Cos’è la Proof Of Work nella blockchain e come funziona

Cos'è il Proof Of Work nel mondo delle criptovalute? Nel settore della tecnologia blockchain, dove l'innovazione si unisce alla decentralizzazione, esiste un concetto che deve essere compreso per consolidare le basi della conoscenza. Stiamo parlando di come vengono effettuate le transazioni, come viene garantita la sicurezza della rete e come si ottiene un rendimento per il lavoro svolto.

Questo concetto di Proof of Work (PoW), si definisce in italiano come "Prova di Lavoro". La sua esecuzione basata sulla logica e la crittografia, rappresenta l'essenza stessa della rivoluzione finanziaria e tecnologica, che si è sviluppata dall'introduzione di Bitcoin nel 2009. Tuttavia, oltre alla sua apparente semplicità, ci sono livelli di difficoltà e sofisticazione che lo rendono un argomento di studio e riflessione.

Con il Proof of Work possiamo interpretare due punti importanti:

• La necessità di dimostrare potenza computazionale per validare le transazioni, garantendo l'integrità della catena di blocchi.
• La creazione di un ecosistema decentralizzato dove la fiducia non risiede in un'autorità centrale, ma nella collaborazione e competizione di una rete distribuita di nodi.

Qui puoi comprendere meglio cos'è la blockchain prima di approfondire il concetto di POW.

Cos'è il Proof of Work?

Dopo aver avuto un'idea del suo significato, dobbiamo definire correttamente cosa sia il Proof of Work.

Essendo tecnici, Proof of Work (PoW) è un protocollo di consenso utilizzato per validare e confermare le transazioni, e produrre nuovi blocchi all'interno della blockchain o catena di blocchi. Fu introdotto per la prima volta da Bitcoin nel 2009 come parte integrante del suo funzionamento.

In termini più colloquiali, Proof of Work è come un "gioco di meccanismi" che viene utilizzato per assicurarci che tutte le transazioni in una blockchain siano legittime e precise. È come risolvere un complicato puzzle matematico. Quando qualcuno risolve il puzzle, viene aggiunto un nuovo "blocco" alla catena di blocchi, che è essenzialmente un registro di tutte le transazioni, un blocco dopo l'altro.

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Caratteristiche del PoW

Comprendendo un po' di più la sua definizione, passiamo alle caratteristiche e qualità che ha la Prova di Lavoro:

• Storia: Bitcoin è stata la prima criptovaluta a implementare PoW come suo meccanismo di consenso. Da allora, molti progetti crittografici hanno adottato questo approccio, sebbene siano emerse alternative come Proof of Stake (PoS) e altri protocolli di consenso diversi.
• Validazione delle Transazioni: PoW viene utilizzato per validare e confermare le transazioni in una rete blockchain. I blocchi di transazioni vengono aggiunti alla catena di blocchi dopo che i dispositivi chiamati “minatori”, risolvono problemi crittografici.
• Sicurezza: Il meccanismo di Proof of Work fornisce un alto livello di sicurezza alla rete. A causa della natura dei problemi crittografici che devono essere risolti, è estremamente difficile per un attaccante modificare una transazione passata senza dover ricalcolare tutti i blocchi successivi, il che rende gli attacchi poco pratici e molto costosi. Fino ad ora Bitcoin non è stata compromessa dalla sua creazione nel 2009.
• Incentivi Economici: I minatori sono ricompensati con nuove criptovalute che vengono estratte e tariffe di transazione per la loro forza computazionale di lavoro nella risoluzione di problemi matematici. Questo fornisce un forte incentivo economico a mantenere l'integrità della rete e a partecipare al processo di estrazione.
• Decentralizzazione: Consentendo a qualsiasi persona di partecipare al processo di estrazione con l'attrezzatura adeguata, PoW promuove una maggiore decentralizzazione della rete. Questo significa che non esiste un'autorità centralizzata che controlla la rete, rendendola meno vulnerabile ad attacchi o manipolazioni.
• Consumo energetico: Una delle principali critiche a PoW è il suo elevato consumo di energia. Il processo intensivo di calcolo richiesto per risolvere i problemi crittografici consuma una quantità significativa di elettricità, che ha sollevato preoccupazioni riguardo al suo impatto ambientale. È vero che, sempre più, la percentuale di energia consumata da questi nodi proviene da energie rinnovabili verdi.
• Scalabilità limitata: PoW affronta sfide di scalabilità e velocità a causa della sua natura costruttiva. Man mano che aumenta il numero di transazioni e minatori sulla rete, può verificarsi congestione e costi di transazione più elevati. Allo stesso tempo, non esiste una rapida conferma di una transazione in secondi. Richiede alcuni minuti nel caso di Bitcoin.

