#B2B - Che cos'è la Proof Of Work (POW)?

Una misura di sicurezza fondamentale utilizzata da Bitcoin. Il suo ruolo riguarda la verifica delle transazioni, il mantenimento dell'integrità del network e la riduzione delle emissioni.

Questo articolo fa parte di una serie intitolala #Back-2-Basic che si prefigge di ripercorrere alcuni tra i concetti alla base dell’economia, con particolare riferimento al protocollo Bitcoin.

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Traduzione dall’originale di Bitcoin Magazine - pubblicato il 30 giu 2023

Introduzione

I minatori Bitcoin raccolgono e trasmettono le transazioni in un blocco e ne verificano la validità. Quindi applicano una funzione di hash crittografico dell'intestazione del blocco precedente al nuovo blocco. Infine, cercano di risolvere il problema della prova di lavoro. Satoshi Nakamoto ha adottato un meccanismo di consenso proof-of-work (PoW) per risolvere il problema dei generali bizantini, stabilendo un protocollo trasparente e oggettivo.

Che cos’è la Proof Of Work (POW)?

La PoW è letteralmente la prova che il lavoro è stato fatto per convalidare le transazioni della rete e generare nuovi bitcoin. È il meccanismo di consenso e l'algoritmo che utilizza la potenza di calcolo per verificare le transazioni e aggiungerle alla blockchain di Bitcoin. Questo meccanismo permette alla rete Bitcoin di essere affidabile e di rimanere decentralizzata.

PoW risolve i problemi dei generali bizantini, che possono far fallire un sistema informatico distribuito per diversi motivi, non solo di natura dolosa, ma forse per un difetto del software, un malfunzionamento dell'hardware o un attacco ben coordinato da parte di un cattivo attore. Possono essere tutte difficoltà che impediscono ai nodi di raggiungere il consenso sulle reti distribuite.

Il problema dei generali bizantini è comune solo ai sistemi decentralizzati, dove è più difficile raggiungere un accordo.

Bitcoin risolve il problema dei generali bizantini fornendo un modo per comunicare e trasferire valore in modo sicuro senza la necessità di fidarsi l'uno dell'altro attraverso una rete di nodi che concordano sulla verità prima che questa venga registrata. Una volta che un nodo ha registrato una transazione, una copia viene propagata a tutti gli altri nodi della rete. La PoW è stata creata per raggiungere questo obiettivo.

Perchè è importante la Proof Of Work?

La PoW è spesso fraintesa o sottovalutata, in quanto molti la considerano uno sforzo sprecato per una cattiva progettazione del sistema; essi sostengono che l'inserimento di una transazione su qualsiasi altro libro mastro digitale potrebbe essere effettuato istantaneamente e senza alcuno sforzo. Questo è il motivo per cui la prova di lavoro è necessaria per la sicurezza del libro mastro e per impedire che una sola parte possa comprometterlo. Lo sforzo non è comunque sprecato se permette alla rete di essere un'alternativa all'attuale sistema monetario e ai suoi vari difetti.

L'importanza della prova di lavoro risiede nella sua capacità di fungere da spesa tangibile per generare bitcoin e salvaguardarne la credibilità. Sarebbe esorbitante eseguire un attacco al 51% della rete Bitcoin con l'intento di creare monete contraffatte o di effettuare transazioni Bitcoin fraudolente. Se un'entità cercasse di compromettere la rete Bitcoin, dovrebbe rifare tutte le prove di lavoro precedenti abbastanza velocemente da superare la continua prova di lavoro della rete. Per questo motivo, Bitcoin ha caratteristiche di costo non falsificabili ed è immutabile, poiché è quasi impossibile modificare le transazioni confermate.

Per mantenere la stabilità del sistema proof-of-work, Nakamoto ha implementato una soluzione semplice ma geniale chiamata algoritmo di regolazione della difficoltà, che regola il livello di difficoltà della scoperta di un nuovo blocco ogni 10 minuti. Questo è fondamentale per evitare che la scoperta di nuovi blocchi avvenga troppo rapidamente, man mano che un maggior numero di minatori si unisce alla rete. Inoltre, garantisce che il processo di estrazione non diventi troppo lento se l'attività di estrazione diminuisce.

Proof Of Work vs. Proof Of Stake

Abbiamo visto come il PoW sia un buon uso dell'energia per rendere sicuro il Bitcoin, costringendo tutti a rispettare le stesse regole fisse, compreso il divieto di emettere più bitcoin per aumentare l'offerta.

La differenza di sicurezza tra i due meccanismi di consenso è molto importante. La proof of work richiede un consumo di energia per garantire che Bitcoin mantenga la sua posizione di rete più sicura al mondo, mentre la proof of stake (PoS) non risolve il problema delle possibili interferenze da parte di entità maligne. Al contrario, PoS sacrifica la sicurezza per la scalabilità, rendendo la blockchain più veloce, anche se non affidabile. Il meccanismo di consenso proof-of-work di Bitcoin è costoso e spinge i partecipanti a pubblicare solo informazioni veritiere.

