Proof of Work vs Proof of Stake: Capire i meccanismi di consenso

Satoshi Nakamoto, pseudonimo del fondatore di Bitcoin, l’ha progettata come una rete peer-to-peer, il che significa che le controparti possono effettuare transazioni direttamente senza bisogno di un intermediario come una banca. Questo sistema aveva bisogno di un modo per tenere un registro delle transazioni e prevenire la doppia spesa, quando un possessore spende la stessa moneta più volte, così Satoshi ha incorporato quello che è noto come meccanismo di consenso.

Un meccanismo di consenso si basa su gruppi di partecipanti, tipicamente chiamati nodi, per mantenere un registro di tutte le transazioni e svolge un ruolo cruciale nella sicurezza e nella scalabilità di una blockchain. Poiché la tecnologia è relativamente sconosciuta a molti al di fuori dell’ecosistema delle criptovalute, questo articolo spiega come funzionano i due meccanismi più comunemente utilizzati ed esplora le loro principali differenze.

Proof of Work (PoW)

PoW si basa su due tipi di nodi per mantenere la rete.

I miner sono responsabili della convalida delle transazioni e dell’aggiunta di nuovi blocchi alla catena. Essi competono per il diritto di elaborare le transazioni risolvendo complessi problemi matematici che richiedono quantità significative di potenza di calcolo. In cambio, i miner guadagnano ricompense del blocco sotto forma di valuta nativa del protocollo, il modo principale in cui le monete vengono messe in circolazione. Ad esempio, dopo il recente halving, la ricompensa del blocco di bitcoin è pari a 3,125 btc, del valore di 196.837 dollari (al 27 agosto 2024). 

L’altro tipo di nodi è costituito dai singoli server che formano la blockchain. Essi verificano ogni blocco, prevengono le doppie spese e si assicurano che l’intera rete abbia un registro più recente di ogni transazione.

PoW è il meccanismo di consenso utilizzato dal bitcoin, la criptovaluta originale con la maggiore capitalizzazione di mercato. Anche altre criptovalute lo hanno adottato, tra cui dogecoin (capitalizzazione di mercato 15,36 miliardi di dollari), litecoin (4,74 miliardi di dollari) e monero (3,08 miliardi di dollari). Ethereum è stato lanciato come protocollo PoW prima di passare al proof of stake.

Il principale vantaggio di PoW è la sicurezza. Un malintenzionato dovrebbe controllare il 51% della blockchain, il cosiddetto “attacco 51%”, per poter alterare le transazioni già elaborate. La quantità di potenza di calcolo che questo comporterebbe, attualmente stimata in 724 milioni di dollari all’ora per il bitcoin, lo rende proibitivo. I meccanismi di consenso PoW sono inoltre altamente decentralizzati perché le barriere all’ingresso dei nodi sono basse: secondo l’app di pagamento in criptovaluta Bitpay, la rete bitcoin contava 18.000 nodi nel febbraio di quest’anno. 

Ci sono anche degli svantaggi. Una delle maggiori critiche al PoW è la quantità di energia utilizzata dai miner. Una ricerca dell’Università di Cambridge classifica il bitcoin al 27 tra le industrie e i Paesi per il consumo globale di elettricità e al 67 per le emissioni di gas serra. Tuttavia, i miner si stanno diversificando verso fonti di energia alternative. L’altra critica mossa al PoW è la mancanza di scalabilità. Nel caso del bitcoin, Satoshi ha dato priorità alla sicurezza e alla decentralizzazione della rete, che rallentano l’elaborazione delle transazioni (comunemente definito il “trilemma della blockchain”). I Layer 2 contribuiscono a risolvere questo problema.

Proof of Stake (PoS)

I nodi PoS sono validatori che devono bloccare o “stakare” i token nativi in uno smart contract per avere il diritto di elaborare le transazioni e verificare i blocchi prima che vengano aggiunti alla catena. Essere selezionati è come una lotteria, poiché il protocollo sceglie casualmente un validatore per ogni blocco. Tuttavia, più alto è lo stake, maggiori sono le possibilità.

Anche i protocolli PoS pagano le ricompense del blocco in token nativi. Ma penalizzano i nodi con un comportamento malevolo, come quelli offline o che approvano blocchi non validi, confiscando o facendo “slashing” di una parte del loro stake.

In alcuni casi, lo stake minimo richiesto per partecipare a un meccanismo di consenso PoS può sembrare proibitivo. Ad esempio, i validatori di Ethereum hanno bisogno di bloccare 32 ether, per un valore di 99.185 dollari al 15 novembre 2024. Tuttavia, gli staking pool consentono ai possessori di piccole quantità di token nativi di unire i propri fondi e guadagnare un reddito passivo. Alcuni dei pool di ether più popolari includono Lido e RocketPool, mentre anche le borse come Binance e Coinbase offrono questo servizio.

Ethereum, la seconda criptovaluta per capitalizzazione di mercato, è passata notoriamente da PoW a PoS nel settembre 2022, un evento soprannominato The Merge. Anche molti dei protocolli che apportano maggiori funzionalità alla tecnologia blockchain utilizzano PoS, tra cui Cardano (capitalizzazione di mercato 13,28 miliardi di dollari), Avalanche (10,58 miliardi di dollari), Polkadot (6,81 miliardi di dollari) e Near (5,40 miliardi di dollari).

Uno dei vantaggi principali di PoS è la sua scalabilità. Il tempo medio richiesto da Ethereum per elaborare un blocco di transazioni è di 12,06 secondi, rispetto a una media di 10,75 minuti per il bitcoin, soprattutto perché la scelta dei validatori è relativamente veloce. Un altro aspetto è l’efficienza energetica, in quanto un normale computer portatile può eseguire il software di convalida delle transazioni. The Merge ha ridotto il consumo energetico di Ethereum del 99,9%.

La critica principale al PoS è la potenziale centralizzazione causata dal dominio di un piccolo numero di validatori con risorse considerevoli, che aumenta il rischio di un single point of failure. Una ricerca di Dune mostra che Lido e Coinbase rappresentano attualmente oltre il  40.7 % del totale di ether bloccato nell’ecosistema Ethereum. I protocolli PoS consentono inoltre ai maggiori staker di consolidare il proprio dominio guadagnando la maggior parte delle ricompense del blocco e permettono agli early adopter di esercitare un’influenza sproporzionata.    

Conclusioni

Un meccanismo di consenso è un sistema che convalida le transazioni su una blockchain e assicura che tutti i nodi abbiano lo stato più recente del registro. I più diffusi sono PoW e PoS.

Satoshi ha creato il meccanismo PoW per bitcoin, la prima e più grande criptovaluta, e le prime monete come dogecoin e litecoin ne hanno seguito l’esempio. Ethereum, che è la seconda criptovaluta per capitalizzazione di mercato, è la blockchain PoS di più alto profilo. Altri protocolli che l’hanno adottato sono Cardano e Avalanche.  

PoW e PoS adottano approcci diversi per la selezione dei validatori che elaborano le transazioni e aggiungono blocchi alla catena: PoW richiede che i validatori, noti come miner, risolvano complessi problemi matematici, mentre PoS seleziona casualmente i validatori che hanno puntato una certa quantità di token nativi del protocollo.

Il grafico seguente riassume le altre principali differenze tra i due meccanismi.