Come funziona il PoW?

Il Proof of Work (PoW) è un meccanismo di consenso utilizzato nelle criptovalute per convalidare le transazioni e aggiungere nuovi blocchi alla blockchain.

Funziona nel seguente modo.

Transazioni

1. Gli utenti della rete creano transazioni, che sono trasferimenti di criptovalute tra due indirizzi.
2. Le transazioni includono informazioni di base come l'indirizzo del mittente, l'indirizzo del destinatario, l'importo di criptovalute trasferite e una tariffa.
3. Le transazioni vengono trasmesse alla rete e raggruppate in blocchi.

Creazione del blocco

Quando viene effettuata una transazione sulla rete, questa viene raggruppata con altre transazioni in sospeso per formare un blocco.

Selezione del problema crittografico

Una volta che un blocco è stato formato, viene selezionato un problema crittografico che i minatori devono risolvere per convalidare il blocco e aggiungerlo alla blockchain. Questo problema generalmente implica trovare un valore specifico, noto come "nonce", che, quando combinato con il contenuto del blocco e passato attraverso una funzione hash, produce un risultato che soddisfa certi criteri, come avere un certo numero di zeri all'inizio dell'hash.

Nel caso particolare di Bitcoin, questa funzione di tipo hash, è il Sha-256.

Risoluzione del problema

• I minatori competono tra loro per risolvere il problema crittografico il più velocemente possibile. Utilizzano la loro potenza di calcolo per eseguire calcoli e testare diversi valori di nonce fino a quando ne trovano uno che produce l'hash richiesto.
• I minatori utilizzano software specializzato e hardware potente per aumentare le loro possibilità di trovare una soluzione.

Verifica della soluzione

• Una volta che un minatore trova un nonce che soddisfa i requisiti, lo allega al blocco e lo trasmette alla rete.
• Gli altri nodi della rete verificano la soluzione del problema crittografico per assicurarsi che il lavoro sia stato eseguito correttamente.

Aggiunta del blocco alla catena

• Se la soluzione è valida, il blocco viene aggiunto alla catena di blocchi e la ricompensa viene assegnata al minatore che ha risolto il problema.
• Se la soluzione non è valida, il blocco viene rifiutato.
• La ricompensa consiste generalmente in nuove criptovalute appena create, così come nelle commissioni di transazione incluse nel blocco.

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Esempio di Proof of Work con Bitcoin

Per approfondire il funzionamento del Proof of Work (PoW), prendiamo come riferimento un esempio ispirato al processo di estrazione di Bitcoin, la criptovaluta più conosciuta del settore blockchain.

Creazione del blocco

• Transazioni: Lucia vuole inviare 1 BTC a Juan. La transazione viene trasmessa alla rete.
• Raggruppamento: Tutte le transazioni recenti, come quella di Lucia, vengono raggruppate in un blocco pendente che è pronto per essere aggiunto alla catena di blocchi.

Selezione del problema crittografico

• Difficoltà: Si seleziona un problema crittografico affinché i minatori lo risolvano, tenendo conto della difficoltà attuale della rete. In questo esempio, il problema consiste nel trovare un numero (nonce) che, quando viene concatenato con il contenuto del blocco e passato attraverso una funzione hash (bitcoin utilizza SHA-256), produce un risultato che soddisfa certi criteri, come iniziare con un numero specifico di zeri.

Risoluzione del problema

• Minerazione: I minatori nella rete iniziano a competere tra loro per risolvere questo problema. Utilizzano la loro potenza di calcolo per testare diversi valori di nonce e calcolare l'hash del blocco fino a quando ne trovano uno che soddisfa i requisiti stabiliti dalla difficoltà della rete.

Verifica della soluzione

• Validazione: Una volta che un minatore trova un nonce che produce un hash valido, lo allega al blocco e lo trasmette alla rete. Gli altri nodi nella rete verificano rapidamente se l'hash del blocco soddisfa i requisiti di difficoltà. Se è così, il blocco è considerato valido. Se non è valido, viene rifiutato dalla catena.

Aggiunta del blocco alla catena:

• Ricompensa: Il nuovo blocco viene aggiunto alla catena di blocchi, e il minatore che lo ha risolto riceve una ricompensa sotto forma di nuovi bitcoin e le commissioni di transazione incluse nel blocco. Nel caso di Bitcoin, la ricompensa attuale è di 6,25 BTC. A partire dal prossimo halving in Aprile 2024, sarà di 3,125 BTC per i successivi 210.000 blocchi minati (circa 4 anni).

