Le criptovalute hanno fatto molta strada dall'introduzione di Bitcoin nel 2008. Tuttavia, come dimostrano le transazioni Bitcoin che richiedono dieci minuti o le esorbitanti commissioni di transazione di Ethereum, non riescono ancora a eguagliare la velocità di transazione di Visa né a sostituire completamente le valute fiat. Alla base di questi problemi vi è una mancanza di scalabilità, un problema che le soluzioni di Layer 2 potrebbero risolvere.
Questo articolo esamina i motivi per cui l'architettura blockchain introduce intrinsecamente problemi di scalabilità e tre modi in cui le soluzioni di Livello 2 potrebbero risolverli.
Perché la scalabilità è difficile
Le architetture blockchain si trovano ad affrontare diverse sfide in termini di scalabilità. A differenza dei sistemi di pagamento tradizionali, non si basano su un intermediario centralizzato in grado di approvare unilateralmente le transazioni gestendo un unico database. Si affidano invece a una rete di nodi e a un complesso sistema di consenso per operare senza alcuna autorità centrale, il che comporta un sovraccarico.
Alcune delle sfide più grandi includono:
- Consenso: Molte blockchain utilizzano meccanismi di consenso che rallentano intenzionalmente il processo di transazione per prevenire le frodi. Ad esempio, algoritmi di prova di lavoro L'aggiunta di un blocco richiede calcoli complessi. Questi calcoli complessi scoraggiano i malintenzionati dal tentare di forzare una transazione con attacchi di forza bruta.
- NodesMolte blockchain richiedono che ogni nodo memorizzi una replica completa della blockchain, il che può diventare dispendioso in termini di risorse nel tempo, man mano che vengono aggiunte le transazioni. Inoltre, le blockchain devono propagare transazioni e blocchi a ogni nodo della loro rete, introducendo latenza di rete.
- BlocchiBitcoin e altre blockchain hanno una dimensione fissa del blocco, che limita il numero di transazioni al secondo. Ad esempio, Bitcoin può elaborare circa sette transazioni al secondo, un numero significativamente inferiore rispetto ai sistemi di pagamento tradizionali.
Queste sfide creano diversi problemi di scalabilità:
- LimitiLe blockchain presentano limitazioni in termini di velocità di elaborazione e capacità di trasmissione delle transazioni, dovute al meccanismo di consenso e alle dimensioni dei blocchi. Inoltre, con l'aumento del numero di partecipanti alla rete, le blockchain potrebbero avere difficoltà a soddisfare la domanda.
- Le spese di transazioneLe elevate commissioni di transazione, dovute a meccanismi di consenso complessi e ad altri fattori, rendono dispendioso per gli utenti completare le transazioni e ostacolano la scalabilità della blockchain.
- Tempi di rispostaI problemi di scalabilità possono comportare tempi di risposta più lunghi. Ad esempio, Bitcoin può elaborare solo sette transazioni al secondo, il che significa che gli utenti potrebbero dover attendere a lungo prima che una transazione sia ufficialmente completata. Inoltre, le reti congestionate con un numero insufficiente di nodi possono aggravare ulteriormente questi problemi.
Queste sfide creano le cosiddette trilemma blockchain – o la convinzione che le reti decentralizzate possano fornire solo due dei tre vantaggi relativi a decentralizzazione, sicurezza e scalabilità. Ad esempio, migliorare la scalabilità sarebbe semplice se si centralizzasse il meccanismo di consenso o non ci si preoccupasse delle transazioni fraudolente.
Quali sono le soluzioni di livello 2?
La maggior parte dei software è costruita a strati, mentre le applicazioni sono generalmente costruite su un'unica base. Quindi, non dovrebbe sorprendere che anche le blockchain siano costruite a strati. Le blockchain di Livello 1, come Bitcoin ed Ethereum, forniscono una base per Soluzioni di livello 2 e altri ecosistemi. E si scopre che questi livelli aggiuntivi potrebbero essere fondamentali per affrontare i problemi di scalabilità.
Le soluzioni di Livello 2 operano al di sopra di un protocollo blockchain sottostante per migliorarne la scalabilità e l'efficienza. Ad esempio, il Lightning Network è un secondo livello per Bitcoin che utilizza canali di micropagamento per scalare la capacità della blockchain di gestire le transazioni in modo più efficiente (ed economicamente vantaggioso), migliorando le transazioni notoriamente lente di Bitcoin.
Ciò detto, l'ascesa delle soluzioni di Livello 2 non significa che non siano stati compiuti sforzi per migliorare le reti di Livello 1. Ad esempio, Ethereum 2.0 è stato adottato un meccanismo di consenso proof-of-stake (PoS) più efficiente, mentre la migrazione da EVM a eWASM ridurrà drasticamente i tempi di transazione compilando il codice anziché interpretandolo in tempo reale.
Anche le soluzioni di Layer 2 presentano dei compromessi. Se da un lato possono migliorare la scalabilità, dall'altro molte soluzioni sacrificano la decentralizzazione o la sicurezza. La buona notizia è che queste soluzioni sono in costante miglioramento. I nuovi approcci tendono a migliorare la scalabilità più di quanto danneggino gli altri componenti del trilemma blockchain.
Approcci di scalabilità di livello 2
Le soluzioni di Livello 2 utilizzano diverse strategie per migliorare la scalabilità della blockchain di Livello 1 sottostante. In generale, queste strategie rientrano in tre categorie.
