Blockchain Trilemma: che cos’è?

La tecnologia blockchain ha rivoluzionato il modo in cui pensiamo alle transazioni e alla gestione dei dati, offrendo un sistema decentralizzato, sicuro e trasparente. Tuttavia, nello sviluppo e nell’implementazione delle blockchain, gli sviluppatori si trovano spesso ad affrontare il cosiddetto “trilemma della blockchain”.

Questo concetto, introdotto da Vitalik Buterin, co-fondatore di Ethereum, si riferisce alla sfida di bilanciare tre caratteristiche fondamentali di una blockchain: scalabilità, sicurezza e decentralizzazione.

Molti progetti hanno provato in qualche modo a risolvere il problema. Abbiamo i layer2 su Ethereum che cercano di affrontare il problema della scalabilità o altre soluzioni come Algorand che dichiarano di aver risolto il trilemma. Ma è proprio così?

In questo articolo, esploreremo in dettaglio il trilemma della blockchain, analizzando l’importanza di ciascuna caratteristica e le soluzioni proposte per superare questa sfida.

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Cos’è il Trilemma della Blockchain?

Il “blockchain trilemma” è un concetto fondamentale per comprendere i limiti e le sfide attuali delle blockchain, nonché le prospettive future di questa tecnologia innovativa.

Questo termine, coniato da Vitalik Buterin, co-fondatore di Ethereum, si riferisce alla difficoltà di ottenere contemporaneamente tre caratteristiche chiave sulle blockchain: sicurezza, scalabilità e decentralizzazione.

Secondo il trilemma, migliorando uno di questi aspetti si va inevitabilmente a peggiorare almeno uno degli altri due. Questo pone un dilemma importante per gli sviluppatori blockchain, costretti a trovare un compromesso.

In questo schema vedete sintetizzato il problema:

Blockchain Trilemma

La sicurezza è un requisito imprescindibile affinché un sistema blockchain sia affidabile e resista ad attacchi malevoli. La scalabilità si riferisce alla capacità della blockchain di gestire un numero elevato di transazioni mantenendo costi e tempi ridotti. Infine, la decentralizzazione assicura che non vi siano autorità centrali a controllare la rete.

Il problema è che spingere troppo sulla sicurezza rischia di compromettere scalabilità e decentralizzazione. D’altro canto, una blockchain molto decentralizzata faticherà a scalare efficacemente. Insomma, ogni aspetto condiziona gli altri in un equilibrio instabile.

Diverse blockchain adottano approcci diversi per affrontare il trilemma. Alcune, come Bitcoin, danno priorità alla sicurezza e alla decentralizzazione a scapito della scalabilità. Ethereum, con il suo passaggio al Proof-of-Stake e l’implementazione di soluzioni di scalabilità layer2, sta cercando di trovare un equilibrio tra tutte e tre le caratteristiche.

👍 Cos’ è?Si riferisce al problema e al delicato equilibrio che gli sviluppatori devono affrontare quando cercano di ottimizzare tre proprietà fondamentali di una blockchain: scalabilità, sicurezza e decentralizzazione.
✅ CaratteristicheDecentralizzazione/ Smart contract / Commissioni basse / Transazioni veloci / Trasparenza / Anonimato
💰Principali criptovaluteBitcoin / Ethereum / Solana / Cosmos
⚙️ UtilizziAziende / Tecnologia / Prodotti finanziari / No Profit
✅ Metodi di consensoProof of Work (PoW) / Proof of stake (Pos) / Proof of History
🥇Migliori piattaforme per criptovaluteCoinbase / Kraken

Scalabilità

Il problema della congestione della rete

Uno degli aspetti più problematici per le blockchain è la scalabilità, ossia la capacità di gestire un numero elevato di transazioni mantenendo costi e tempi contenuti. È una sfida cruciale per consentire alle criptovalute e alla tecnologia blockchain di avere adozione mainstream.

Purtroppo, molte blockchain pubbliche hanno un limite massimo di transazioni gestibili nell’ordine di 10-20 al secondo. Basti pensare che la rete Bitcoin regge circa 7 transazioni al secondo, Ethereum 15.

