Staking e sicurezza del protocollo: la colonna portante della sicurezza della blockchain

I meccanismi di consenso svolgono un ruolo cruciale nella tecnologia blockchain, data la sua natura decentralizzata. Convalidano le transazioni, assicurano che l’intera rete condivida lo stesso registro e proteggono dagli attacchi incentivando il comportamento responsabile dei partecipanti.

Uno dei meccanismi di consenso più utilizzati è il “Proof of Stake” (PoS). Questo articolo esplora il PoS attraverso la lente di Ethereum, il secondo protocollo per capitalizzazione di mercato, e spiega come protegge la rete.

Nozioni di base sulla sicurezza della blockchain

Alla base della sicurezza della blockchain ci sono tre principi:

• Immutabilità: nessuno può cambiare o modificare le transazioni elaborate e registrate su una blockchain. Ogni blocco contiene un hash, ovvero una stringa di lunghezza fissa creata da un algoritmo crittografico, che rappresenta tutte le sue transazioni e quelle memorizzate nel blocco precedente. 

• Decentralizzazione: nessuna singola autorità controlla la rete. I partecipanti, noti come nodi, sono responsabili della convalida e della registrazione delle transazioni. Anche se più nodi si guastano, la rete può continuare a funzionare.  

• Consenso: l’intera rete deve essere d’accordo sull’ultimo stato del registro, ottenuto utilizzando un meccanismo di consenso.

Un meccanismo di consenso PoS richiede ai nodi chiamati validatori di “stakare” (bloccare in un contratto intelligente) una quantità specifica di un token nativo del protocollo per avere la possibilità di essere selezionati casualmente per elaborare il blocco successivo di transazioni. Più alto è lo stake di un validatore, maggiori sono le sue probabilità di essere selezionato. Altri nodi, chiamati Attester, confermano la validità di ogni blocco. 

Ethereum è passata da un meccanismo di Proof of Work (PoW) a PoS nel settembre 2022. Il motivo principale del Merge, come è stato soprannominato dalla community crypto, è stato quello di migliorare la scalabilità e ridurre il consumo energetico del protocollo. Lo stake minimo per i validatori su Ethereum è di 32 ether e la rete utilizza un algoritmo di generazione di numeri casuali per selezionare un nuovo validatore ogni 12 secondi.

Meccanismi di sicurezza in Ethereum 2.0

Ethereum incentiva il comportamento corretto pagando ricompense del blocco, che i validatori guadagnano partecipando al meccanismo di consenso e proteggendo la rete. Vengono pagate in proporzione all’entità dello stake di un validatore e sono disponibili in due forme:  

• Il protocollo paga ricompense per il consenso a validatori, Attester e “comitati di sincronizzazione” che assicurano che tutti i nodi abbiano la versione più recente del registro. Queste ricompense sono la fonte principale di ether di nuova emissione. 

• I validatori guadagnano ricompense per l’esecuzione attraverso le commissioni di transazione, note come commissioni gas, mance pagate dagli utenti per incoraggiare i validatori a includere la loro transazione nel blocco successivo, e per aver soddisfatto le richieste di valore massimo estraibile (MEV) per includere, escludere o riordinare le transazioni in un blocco.

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Il protocollo prevede anche delle penalizzazioni per i validatori, per scoraggiare un comportamento scorretto. I nodi pagano penalità minori per il fatto di essere offline, ma le infrazioni più gravi possono portare allo “slashing”, in cui una parte dello stake di un validatore, a partire da un ether, viene rimossa dalla circolazione o “bruciata”. Queste penalità possono costare a un validatore l’intero stake.

Tre reati giustificano lo “slashing”: 

• La proposta e la firma di due blocchi diversi nello stesso slot (la finestra di 12 secondi durante la quale un validatore propone un nuovo blocco di transazioni)

• Attestare un blocco che contraddice le registrazioni contenute in un blocco precedente

• Attestare due blocchi diversi per uno slot

Per scoraggiare la collusione, la rete può imporre un’ulteriore penalità se un certo numero di validatori commette la stessa infrazione nell’arco di pochi giorni. 