Blockchain annidate
Le blockchain annidate hanno una relazione genitore-figlio con una blockchain di Livello 1. La blockchain genitore delega il lavoro alle blockchain figlie, che lo elaborano e lo restituiscono alla blockchain genitore una volta completato. A sua volta, la blockchain genitore interviene solitamente solo in caso di controversie relative a transazioni con il risultato della blockchain figlia.
La rete OMG è una delle blockchain annidate più popolari. Raggruppando le transazioni di Ethereum, comprimendole in un'unica transazione e convalidandole su una catena secondaria ottimizzata, la rete è in grado di elaborare migliaia di transazioni al secondo, riducendo di un terzo i costi di transazione di Ethereum e risolvendone i problemi di scalabilità.
Canali di stato
I canali di stato aprono una comunicazione bidirezionale tra una blockchain e un canale di transazione off-chain. Nel canale off-chain, i partecipanti possono eseguire un numero illimitato di transazioni private, visibili solo a loro. Una volta completate, lo stato finale della transazione viene registrato nella blockchain di Layer 1 sottostante.
Il Lightning Network è un esempio popolare di canale di stato costruito sulla blockchain di Bitcoin. Quando si desidera effettuare una transazione o una serie di transazioni, è possibile sfruttare la rete per effettuare pagamenti illimitati che avvengono istantaneamente e a una frazione del costo. Quando si decide di chiudere il canale, tutte le transazioni vengono consolidate e aggiunte a Bitcoin.
catene laterali
Le sidechain sono catene transazionali adiacenti alla blockchain, utilizzate per transazioni batch di grandi dimensioni. Mentre la blockchain principale si occupa della sicurezza generale e della risoluzione delle controversie, le sidechain dispongono di un meccanismo di consenso indipendente, ottimizzato per velocità e scalabilità. Inoltre, un meccanismo di ancoraggio bidirezionale garantisce l'assenza di rischio di controparte nell'utilizzo di queste soluzioni.
Ad esempio, Liquid Network è una sidechain open-source costruita sulla blockchain di Bitcoin. Mentre Bitcoin ha un tempo di blocco di dieci minuti, il tempo di scoperta dei blocchi di Liquid è di un solo minuto, il che significa che è possibile aggiungere alla sidechain un numero di blocchi dieci volte superiore. Invece di utilizzare il mining proof-of-work, Liquid si affida a una rete veloce di funzionari per verificare le transazioni.
Roll-up
I rollup sono una soluzione di Layer 2 che esegue calcoli e archiviazione off-chain e invia la prova finale alla blockchain di Layer 1 sottostante solo quando necessario. I due tipi di rollup più diffusi sono gli zk-Rollup (zero knowledge) e gli optimistic rollup. Ognuno di essi presenta specifici compromessi in termini di velocità, sicurezza e complessità.
Ad esempio, Ethereum ottimista raggruppa più transazioni e invia solo un riepilogo alla blockchain principale, migliorando notevolmente la velocità di elaborazione e riducendo drasticamente i costi. L'aspetto "ottimistico" presuppone che tutte le transazioni siano valide a meno che non vengano contestate entro un determinato periodo di tempo, creando una finestra temporale per il rilevamento delle frodi.
Strategie di Livello 1
Oltre a queste strategie di Livello 2, alcune blockchain di Livello 1 stanno iniziando ad implementare autonomamente delle modifiche per diventare più efficienti. Ad esempio, alcune blockchain stanno passando da un meccanismo di consenso proof-of-work a un meccanismo proof-of-stake per migliorare la velocità delle transazioni riducendo il carico computazionale.
Lo sharding è un'altra strategia di Livello 1 per migliorare la velocità di elaborazione. Suddividendo le transazioni in piccoli insiemi e utilizzando un algoritmo di elaborazione orizzontale per elaborarle in parallelo, le blockchain di Livello 1 possono smaltire i propri arretrati in modo più efficiente, senza dover inviare le transazioni a soluzioni dedicate di Livello 2.
Sfide e rischi
Le soluzioni di Livello 2 contribuiscono a migliorare la scalabilità del throughput, ma potrebbero anche aumentare il rischio o compromettere altre aree del trilemma blockchain. Prima di utilizzare una soluzione di Livello 2, è fondamentale comprenderne il funzionamento e i potenziali rischi connessi.
Alcune sfide e rischi da tenere presenti includono:
- Sicurezza La sicurezza delle soluzioni di Livello 2 dipende dalla blockchain principale, il che le rende vulnerabili a qualsiasi problema che possa interessare quest'ultima. Inoltre, le soluzioni di Livello 2 che utilizzano smart contract potrebbero presentare potenziali rischi per la sicurezza.
- ComplessitàLe soluzioni di Livello 2 aggiungono un ulteriore livello di complessità alle blockchain di Livello 1, il che potrebbe aumentare la superficie di vulnerabilità ai bug, allungare i tempi di sviluppo, incrementare i costi di manutenzione e avere un impatto negativo sull'esperienza utente.
- LatenzaLe soluzioni di Livello 2 dovrebbero ridurre la latenza delle transazioni, ma la necessità di riconciliare le transazioni con una blockchain di Livello 1 potrebbe aumentare la latenza di andata e ritorno.
Conclusione
Le blockchain promettono di rivoluzionare il settore finanziario, ma molte di esse presentano intrinseci limiti di scalabilità. Fortunatamente, le soluzioni di Layer 2 possono contribuire a superare queste difficoltà senza compromettere l'integrità e la reputazione della blockchain di Layer 1 sottostante. E, naturalmente, alcune blockchain di Layer 1 continuano a implementare i propri miglioramenti.
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