Numeri irrisori se paragonati ad esempio a Visa, che gestisce diverse migliaia di transazioni al secondo.

Alcune come Solana o SEI Network, sono invece già in grado di competere con i colossi dei pagamenti per quanto riguarda la velocità.

Questi limiti derivano dalla struttura stessa delle blockchain, dove ogni nodo deve validare e aggiungere i nuovi blocchi di transazioni. Più cresce l’utilizzo della rete, più aumentano congestione e costi delle commissioni, con tempi di attesa anche di ore nei momenti critici.

Alcune chain come Ethereum stanno lavorando tantissimo. Sono arrivati infatti aggiornamenti come il Merge, Dencun sulle fees oltre ai layer2 (es: Optimis, Arbitrum, Base) che ne hanno aumentato la scalabiltà. Manca ancora però qualcosa.

Soluzioni per migliorare la scalabilità: Sharding e Layer 2

Gli sviluppatori stanno sperimentando soluzioni all’avanguardia per migliorare la scalabilità delle blockchain. Una delle più promettenti è lo sharding, che prevede di dividere la blockchain in partizioni (o “shards”) più piccole e gestibili. Ogni shard elabora solo un sottoinsieme di transazioni, alleggerendo la catena principale.

Altre soluzioni mirano a portare transazioni e smart contract fuori dalla catena principale, su un Livello 2 come le sidechain o il Lightning Network perr Bitcoin. Ci sono poi tutte le soluzioni layer 2 sviluppate su Ethereum , ne abbiamo parlato in questo video che trovi sul nostro canale YouTube:

Ethereum Scaling: le soluzioni LAYER 2 per la scalabilità (Rollup, Channels, Sidechain)
In questa guida parliamo di soluzioni di scaling per Ethereum. I concetti che andremo a trattare si applicano anche alle blockchain in generale.Il grande uti…
Ethereum Scaling: le soluzioni LAYER 2 per la scalabilità (Rollup, Channels, Sidechain)

The video was uploaded on 1/9/2022.

You can view the video here.

The video lasts for 17 minutes and 15 seconds.

La scalabilità rimane comunque un problema cruciale irrisolto. Le soluzioni attuali sono sperimentali e presentano dei trade-off. Ad esempio, lo sharding può intaccare la sicurezza della rete. Non esiste ancora una risposta definitiva al trilemma blockchain per quanto riguarda la scalabilità. Ma il lavoro degli sviluppatori fa ben sperare per il futuro.

Superare il trilemma della blockchain è quindi una sfida fondamentale per permettere a questa tecnologia di esprimere appieno il suo potenziale innovativo.

Non a caso gli sviluppatori stanno sperimentando soluzioni all’avanguardia come lo sharding, le sidechain e nuovi meccanismi di consenso oltre ai layer2 che spuntano ormai come funghi.

Sicurezza

Consenso e Prevenzione degli attacchi

La sicurezza è un requisito fondamentale per qualsiasi blockchain decentralizzata. Senza solide difese dagli attacchi, una blockchain è del tutto inutilizzabile.

Ma come assicurare sicurezza su un sistema distribuito senza autorità centrale?

Uno dei metodi principali è l’uso di meccanismi di consenso come la Proof of Work o la Proof of Stake. Grazie ad essi, la validità di ogni blocco e transazione deve essere confermata dalla maggioranza dei nodi prima di essere aggiunta alla catena.

Questo sistema previene manomissioni o falsificazioni, perché modificare la blockchain richiederebbe di controllare oltre il 51% dei nodi.

Si parla spesso del cosiddetto 51% attack. Ad esempio se un malintenzionato riuscisse a prendere il controllo del 51% della rete Bitcoin potrebbe fare transazioni false o sottrarre fondi. Questo porterebbe al collasso di quella rete specifiche.

Inoltre, la struttura stessa della blockchain rende pressoché impossibile alterare blocchi precedenti senza invalidare tutta la catena successiva. Come sapete ad esempio su Bitcoin una volta scritta una transazione sulla blockchai, questa non può essere più modificata.

