sicurezza e pertanto sono una componente essenziale di ciascuna blockchain.

PoW e PoS: istruzioni per l’uso

Attualmente esistono numerosi meccanismi di consenso. Tra i più popolari ci sono il «proof-of-work» (PoW) e il «proof-of-stake» (PoS). La blockchain Bitcoin si fonda ad esempio sul meccanismo di consenso PoW, mentre quella di Ethereum, la seconda più grande al mondo per capitalizzazione di mercato, è passata da settembre 2022 da un meccanismo PoW a uno PoS.

In percentuale, il PoW è il sistema più diffuso tra le blockchain. Stando ai dati disponibili a fine ottobre 2023, infatti, il 55,77% di tutta la capitalizzazione del mercato blockchain usa questo meccanismo di consenso. Questa proporzione è da ricondurre alla posizione nettamente predominante che Bitcoin continua ad avere in termini di capitalizzazione di mercato. Oltre a Bitcoin esistono anche altre note blockchain che si fondano su questo meccanismo di consenso, come ad esempio Dogecoin, Litecoin, Bitcoin Cash, Monero e Ethereum Classic.

Dall’altro lato, stando sempre alle cifre di fine ottobre 2023, il PoS copre il 22,4% dell’intera capitalizzazione di mercato, concentrandosi soprattutto nelle cosiddette smart contract blockchain. Oltre a Ethereum sono soprattutto le blockchain di nuova generazione, come BNB Chain, Cardano, Polkadot o Avalanche, a basarsi su questo meccanismo di sicurezza.

Proof of work: l’energia garantisce la blockchain

In una blockchain PoW sono i miner ad aggiungere blocchi alla blockchain. Ciononostante, non possono farlo a proprio piacimento, ma solo fornendo una cosiddetta prova di lavoro (proof-of-work). Soltanto i miner che possono fornirla sono autorizzati a inserire il blocco successivo nella blockchain.

Ma in cosa consiste questa prova di lavoro e come viene prodotta dai miner? La prova di lavoro consiste nel trovare un numero matematico, chiamato anche «nonce», che i miner possono individuare sfruttando la potenza di calcolo del loro computer. Quest’ultima è fornita tramite processori, che per funzionare in modo continuo necessitano di elettricità. Più grande è la potenza di calcolo impiegata, maggiori saranno le opportunità che il miner trovi il numero e possa quindi aggiungere un nuovo blocco alla blockchain PoW.

Per usare una metafora, è un po’ come cercare un ago in un pagliaio. Chi trova l’ago è autorizzato a inserire il blocco successivo e ottiene la relativa ricompensa. Dal momento che la prova di lavoro è parte di un processo matematico crittografico, la sua validità può essere facilmente verificata da altri miner.

PoS: il capitale garantisce la blockchain

Quelli che in un sistema PoW sono i miner corrispondono ai validatori in un sistema PoS. Questi ultimi devono detenere una determinata quota della criptovaluta propria alla blockchain in questione e affidarla al protocollo blockchain corrispondente. Nel gergo settoriale, in questo caso si parla di «staking», motivo per cui il termine «staker» è talvolta utilizzato come sinonimo di validatore. Le criptovalute oggetto di staking vengono per così dire bloccate («locked») dal protocollo della blockchain e sbloccate solo dopo un determinato periodo di tempo.

Nel sistema PoS, il compito di creare blocchi di transazioni e, quindi, di mantenere attiva la blockchain PoS spetta ai validatori. Tramite un algoritmo deterministico viene stabilito quale validatore riceverà l’autorizzazione ad aggiungere un nuovo blocco alla blockchain. Tale algoritmo prende in considerazione una serie di fattori. La quantità dei coin bloccati, ad esempio, è fondamentale per capire con quale probabilità un validatore verrà selezionato. In linea di principio si può affermare che maggiore è lo stake, maggiori sono le probabilità di diventare il validatore del prossimo blocco.

Tuttavia, questo criterio non è l’unico ad essere preso in considerazione. Se così fosse, infatti, la blockchain verrebbe centralizzata. Per questo motivo nell’operare la selezione vengono considerati anche altri fattori. Ad esempio, si tiene conto della durata di tempo per cui uno staker ha bloccato i suoi coin, ma anche del suo grado di attività e performance.

Analogie e differenze tra i due meccanismi di consenso

Vantaggi e svantaggi dei due meccanismi di consenso

Da quando i due meccanismi di consenso sono entrambi operativi, si dibatte su quale sia il migliore dei due. A questo proposito, si opera un confronto in cui spesso si esaminano aspetti quali la sicurezza, l’efficienza energetica, la scalabilità o la resilienza e le tendenze accentratrici.

Tuttavia, come spesso succede, è difficile raggiungere un giudizio definitivo. Sia nel PoW che nel PoS ci sono conflitti di obiettivi ed emergono trade-off differenti. Sulla base di questo assunto di base, è possibile elencare i vantaggi e gli svantaggi più significativi di ciascun sistema blockchain come indicato di seguito.

Dibattito tra l’energia e la sicurezza

Nel PoW è il dispendio energetico dei miner a garantire di sicurezza della blockchain. Per contro, il PoS richiede molta meno energia, visto che non sono necessarie operazioni di calcolo onerose. Agli occhi di molto appassionati di blockchain questo elemento rende il PoS la scelta più ecologica e sostenibile.

Anche se l’argomentazione sembra essere a prima vista convincente, le criticità non sono affatto assenti. Anche il PoW ha infatti i suoi costi di opportunità. Al posto della corrente elettrica necessaria per la potenza di calcolo, in questo caso ad essere vincolato è il capitale, sotto forma dei coin propri alla blockchain in questione, che non può essere utilizzato per usi alternativi. Questa situazione è compensata con possibilità di liquid staking, il che incrementa tuttavia la complessità dell’intero sistema. Se nel PoW il dispendio e la dispersione in termini di energia e hardware è ben visibile, quella del capitale e della liquidità finanziaria del PoS salta meno agli occhi.

Scalabilità contro centralità

Il PoS è considerato un meccanismo di consenso più scalabile rispetto al PoW, motivo per cui il primo trova impiego anche nelle piattaforme di smart contract che devono elaborare un elevato numero di transazioni. Al contempo le blockchain PoS offrono di norma più margine di manovra agli sviluppatori nell’allestimento di smart contract. Ciò è dovuto al fatto che prevedono meno restrizioni nel linguaggio di scripting e altri aspetti tecnici.

La maggiore scalabilità si accompagna tuttavia anche a una più forte tendenza accentratrice. Mentre il PoW, come si può desumere dall’esempio di Bitcoin, sembra con il tempo andar via via decentralizzandosi, un sistema PoS come quello di Ethereum tende piuttosto a centralizzarsi. Lido, attualmente il gruppo più consistente di validatori, rappresenta più del 31% di tutti i validatori Ethereum attivi. I primi cinque di tutti i fornitori di staking controllano persino più del 50% della rete Ethereum.

Spesso si controbatte con il fatto che anche Bitcoin evidenzia una centralizzazione che riguarda soprattutto i suoi mining pool. Di fatto è così, visto che i primi cinque mining pool detengono oltre l’83% della potenza di elaborazione bitcoin. Per quanto riguarda questo aspetto, bisogna però sottolineare il rapporto che c’è tra i mining pool e i miner stessi. I primi sono meri fornitori di nodi, che non detengono alcun hardware per il mining. Sono soprattutto i miner a occuparsi di questo aspetto. Ne consegue che il controllo dei mining pool è relativamente ridotto.