Le 10 soluzioni di scaling più importanti per le reti blockchain

Gli sviluppatori di Dapp continuano a spingere i confini della tecnologia blockchain introducendo soluzioni di scaling innovative. Questi ingegnosi creatori sfruttano ogni metodo possibile al giorno d’oggi per garantire che le loro reti possano gestire la pressione e la congestione dell’economia digitale attuale. Mantenere la tua blockchain scalabile non è un compito facile quando si hanno miliardi di transazioni in corso.

Gli Approcci Vari

Metodi per garantire un adeguato scaling sono vari, dal modificare il codice sorgente all’impilare un protocollo sopra un altro.  Con questo in mente, ecco le 10 soluzioni di scaling per le reti blockchain.

Nuovi Meccanismi di Consenso

In cima alla lista troviamo l’introduzione di nuovi meccanismi di consenso. È raro vedere blockchain basate su proof-of-work come Bitcoin o Ethereum V1. Questi sistemi rimangono altamente sicuri ma spesso mancano delle prestazioni delle blockchain più avanzate di oggi. Queste soluzioni eliminano il PoW e i miner, sostituendo tali attività con protocolli di staking.

Le funzionalità di staking consentono agli utenti di bloccare i propri token nei wallet della rete per proteggerla. Questo processo è semplice e fornisce un reddito passivo agli utenti della rete senza la necessità di acquistare costosi rig di mining o apprendere nuove competenze tecniche come la programmazione. Le reti PoS sono più popolari che mai perché spesso offrono transazioni più efficienti e richiedono molta meno energia per funzionare.

Le reti PoS continuano a evolversi e oggi le reti DPoS (Delegated Proof of Stake) sono un’opzione popolare per i trader. Questi sistemi riducono i requisiti di staking consentendo agli utenti di delegare i propri token a chi effettua lo staking. Questo approccio migliora le prestazioni riducendo il numero di nodi necessari per finalizzare le transazioni. È comune, inoltre, che questi sistemi sfruttino nodi verificati per compensare la minore decentralizzazione.

Protocolli Layer 2

Le soluzioni Layer 2 sono tra i modi migliori per migliorare le prestazioni di una rete senza modificarla direttamente. La cosa principale da capire sui layer 2 è che sono reti separate progettate per potenziare le prestazioni di altre blockchain. Protocolli come Lightning Network su Bitcoin e FUEL su Ethereum hanno aiutato questi giganti a rimanere opzioni valide.
Le migliori soluzioni layer 2 sfruttano il layer 1 per la sicurezza, spostando temporaneamente computazione e transazioni off-chain. Questa struttura riduce la congestione della rete principale. Il tipo più comune di soluzioni layer 2 sono le sidechain e i canali di pagamento.

Le sidechain sono progettate per funzionare in parallelo a una soluzione layer 1. Di solito gestiscono compiti come l’esecuzione di smart contract lasciando la validazione ai nodi del layer 1. Le soluzioni di canali di pagamento layer 1, come Lightning Network, introducono gateway diretti che offrono transazioni illimitate a basso costo, con i dati pubblicati sulla rete principale dopo la chiusura del canale.
Lo svantaggio dei protocolli layer 2 è che molti riducono la decentralizzazione a causa della loro struttura. Ad esempio, Lightning Network riduce la decentralizzazione di Bitcoin utilizzando operatori di canale centralizzati. Gli operatori di canale possono permettere ai tuoi fondi di fluire attraverso di loro, il che rappresenta una maggiore centralizzazione rispetto al mainnet di Bitcoin.

Hard Fork

Quando una comunità di sviluppo non riesce a decidere come migliorare le prestazioni, può talvolta portare a un hard fork. Un hard fork è una modifica completa della programmazione della rete che richiede ai nodi di abbandonare la rete originale e scaricare nuovo software per iniziare a comunicare con una nuova rete. L’obbligo di smettere di minare la vecchia blockchain ha reso gli hard fork un processo controverso e spesso difficile per la comunità blockchain.

Una piattaforma può scegliere di effettuare un hard fork per molte ragioni, tra cui prestazioni, sicurezza o funzionalità. In particolare, uno dei fork più famosi è stato il fiasco di Bitcoin Cash. La comunità Bitcoin è entrata in conflitto per modificare la dimensione del blocco di 1 MB. Il dibattito è diventato così acceso che la comunità si è infine divisa: chi era a favore di una dimensione del blocco più grande ha creato Bitcoin Cash, mentre chi si opponeva è rimasto nel core di Bitcoin.
Questo tipo di hard fork è diventato meno frequente man mano che i progetti hanno introdotto una varietà di strategie per prevenire divisioni controverse. Una delle principali tecnologie utilizzate oggi per prevenirlo è il DAO (Organizzazioni Autonome Decentralizzate). Questi protocolli consentono alla comunità di proporre proposte e votare sui cambiamenti da implementare.