Se ti sono pochi chiari questi concetti puoi consultare questo video qui sotto in cui ho spiegato come funziona la blockchain e la sua sicurezza:

Blockchain: cos’è e come funziona [Funzionamento ed con esempi pratici]
Cos’è la Blockchain? Una Blockchain, traducibile in “catena di blocchi”, è un elenco in continua crescita di record, chiamati blocchi, che sono collegati e p…
Blockchain: cos'è e come funziona [Funzionamento ed con esempi pratici]

The video was uploaded on 3/3/2022.

You can view the video here.

The video lasts for 26 minutes and 43 seconds.

Crittografia e Protezione dei Dati

Oltre ai meccanismi di consenso, un altro pilastro della sicurezza blockchain è la crittografia. Ogni blocco contiene hash crittografici collegati al blocco precedente. Qualsiasi modifica a un blocco precedente altererebbe tutti gli hash successivi, rendendo facile l’individuazione di manomissioni.

Anche le chiavi crittografiche pubbliche e private usate dagli utenti per firmare transazioni e smart contract sono un elemento di sicurezza. La firma basata sulla chiave privata garantisce l’autenticità e integrità di ogni transazione.

Naturalmente, spingere troppo sulla rigidità della sicurezza blockchain può avere effetti negativi su scalabilità e decentralizzazione. Ad esempio, solo un numero limitato di nodi può sostenere l’onere computazionale dell’intensiva crittografia. Trovare il giusto equilibrio nel trilemma blockchain è sempre una grande sfida.

Decentralizzazione

Perchè è importante avere un sistema distribuito?

La decentralizzazione è una caratteristica distintiva e fondamentale delle blockchain. A differenza dei sistemi tradizionali centralizzati, nelle blockchain non esiste un’entità o autorità centrale che controlla la rete.

Il potere è distribuito tra tutti i nodi della rete, che cooperano per mantenerne la sicurezza e validare le transazioni. Questo approccio distribuito elimina il rischio di singoli punti di fallimento e rende la blockchain più democratica, trasparente e resiliente.

Inoltre, la decentralizzazione ha un enorme valore etico e sociale. Consente la creazione di sistemi finanziari aperti non controllati da governi o corporation, aprendo la strada a una nuova economia digitale globale.

In quest’epoca si inizia a discutere anche di decentralizzazione per quanto riguarda altri ambiti fuori dalla blockchain. Pensiamo a social decentralizzati in cui potremmo essere effettivamente i proprietari dei nostri dati.

Potrei pensare di spostare i miei contenuti dove voglio proprio perché opera in un contesto decentralizzato. Capisci quant’è potente la decentralizzazione?

Equilibrio tra decentralizzazione e prestazioni

Un alto grado di decentralizzazione ha spesso un prezzo in termini di prestazioni e scalabilità. Più nodi devono validare le transazioni, più lento è il processo decisionale. Inoltre, latenze di rete e limiti di banda giocano un ruolo.

Per questo, spesso le blockchain sacrificano un po’ di decentralizzazione per migliorare prestazioni e velocità. Ad esempio, solo un limitato numero di nodi valida le transazioni su blockchain come Solana, migliorandone la scalabilità ma centralizzando parzialmente il consenso.

Trovare il giusto equilibrio tra un sistema sufficientemente distribuito ma ancora performante è una delle chiavi per risolvere il trilemma. Nuovi meccanismi di consenso come la proof-of-stake promettono di ampliare il numero di validatori salvaguardando efficienza e velocità.

La decentralizzazione rimarrà probabilmente un ideale che le blockchain dovranno continuare a inseguire, facendo compromessi con prestazioni e sicurezza.

Ma è un elemento irrinunciabile per preservare lo spirito delle criptovalute.

Esempi di progetti che affrontano il trilemma

Ethereum 2.0 e il Passaggio al Proof-of-Stake

Uno dei progetti più ambiziosi per risolvere il trilemma è Ethereum 2.0, una profonda evoluzione della blockchain Ethereum originale. L’obiettivo è migliorare drasticamente prestazioni, sicurezza e decentralizzazione.