La proof of stake è il meccanismo di consenso della maggior parte delle altcoin, delle azioni digitali e di altri schemi Ponzi commercializzati come alternative al bitcoin. Il suo meccanismo di consenso funziona attraverso lo "stacking", che richiede agli investitori di bloccare i token del protocollo scelto nel sistema in modo che non possano essere spesi. Tuttavia, più alto è il numero di token in stacking, più alta è la possibilità di convalidare un blocco di transazioni.

Considerando che la maggior parte dei token delle altcoin sono stati emessi agli addetti ai lavori e agli sviluppatori prima di essere resi disponibili al pubblico, è facile capire quanto la decentralizzazione sia mal concepita nelle reti proof-of-stake.

Le differenze principali tra i due meccanismi sono evidenziate qui di seguito:

Proof Of Work

• La convalida viene eseguita da una rete di minatori

• La natura competitiva utilizza molta energia e potenza di calcolo per determinare la probabilità di trovare un nuovo blocco.

• Il proof of work ha un costo fisico reale di produzione, che isola la rete dagli attacchi.

• La PoW presenta un vantaggio economico e ambientale

Proof Of Stake

• La convalida viene effettuata dai partecipanti che offrono i loro gettoni come garanzia.

• Viene utilizzata meno energia, ma l'ammontare della posta in gioco o il numero di monete determina la probabilità di convalidare un nuovo blocco.

• La proof of stake non ha un costo di produzione reale, il che rende la rete vulnerabile agli attacchi.

• Non c'è alcun vantaggio ambientale nella proof of stake

Nel proof of stake, è facile acquisire il 51% delle quote e quindi modificare le regole del protocollo a proprio vantaggio, ed è relativamente semplice censurare la partecipazione e l'attività della rete, ad esempio rifiutando le transazioni di una persona o di un'entità.

Come funziona la proof of work

In passato, la prova del lavoro poteva essere ottenuta utilizzando unità di elaborazione centrale (CPU) e unità di elaborazione grafica (GPU). Tuttavia, a causa dell'enorme quantità di elettricità richiesta, ora può essere eseguita solo utilizzando computer specializzati gestiti da minatori, noti come circuiti integrati specifici per le applicazioni (ASIC), che servono a inserire i dati della transazione, le informazioni dell'intestazione del blocco precedente e un nonce (numero casuale) per indovinare il risultato delle funzioni di hash.

Le funzioni di hash sono funzioni matematiche. In Bitcoin, SHA-256 è l'algoritmo della funzione hash che trasforma i dati in ingresso - qualsiasi cosa possa essere rappresentata con uno e zero - in uscita, una stringa di 64 caratteri, che sarà unica e perfettamente correlata ai dati in ingresso.

Da come funziona, è impossibile capire l'output risultante da un input visibile pubblicamente se non attraverso costose congetture rapide generate da ASIC.

D'altra parte, i minatori vogliono ottimizzare il loro lavoro. Per essere redditizi, devono aumentare il numero di hash (o di congetture) al secondo che i loro dispositivi possono produrre utilizzando la fonte di energia più economica e affidabile.

La regolazione della difficoltà di Bitcoin rende il mining un settore ancora più competitivo. In parole povere, la proof of work è simile all'acquisto di biglietti della lotteria con un'estrazione di premi ogni 10 minuti. Più biglietti si acquistano, maggiore è la probabilità statistica di vincere la lotteria. In termini di ASIC, un Bitmain Antminer S19j Pro può operare a 104TH/s, il che significa essenzialmente 104 trilioni di ipotesi, o biglietti, al secondo.

A causa dell'aumento della concorrenza, dal 2012, anno in cui gli ASIC sono diventati necessari, è diventato più difficile per i minatori singoli o solitari effettuare il mining di bitcoin. Tuttavia, ora possono unirsi a un pool di minatori per aumentare le loro possibilità di essere ricompensati con bitcoin, anche se i fondi saranno divisi tra i membri del pool.

Vantaggi e Svantaggi

La prova di lavoro è necessaria per mantenere Bitcoin sicuro, immutabile e sempre decentralizzato. Ecco i principali vantaggi e svantaggi del meccanismo di consenso di Bitcoin.

Vantaggi

• Decentramento, ovvero la vera svolta della tecnologia

• Resistenza alla censura, come risultato della decentralizzazione

• Immutabilità, la blockchain è quasi impossibile da invertire

• È un sistema equo e oggettivo, basato su solide regole di protocollo e leggi fisiche.

• Alto livello di sicurezza: PoW incentiva economicamente i minatori a proteggere la rete

• Cattura di carbonio e metano: Bitcoin sfrutta l'energia sprecata per emettere più monete e verificare le transazioni

• Monetizzando l'energia, PoW accelera l'introduzione di reti di energia rinnovabile e migliora il bilanciamento del carico sulle reti esistenti, rendendole più efficienti e sicure.