ZK roll-up

La tecnologia ZK consente agli utenti di verificare la proprietà di determinati asset o informazioni senza rivelare la propria identità o ulteriori dettagli sull’oggetto o l’account posseduto. Zero Knowledge, il nome del protocollo, fa riferimento ai controlli di privacy aggiunti. Il termine roll-up, invece, indica come questo protocollo combina i dati delle transazioni in un unico blocco.

Questa manovra riduce notevolmente la congestione del mainnet. Il principale vantaggio dei ZK-rollup è la scalabilità aggiunta senza sacrificare sicurezza o decentralizzazione. Le soluzioni di scaling dotate di ZK-roll-up forniscono una quantità minima di dati alla mainchain solo per garantire validità e autenticità.

Smart contract speciali sono incaricati di aggregare i dati. Le reti ZK roll-up originali inviavano dati molto compressi al mainnet. Questo tipo di roll-up mantiene i calcoli sulla rete layer 2, consentendo prestazioni più elevate senza sacrificare la sicurezza. Inoltre, questo approccio si è dimostrato un modo eccellente per aumentare il throughput utilizzando soluzioni layer 2.

Optimistic Roll-up

Un’altra forma popolare di tecnologia roll-up utilizzata oggi è l’optimistic roll-up. Questi sistemi funzionano come i loro predecessori, ma aggregano i dati assumendo che le informazioni siano corrette. Da lì, c’è un periodo in cui qualsiasi nodo può contestare i dati nel blocco.
Gli optimistic roll-up offrono alcuni vantaggi importanti grazie alla loro scalabilità più rapida e alle loro capacità. Possono gestire anche calcoli avanzati di smart contract. In confronto, i roll-up tradizionali sono limitati alle funzionalità di smart contract di base. Attualmente, Optimism e Arbitrum sono le due principali soluzioni di scaling che sfruttano questa tecnologia con grande efficacia.

Sharding

Lo sharding è un metodo popolare per migliorare la scalabilità nei database aziendali e ha recentemente trovato spazio nell’economia blockchain. Il termine sharding è stato creato da Google per descrivere la struttura e le funzionalità del loro prodotto Big Table. Lo sharding indica la suddivisione dei database in dimensioni più piccole e la memorizzazione delle informazioni in più posizioni.

L’analogia migliore per spiegare come funziona è immaginare uno specchio rotto in frammenti. Ogni frammento è memorizzato su un server separato, il che migliora la scalabilità consentendo a calcoli e dati di operare e scalare linearmente. Questa soluzione ha aiutato a risolvere il problema dei database in costante crescita e del tempo aggiuntivo necessario per gestirli.

Le reti shardate possono calcolare le applicazioni in parallelo, rendendole molto più veloci rispetto alle opzioni di calcolo singolo. Attualmente, più blockchain stanno utilizzando questa tecnologia. Lo svantaggio principale dello sharding è la dipendenza da risorse off-chain aggiuntive per mantenere la rete.

Segregated Witness (SegWit)

Il concetto di utilizzare Segwit per scalare Bitcoin è entrato sul mercato nel 2015. La soluzione di scaling è stata introdotta da Blockstream e ha ricevuto un forte supporto da Bitcoin Core. Segwit (Segregated Witness) funziona separando temporaneamente i dati della firma da quelli di validazione di ogni transazione, per poi aggiungerli alla fine della transazione.

In particolare, questa manovra consente alla blockchain di concentrare gli sforzi computazionali mentre i dati rimossi rimangono separati fino a quando non sono nuovamente necessari dopo i calcoli. La rimozione dei dati di firma o witness aiuta ad aumentare la quantità di dati transazionali che possono essere inseriti nei blocchi della blockchain.

L’aggiornamento Segwit è stato progettato per migliorare le reti Proof-of-Work come Bitcoin. L’aggiornamento ha anche consentito l’integrazione di Lightning Network, riducendo ulteriormente la congestione di Bitcoin. Oggi, Segwit è un protocollo fondamentale per i Bitcoiners a livello globale. Curiosamente, lo spazio aggiuntivo creato dall’aggiornamento ha portato a nuove funzionalità per Bitcoin sotto forma di token BRC-20.

Design Modulare

Il futuro della blockchain potrebbe essere modulare. Per capire perché le blockchain modulari sono così importanti, è necessario comprendere la differenza tra reti monolitiche e modulari. Una blockchain monolitica è la tua rete tradizionale che cerca di gestire tutti i compiti principali su una singola rete.
Questi compiti includono validazione, calcoli, disponibilità dei dati, esecuzione di smart contract e consenso. Questa struttura implica che i singoli nodi gestiscano solitamente più compiti, come la validazione e l’esecuzione di smart contract. L’obbligo per ogni nodo di validare ed eseguire penalizza le prestazioni delle reti monolitiche.

