In una blockchain pubblica chiunque può partecipare, anche chi ha cattive intenzioni. Allora chi decide quale sarà il prossimo blocco da aggiungere alla catena? E come si evita che un gruppo di imbroglioni imponga la propria versione dei fatti? La risposta è il meccanismo di consenso, e i due più famosi hanno nomi che avrete già sentito: mining e staking.
Corso "Blockchain per nerd" – Lezione 5 di 12
Il problema: chi scrive la prossima pagina?
Ogni pochi secondi o minuti, sulla rete arrivano nuove transazioni da registrare. Qualcuno deve raccoglierle in un blocco e proporlo a tutti. Se chiunque potesse farlo liberamente, ci sarebbero mille proposte diverse e il caos. Se lo facesse sempre la stessa persona, saremmo di nuovo dipendenti da un intermediario.
Serve quindi una regola che scelga di volta in volta chi ha il diritto di scrivere il blocco successivo, in modo equo, verificabile da tutti e, soprattutto, tale che imbrogliare costi più di quanto renda.
Proof of Work: la gara di calcolo (mining)
Bitcoin usa la Proof of Work, cioè "prova di lavoro". Funziona come una gigantesca lotteria in cui i biglietti si comprano con la potenza di calcolo.
I partecipanti, chiamati miner ("minatori"), preparano un blocco e cercano di risolvere un indovinello matematico: trovare un numero che, aggiunto al blocco, produca un hash (ricordate la lezione 3?) che inizi con un certo numero di zeri. Non esiste una scorciatoia: l'unico modo è provare miliardi di numeri a caso, uno dopo l'altro, finché qualcuno non è fortunato.
Chi trova per primo la soluzione:
- annuncia il blocco a tutta la rete;
- gli altri verificano in un istante che la soluzione sia giusta (controllare è facilissimo, trovarla è difficilissimo);
- il blocco viene aggiunto alla catena e il vincitore riceve una ricompensa in bitcoin appena creati, più le commissioni pagate dagli utenti.
Poi si ricomincia con il blocco successivo. Su Bitcoin questo succede in media ogni dieci minuti.
Perché il lavoro protegge la rete
Torniamo all'imbroglione della lezione 3, che voleva riscrivere un vecchio blocco. Con la Proof of Work dovrebbe rifare il "lavoro" di quel blocco e di tutti i successivi, più velocemente dell'intera rete onesta che nel frattempo continua ad aggiungere blocchi. Per riuscirci dovrebbe controllare più della metà della potenza di calcolo mondiale dedicata a Bitcoin: è il cosiddetto attacco del 51%.
Su una rete grande come Bitcoin servirebbero investimenti enormi in macchine ed energia. E anche riuscendoci, l'attacco distruggerebbe la fiducia nella moneta, cioè il valore stesso di ciò che l'attaccante ha speso per conquistarla. In sintesi: conviene di più guadagnare onestamente le ricompense che attaccare la rete.
🤓 Per i più curiosi: nonce e difficoltà
Il numero che i miner cambiano a ogni tentativo si chiama nonce (da number used once). Ogni 2.016 blocchi, circa due settimane, Bitcoin ricalcola automaticamente la difficoltà: se i blocchi sono arrivati più veloci di dieci minuti, l'indovinello diventa più difficile; se sono arrivati più lenti, più facile. Così il ritmo resta stabile anche se la potenza di calcolo mondiale cresce. Oggi il mining si fa con macchine specializzate chiamate ASIC, progettate solo per calcolare SHA-256, spesso riunite in grandi impianti e in "pool" di minatori che si dividono le ricompense.
Il prezzo da pagare: l'energia
Il lato negativo della Proof of Work è evidente: quella gara consuma moltissima elettricità. Le stime del consumo annuo della rete Bitcoin, come quelle dell'Università di Cambridge, lo collocano su valori paragonabili ai consumi elettrici di un intero Paese di medie dimensioni. Una parte dei miner usa energia rinnovabile o eccedenze che altrimenti andrebbero sprecate, ma l'impatto ambientale resta uno dei temi più discussi. È un argomento che chi segue i temi energetici, come facciamo su PINET, non può ignorare.