Migliorare la sicurezza in Ethereum 2.0

Per misurare la decentralizzazione di un meccanismo PoS, e quindi la sua sicurezza, vengono utilizzati due parametri: il numero di validatori e la percentuale della fornitura totale in circolazione di token nativi che viene stakata (le reti con una percentuale più alta sono più complicate da hackerare). Secondo l’analista di dati Dune, Ethereum ha 1 074 669 validatori (al 10 settembre 2024) e il numero è aumentato costantemente dopo il Merge. Dune stima inoltre che il 28,07% dell’offerta circolante di etere sia stakato (al 10 settembre 2024).

Rispetto ad altre blockchain PoS, Ethereum è altamente decentralizzata in termini di numero di validatori, anche se si posiziona in basso in base alla percentuale di token nativi stakati.

Un altro modo in cui Ethereum mantiene la sicurezza è l’aggiornamento regolare della rete. L’ultimo aggiornamento, Dencun, attivato nel marzo 2024, ha riguardato la scalabilità e l’efficienza. Ha implementato diverse proposte di miglioramento di Ethereum (Ethereum Improvement Proposal, EIP), un elemento chiave del quadro di governance del protocollo in quanto i membri della comunità presentano, discutono e raggiungono un consenso sulla loro implementazione. La più importante di queste proposte è stata la EIP-4844, che ha introdotto il “proto-danksharding”, il primo passo per l’aggiunta di “blob” in blocchi.

Ethereum conduce anche verifiche regolari per testare la sicurezza della rete. Di recente ha stretto una partnership con la piattaforma di bug bounty Web3 Immunefi per offrire una ricompensa di oltre 500.000 dollari ai ricercatori in grado di individuare i punti deboli del protocollo. 

Affrontare i malintesi più comuni

Una critica mossa al PoS è che pochi validatori ben dotati possono dominare il meccanismo di consenso, aumentando la centralizzazione della rete. Tuttavia, 32 ether sono sia lo stake minimo che il massimo di Ethereum. Di conseguenza, anche i partecipanti più grandi, come Lido (un pool di staking che rappresenta il 28,37% degli stake di ether), devono creare più validatori, il che promuove la decentralizzazione.

Questo tetto massimo assicura anche una distribuzione uniforme delle ricompense nel tempo. A differenza del meccanismo di consenso PoW di Bitcoin, che richiede una costosa potenza di calcolo, il protocollo PoS di Ethereum è più equo. Le barriere all’ingresso in termini di risorse di calcolo sono basse e i validatori ricevono ricompense proporzionali al tetto massimo, indipendentemente dalla dimensione delle loro partecipazioni complessive. Inoltre, le ricompense si basano su uno standard di prestazioni relativamente facile da raggiungere: comportarsi in modo responsabile (i validatori non penalizzati hanno maggiori possibilità di essere selezionati) e mantenere i tempi di attività.

Conclusioni

Ethereum è il protocollo PoS di più alto profilo, essendo passato da PoW nel settembre 2022. I validatori devono stakare 32 ether per avere il diritto di essere selezionati casualmente per elaborare le transazioni. In cambio, ricevono ricompense del blocco proporzionali al valore del loro staking. Il protocollo penalizza anche i comportamenti scorretti.

La decentralizzazione è la chiave della sicurezza di Ethereum. Rispetto ai protocolli PoS rivali, si colloca ai primi posti per numero di validatori, ma è relativamente basso in termini di percentuale di ether stakati, due parametri per misurare la decentralizzazione. Altri modi in cui Ethereum mantiene la sicurezza sono gli aggiornamenti regolari della rete e gli audit.

Una delle principali critiche mosse a Ethereum è la potenziale centralizzazione causata da pochi validatori dominanti. Il tetto massimo di 32 ether funge da contrappeso, garantendo al contempo un’equa distribuzione delle ricompense.