Scaling Modulare

Le blockchain modulari migliorano le prestazioni rimuovendo una di queste computazioni dalla rete principale. Nella maggior parte delle reti, sono le esecuzioni di smart contract o altri processi avanzati a richiedere notevoli risorse e tempo. Si può affermare che Ethereum è stata la prima a provare questa struttura, poiché dispone di un layer separato per le esecuzioni di smart contract chiamato Ethereum Virtual Machine (EVM).

È notevole che attualmente ci siano più blockchain modulari sul mercato rispetto alle opzioni monolitiche. Queste reti facili da creare e altamente utili stanno guadagnando popolarità grazie al loro processo di onboarding migliorato e alle prestazioni. Uno dei principali vantaggi che le blockchain modulari sfruttano è l’uso di standard e di toolset prontamente disponibili.

Nel 2020, la rete SKALE ha introdotto un design modulare alla struttura blockchain. Il nuovo formato ha consentito una maggiore interoperabilità e ha ridotto gli ostacoli all’onboarding degli sviluppatori Dapp. Gli sviluppatori hanno ottenuto la possibilità di distribuire le loro creazioni su più catene o anche su sotto-reti chiamate Skale chains e hub. Oggi, Skale è ancora la principale blockchain modulare in termini di volume di utenti.

Dimensione del blocco

Ci sono stati molti anni prima che le soluzioni layer 2 fossero disponibili. Durante questo periodo c’è stato molto dibattito su come una blockchain potesse migliorare le prestazioni. Una delle opzioni più popolari era aumentare la dimensione del blocco. La dimensione del blocco si riferisce alla quantità di dati contenuti in ciascun blocco della blockchain.

Ad esempio, Bitcoin ha una dimensione del blocco di 1 MB, che gli consente di gestire circa 7 transazioni al secondo. Se raddoppiata, la rete potrebbe sostenere 14 tps senza l’introduzione di aggiornamenti o soluzioni di secondo livello. Curiosamente, il dibattito sulla dimensione del blocco di Bitcoin è stato un problema in passato.

Il concetto di aumentare la dimensione del blocco ha portato a una crescita costante di queste caratteristiche. Anche Bitcoin Cash, che è nato da un hard fork di Bitcoin derivante da un dibattito sulla dimensione del blocco, ha visto la sua rete hard forkata per blocchi più grandi solo pochi mesi dopo la creazione. Inoltre, blocchi più grandi riducono il numero di persone che possiedono l’hardware necessario per partecipare alla rete. Sono queste ragioni che hanno spinto molti ad allontanarsi dall’aumento costante della dimensione dei blocchi.

Grafico Aciclico Diretto (DAG)

Un altro metodo per scalare le reti è l’uso della tecnologia DAG (grafico aciclico diretto). Il termine DAG si riferisce a un database in cui, invece di far comunicare le ultime transazioni con l’azione confermata finale, tutte le transazioni possono comunicare tra loro. Questo approccio significa che non ci sono cicli per la validazione. In questo modo, si può pensare a queste reti più come alberi che come catene.

Una ragione per cui le blockchain sfruttano questa tecnologia è ridurre il numero di blocchi che non arrivano alla catena. Questi blocchi sono chiamati orfani e possono ridurre le prestazioni a causa della congestione. È notevole che, aumentando la dimensione e i tempi dei blocchi, si creano involontariamente più orfani.

Il DAG crea un ambiente più favorevole che riduce la creazione di orfani consentendo al contempo una maggiore scalabilità. Poiché tutti i blocchi possono fare riferimento alle punte del grafo, i miner possono fare riferimento all’intera catena anziché dover progredire dal blocco più recente indietro. Questo approccio è in netto contrasto con la struttura originale proof-of-work, ma offre maggiori prestazioni.

Reti Hashgraph

Le reti Hashgraph non sono tecnicamente blockchain, ma offrono le stesse protezioni di rete decentralizzate. Simile alla tecnologia DAG, tutti i nodi della rete comunicano liberamente tra loro anziché in ordine cronologico. In una rete hashgraph, i nodi condividono i loro dati con altri nodi casuali per garantire che tutti i partecipanti abbiano accesso alle informazioni.
Il principale vantaggio di questo stile di registro distribuito è la capacità di creare transazioni ordinate usando timestamp verificabili senza fare affidamento su protocolli di terze parti. Inoltre, queste reti offrono maggiori controlli sulla privacy per gli utenti. Attualmente, Hedera è la principale rete hash operante nel settore blockchain.

Le blockchain hanno bisogno di scalabilità per sopravvivere

Gli sviluppatori di blockchain oggi comprendono l’importanza della scalabilità. Questi sviluppatori spingono costantemente i confini di questa tecnologia per offrire migliori prestazioni e funzionalità. Le soluzioni di scaling sopra elencate sono le più popolari, ma non le uniche opzioni. Puoi aspettarti di vedere emergere soluzioni ancora più ingegnose e creative man mano che la tecnologia blockchain diventa sempre più diffusa.