Svantaggi

• Velocità di transazione più bassa

• Le spese di estrazione (OPEX e CAPEX) sono molto elevate, ma necessarie per la proof of work.

• Il PoW consuma molta energia, ma è stato dimostrato che questo incoraggia l'innovazione nelle energie rinnovabili e lo sfruttamento dell'energia sprecata.

Critiche a proposito della proof of work

Le critiche al consumo energetico di Bitcoin sono comuni. Poiché il Bitcoin richiede una notevole quantità di energia per proteggere la rete, il proof of work è un facile vettore di attacco da parte di coloro i cui interessi sono più allineati con il sistema finanziario fiat preesistente.

Tuttavia, la narrazione diffusa non riconosce che il Bitcoin, in realtà, sta guidando l'innovazione nella tecnologia che genera energia pulita e sfrutta l'energia sprecata.

Come? I minatori di Bitcoin devono trovare le fonti di energia più convenienti per essere redditizi. Di conseguenza, l'energia accessibile per il mining di Bitcoin proviene sempre più spesso da fonti rinnovabili, nonché da fonti energetiche sprecate e "incagliate", anziché affidarsi ai combustibili fossili.

Rinnovabili

Dal momento che le fonti rinnovabili - principalmente l'eolico e il solare - sono tra le più economiche, i minatori di Bitcoin sono incentivati a sovvenzionare la loro innovazione, a beneficio di tutti.

Molti fraintendono che il consumo di energia non produce direttamente emissioni di anidride carbonica, ma la fonte sì. L'effetto sulle emissioni di carbonio deriva dalla produzione di energia, non dal consumo.

Spreco di energia

Il gas naturale bruciato è un esempio di energia sprecata: per evitare gli alti costi di trasporto del gas naturale da località remote, alle compagnie petrolifere che lo producono si raccomanda di rilasciare il gas nell'atmosfera o di "bruciarlo" letteralmente per limitare l'impatto ambientale. Tuttavia, anche la combustione in torcia ha un costo, e se i trivellatori di gas potessero utilizzare un generatore di gas per alimentare i minatori di Bitcoin, l'energia sprecata verrebbe trasformata in un buon uso: produrre bitcoin!

Energia incagliata

Poiché le operazioni di estrazione di Bitcoin possono essere situate in qualsiasi parte del mondo, sono sempre più attratte dall'energia "incagliata", spesso troppo lontana per le aree popolate, come le correnti oceaniche o il sole del deserto. Il biogas è un'altra di queste opzioni, che produce energia affidabile, ma spesso non è collegata alla rete.

Domande frequenti

Come viene determinato il livello di difficoltà del problema proof-of-work?

A seconda del numero di hash al secondo che vengono estratti dalla rete, la complessità della funzione hash aumenterà o diminuirà di conseguenza, in modo che i minatori impieghino in media 10 minuti per trovare un nuovo blocco nella rete globale.

La forza bruta può risolvere il problema della proof-of-work?

L'unico modo per risolvere il problema della proof-of-work è la forza bruta, una tecnica generale di risoluzione dei problemi e un paradigma algoritmico che cerca tutte le possibili soluzioni a un dato problema prima di trovare quella più soddisfacente.

Cosa succede alla PoW quando tutti i bitcoin sono stati estratti?

Quando tutti i bitcoin saranno stati estratti, sarà ancora necessaria una prova di lavoro per convalidare le transazioni, per la quale i minatori riceveranno un compenso.

Esistono alternative valide alla PoW?

Per produrre una criptovaluta decentralizzata, immutabile, resistente alla censura e sicura come il bitcoin, non esiste un'alternativa sicura alla prova di lavoro.

Cosa succede se due minatori risolvono contemporaneamente il problema della PoW per lo stesso blocco?

Verrà scelto il blocco che compare nella catena più lunga, ovvero quello che presenta la "maggiore difficoltà combinata" degli hash utilizzati e che ha richiesto la maggiore potenza di calcolo per essere creato.

In ultima analisi

I politici e le organizzazioni, volutamente fuorvianti, hanno un vantaggio nel criticare la prova di funzionamento del Bitcoin e nel finanziare progetti per screditare il Bitcoin per il suo consumo energetico. Il vantaggio è quello di mantenere il sistema attuale così com'è, vantaggioso per loro, con il pretesto che il Bitcoin è sbagliato e dannoso per l'umanità e la Terra..

Il Bitcoin è dirompente; è la speranza di cui l'umanità ha bisogno e deve essere scoperto e compreso per essere pienamente apprezzato. La proof of work è necessaria per favorire la transizione verso un nuovo sistema monetario e un mondo diverso, e lo sforzo richiesto per produrlo lo rende ancora più meritevole.