Proof of Stake: la cauzione (staking)
La principale alternativa è la Proof of Stake, "prova di partecipazione". Invece di dimostrare di aver consumato energia, i partecipanti, chiamati validatori, dimostrano di aver messo in gioco del denaro.
Funziona più o meno così:
- chi vuole diventare validatore blocca una cauzione nella criptovaluta della rete (questa operazione si chiama staking);
- a turno, il sistema sceglie in modo casuale un validatore che propone il blocco successivo, mentre altri lo controllano e lo approvano;
- chi si comporta correttamente riceve una ricompensa;
- chi imbroglia, per esempio approvando blocchi contraddittori, perde una parte della cauzione: è lo slashing, letteralmente "taglio".
L'idea di fondo è la stessa della Proof of Work, con un'altra moneta: per attaccare la rete bisognerebbe possedere una quota enorme della cauzione totale, e chi imbroglia viene punito economicamente. Il vantaggio è che non serve la gara di calcolo, quindi il consumo di energia crolla.
Ethereum, la seconda blockchain più importante, è passata dalla Proof of Work alla Proof of Stake il 15 settembre 2022, con un aggiornamento chiamato "The Merge": secondo la Ethereum Foundation, il consumo energetico della rete si è ridotto di oltre il 99,9%.
🤓 Per i più curiosi: altri meccanismi di consenso
Esistono molte varianti. La Delegated Proof of Stake fa eleggere un numero ristretto di validatori dai possessori della moneta. Le blockchain private delle aziende usano spesso algoritmi come PBFT o Raft, in cui pochi nodi noti votano tra loro: sono rapidissimi ma funzionano solo se i partecipanti sono identificati. Solana affianca alla Proof of Stake un "orologio" crittografico chiamato Proof of History, che serve a mettere in ordine le transazioni più velocemente. Su Ethereum, per diventare validatori in proprio servono 32 ETH; chi ne ha meno può partecipare tramite servizi o "pool" di staking, accettando però di affidarsi a terzi.
Mining contro staking: il confronto in breve
- Cosa si mette in gioco: nel mining energia e macchine, nello staking una cauzione in criptovaluta.
- Consumo energetico: altissimo nel mining, molto basso nello staking.
- Sicurezza: il mining è collaudato da oltre quindici anni su Bitcoin; lo staking è più recente ma ormai consolidato su Ethereum.
- Critiche: al mining si rimprovera l'impatto ambientale; allo staking il rischio che chi possiede più monete abbia sempre più potere.
📌 Ricapitolando
- Il meccanismo di consenso decide chi aggiunge il blocco successivo e rende sconveniente imbrogliare.
- Nella Proof of Work (Bitcoin) i miner gareggiano a risolvere un indovinello con la potenza di calcolo.
- Attaccare una grande rete richiederebbe il 51% della potenza totale: costi enormi, guadagni dubbi.
- Nella Proof of Stake (Ethereum dal 2022) i validatori bloccano una cauzione e la perdono se imbrogliano.
- Lo staking consuma una frazione minima dell'energia del mining.
Nella prossima lezione mettiamo insieme tutto quello che abbiamo imparato e conosciamo da vicino la prima e più famosa applicazione della blockchain: Bitcoin.
Il commento di PINET
Il dibattito tra mining e staking è anche un dibattito energetico, e non è un caso che sul nostro sito la blockchain compaia pure nella sezione dedicata a digitale ed energia. Da un lato la Proof of Work garantisce a Bitcoin una sicurezza difficile da eguagliare, dall'altro il suo consumo pone domande legittime in un momento in cui ogni kilowattora conta. Il passaggio di Ethereum alla Proof of Stake dimostra che si può fare diversamente; resta da vedere se i vantaggi in efficienza reggeranno nel tempo senza concentrare troppo potere nelle mani di pochi grandi validatori.