Ethereum Scaling
Scalabilità con i layer 2 per Ethereum

La mossa chiave è stata il passaggio dal proof-of-work al proof-of-stake come meccanismo di consenso. Il PoS ha permesso di ampliare il numero di validatori riducendo l’impatto ambientale del mining intenso di Ethereum. Inoltre, dopo Dencun arriveranno tecniche come lo sharding per dividere il carico di lavoro, aumentando la scalabilità.

Il percorso è ancora lungo ma Ethereum 2.0 promette di diventare una blockchain più veloce, sicura e decentralizzata, avvicinandosi a risolvere il trilemma.

Cosmos e Interchain Security

Cosmos è un progetto che punta a creare un ecosistema di blockchain interoperabili. Invece di una sola catena monolitica, propone molteplici chain specializzate che interagiscono tra loro.

Questo approccio modulare promette di risolvere il trilemma sfruttando le caratteristiche di ogni chain. Ad esempio, una blockchain può focalizzarsi solo su velocità e scalabilità, un’altra su sicurezza. Insieme forniscono un sistema complessivo sicuro e performante.

L’hub principale di Cosmos assicura interoperabilità e consenso distribuito tra le varie catene del sistema. Il futuro potrebbe essere una moltitudine di blockchain interconnesse.

E il rilascio dell’Interchain Security e le novità che stanno arrivando su Cosmos stanno andando in quella direzione.

Solana e la scalabilità

Solana è uno dei progetti che spingono al massimo sulla scalabilità, con l’obiettivo di raggiungere performance paragonabili ai sistemi centralizzati. Tramite proof-of-history e altre innovazioni, Solana può gestire oltre 50.000 transazioni al secondo.

Ovviamente questo enorme throughput ha un prezzo in termini di maggiore centralizzazione e nodi hardware più potenti. Il consenso su Solana è affidato a un numero limitato di validatori. Inoltre, il costo della potenza computazionale richiesta è proibitivo per i nodi comuni.

Solana implementa un meccanismo di consenso ibrido che combina PoS e PoH. I validatori sono selezionati tramite PoS per votare sui blocchi, mentre PoH viene utilizzato per ordinare le transazioni all’interno di ogni blocco. Questo approccio consente di raggiungere un consenso rapido e sicuro, riducendo al minimo il rischio di fork o attacchi di doppia spesa.

Solana dimostra che la scalabilità estrema ha dei compromessi. Raggiungere velocità elevate sacrificando troppo sicurezza e decentralizzazione potrebbe minare i princìpi della blockchain.

Tuttavia stanno continuando a sviluppare. Il prossimo aggiornamento atteso è Solana Firedancer che dovrebbe contribuire a migliorare l’efficienza della rete tramite un nuovo client e migliorare le capacità di elaborare le transazioni.

Firedancer dovrebbe arrivare proprio nell’estate del 2024.

Blockchain Trilemma: le domande frequenti (FAQ)

Cos’è il trilemma della blockchain?

Il trilemma si riferisce alla difficoltà di ottenere contemporaneamente sicurezza, scalabilità e decentralizzazione sulle blockchain.

Quali sono i 3 pilastri del trilemma?

I 3 pilastri sono: sicurezza, scalabilità e decentralizzazione. Ognuno influenza gli altri.

Quali soluzioni ci sono al problema?

Alcune soluzioni sono: sharding, sidechain, nuovi meccanismi di consenso, soluzioni di Livello 2.

Conclusioni

Il trilemma della blockchain rappresenta una sfida significativa per gli sviluppatori e le comunità di criptovalute.

Trovare il giusto equilibrio tra scalabilità, sicurezza e decentralizzazione è fondamentale per realizzare il pieno potenziale della tecnologia blockchain.

Mentre progetti come Ethereum 2.0, Cosmos e Solana stanno esplorando soluzioni innovative per superare il trilemma, è importante riconoscere che ogni approccio comporta compromessi e trade-off.

Naturalmente ci sono progetti che sulla carta dichiarano di aver risolto il problema ma poi peccano in una delle altre aree. Siamo in una fase in cui molti progetti presentano le soluzioni e questo è un cambio di passo rispetto al passato. Vedremo quali soluzioni arriveranno in futuro.

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