Ripetizione del processo:

• Continuità: Il processo si ripete continuamente nella rete mentre i minatori competono per aggiungere nuovi blocchi alla blockchain. La difficoltà del problema crittografico viene regolata automaticamente ogni 2016 blocchi in Bitcoin per mantenere un tempo medio costante tra la creazione di blocchi (circa 10 minuti), garantendo la sicurezza e la stabilità della rete.

In questo esempio:

Lucia ha potuto inviare 1 BTC a Juan in modo sicuro e affidabile grazie al processo di PoW. I minatori sono stati incentivati a partecipare alla rete e a garantirne la sicurezza attraverso la ricompensa in BTC. La blockchain di Bitcoin si è espansa con un nuovo blocco che contiene la transazione di Lucia.

Leggi anche cos'è la funzione hash nelle criptovalute.

Perché è nato il Proof of Work nella blockchain?

Satoshi Nakamoto, il creatore di Bitcoin, ha avuto la visione di sviluppare un sistema di denaro digitale peer-to-peer (P2P) che eliminasse la necessità di fidarsi di una terza parte. L'introduzione di PoW ha permesso ai partecipanti alla rete di raggiungere un consenso sullo stato della blockchain in modo decentralizzato e sicuro, senza la necessità di un'autorità centrale, potendo inviare, ricevere e conservare valore tra tutti i nodi.

Proof of Work (PoW) è nato nella blockchain come soluzione al problema del doppio spesa e la necessità di stabilire un meccanismo di consenso decentralizzato e sicuro.

Problemi riscontrati

• Doppia spesa: In un sistema digitale, è facile copiare e duplicare le informazioni. Questo potrebbe permettere a un utente di spendere la stessa moneta digitale due volte, distruggendo la fiducia nella moneta e l'integrità del sistema.

• Consenso senza fiducia: Le criptovalute, a priori e in generale, non hanno un'autorità centrale che gestisce le transazioni e valida le informazioni. Era necessario un meccanismo per permettere ai partecipanti alla rete di raggiungere un accordo sullo stato della blockchain senza la necessità di una terza parte di fiducia.

Soluzione attesa

Qui è dove il consenso di PoW introduce un meccanismo di incentivi e difficoltà computazionale per risolvere questi problemi:

• Incentivi: I minatori competono per risolvere un problema matematico complesso e sono ricompensati con criptovalute per averlo fatto.
• Difficoltà computazionale: Il problema è abbastanza difficile da rendere improbabile che un singolo attore possa controllare la rete.

Proof Of Work vs Proof of Stake

Come in ogni buona storia di tecnologia, c'è sempre spazio per l'innovazione. Qui è dove entra in scena il Proof of Stake. Invece di competere per risolvere problemi matematici, in PoS i validatori sono scelti per creare e validare nuovi blocchi basati sulla quantità di criptovalute che già possiedono e sono disposti a "scommettere" come garanzia.

Allora, perché dovremmo prestare attenzione al PoS? Beh, in primo luogo, è più efficiente dal punto di vista energetico del PoW. Questo significa che richiede meno energia per funzionare, il che è ottimo per l'ambiente e per la bolletta dell'elettricità.

Inoltre, il PoS promuove anche una maggior partecipazione alla rete, poiché coloro che già possiedono criptovalute con questo tipo di consenso, hanno l'opportunità di poter generare più criptovalute sotto forma di interessi, sia con più o con meno quantità. Avendo l'opzione quasi qualsiasi persona, senza dover fare un grande esborso economico.

Tuttavia, non tutto è roseo. Si sostiene che PoS possa portare a una maggior centralizzazione del potere nelle mani di coloro che possiedono grandi quantità di criptovalute, il che potrebbe minare la vera decentralizzazione.

Allora, qual è il verdetto finale? Beh, non c'è una risposta definitiva. Entrambi i protocolli hanno i loro vantaggi e svantaggi, ed è probabile che vedremo una convivenza di entrambi nel mondo delle criptovalute in futuro.

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In definitiva, il potere del Proof of Work (PoW) va oltre la sua applicazione pratica nella tecnologia blockchain. Rappresenta una filosofia di decentralizzazione e potenziamento individuale che sfida le strutture di potere stabilite oggi. In un mondo in cui le istituzioni finanziarie e governative hanno dominato per molto tempo il panorama economico, PoW offre un'alternativa radicale: un sistema in cui la fiducia si basa sulla matematica e sulla crittografia, invece che su un'autorità centralizzata.

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