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Il Trilemma della Scalabilità: le soluzioni Layer 1 e Layer 2

24 settembre, 2021
6 min
Il Trilemma della Scalabilità: le soluzioni Layer 1 e Layer 2
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    La scalabilità, a braccetto con la decentralizzazione, è il principio di base della tecnologia blockchain. Nonostante sia lo slogan portato avanti da tutta la DeFi, sono proprietà complesse da raggiungere, senza sacrificare la sicurezza che una blockchain deve avere.

    Molto più di un dilemma amletico

    La sfida che sta affrontando la blockchain non è nuova. Già negli anni 80 i primi informatici formularono il teorema CAP, secondo cui i database decentralizzati potevano garantire solo 2 di 3 proprietà contemporaneamente: consistenza, disponibilità e tolleranza alla divisione (CAP).

    Figlio di questo teorema è l’odierno trilemma della blockchain, messo in luce da Vitalik Buterin, secondo cui deve essere sacrificata almeno una proprietà tra la sicurezza, la decentralizzazione oppure la scalabilità.

    trilemma blockchain

    Ad esempio: Bitcoin è sicuro e decentralizzato, ma non scalabile; Ripple è sicuro e scalabile, ma tendente alla centralizzazione.

    La DeFi non è disposta a rinunciare a nessuna delle tre proprietà, e sta lottando per accontentare tutti e tre i requisiti, ma quello più sfidante è la scalabilità. Per questo spesso è chiamato anche Trilemma della Scalabilità.

    Infatti la maggior parte dei protocolli non sono nati per un mercato così ampio come quello attuale, e stanno riscontrando grandi problemi di costi e di latenza.

    Che soluzioni si stanno cercando?

    Alcuni progetti del settore stanno lavorando sul protocollo di base, ampliandolo dove possibile, o creando blockchain del tutto nuove in cui il trilemma sia risolto. Queste sono dette soluzioni su Layer 1.

    Scalabilità sul Layer 1

    Lavorare sugli aspetti del trilemma a livello di Layer 1 significa andare ad agire sul protocollo di base, quindi sulle regole della blockchain e sulla sua struttura centrale.

    Ethereum, come Bitcoin, deve potenziare la scalabilità e per farlo sta applicando due tra gli espedienti più frequenti

    • cambio del meccanismo di consenso
    • sharding

    In base a come è programmato il meccanismo di consenso, dipendono sia il livello di decentralizzazione, sia la scalabilità che la sicurezza. Per questo esistono tanti meccanismi di consenso: ogni blockchain prova la sua variante per risolvere questo trilemma.

    I due principali meccanismi di consenso adottati sono il Proof-of-Work e il Proof-of-Stake, che sono basati su due logiche molto diverse. Il primo si basa sulla potenza computazionale e richiede tempi dilatati, oltre che spreco di risorse. 

    Il PoS invece si basa sul mettere in gioco dei token come garanzia di affidabilità dei validatori: questo crea un sistema di ricompensa che incentiva comportamenti positivi sulla rete, e non richiede un alto consumo energetico.

    Passare da una declinazione del PoS a un’altra è piuttosto semplice, anche se va a influire su tanti elementi di un ecosistema. 

    Non è nulla in confronto a passare da PoW a PoS come sta facendo Ethereum. Questo cambiamento influisce sulla tokenomics, significa passare dal mining allo staking, significa rivedere il modo stesso in cui sono validate le transazioni, ossia il mattoncino di base che costituisce ogni smart contract, ogni dapp. 

    Lo sharding invece coinvolge l’architettura della blockchain. Si tratta della frammentazione della blockchain di base in più network per distribuire il carico di dati su diversi gruppi di validatori. Questo complica la comunicazione interna alla blockchain e la rende più complessa, anche se più veloce.

    Scalabilità sul Layer 2

    Molto più diffuse, però, sono i progetti che si concentrano sul Layer 2, ossia sviluppando dei protocolli che si appoggiano a blockchain già esistenti per migliorarle. In questo modo si accelera lo sviluppo e la sperimentazione.

    Ad esempio, il Lightning Network è una soluzione Layer 2 di Bitcoin, che è una blockchain Layer 1.

    Ci sono 4 modelli di scalabilità che attualmente vengono applicati sul Layer 2:

    • State Channel (Canali di stato)
    • Nested Blockchain (blockchain annidate)
    • Rollup
    • Sidechain

    Gli State Channel sono canali di comunicazione bidirezionali tra i partecipanti di un network che permette loro di interagire off-chain. In questo modo possono scambiarsi dati e transazioni velocemente senza dover dipendere dal lavoro di miner e validatori. Questo è possibile grazie a uno smart contract o wallet multisig che regola l’interazione e permette di registrarne l’inizio e la fine su blockchain.

    state channel

    Questo è il modello su cui si basa proprio il Lightning Network e il Raiden Network di Ethereum, che permetterà di eseguire anche smart contract in questi canali off-chain.

    Le Nested Blockchain invece sono ancora pochissime e in via di sviluppo. OmiseGO, una dapp basata su Ethereum, sta lavorando a una nested blockchain chiamata Plasma. 

    Plasma prevede:

    • una blockchain di base che detta le regole del sistema, senza eseguire transazioni
    • una serie di livelli di blockchain, ognuno connesso a quello precedente in una struttura parent-child chain (catene padre-figlio). 

    Le parent-chain delegano l’esecuzione di operazioni alle child-chain, che ne riportano il risultato alle parent. In questo modo il carico di operazioni è spalmato su diverse blockchain e velocizza l’esecuzione.

    I Rollup di Ethereum usano un meccanismo simile, in quanto permettono di eseguire smart contract off-chain, riportandone gli esiti alla blockchain principale.

    Le Sidechain sono blockchain adiacenti a quella principale. La differenza con le nested blockchain è che sono meno integrate nella blockchain di base, infatti possono adottare:

    • meccanismo di consenso diverso da quello della mainchain (blockchain principale) per favorirne l’efficienza
    • un utility token specifico per facilitare i trasferimenti di dati tra la sidechain e la mainchain.

    Un esempio di sidechain è il Liquid Network, collegato alla blockchain di Bitcoin. 

    Polkadot ha una variazione tutta sua della sidechain, che chiama Parachain, e che sono tutte collegate alla mainchain, con cui condividono il sistema di sicurezza.

    Quindi il trilemma verrà risolto?

    La maggior parte dei progetti ci sta lavorando e solo il futuro ci potrà dire quale combinazione vincerà, e se questo decennale trilemma verrà sfatato.

    L’ostacolo maggiore al momento è la complessità che i modelli proposti comportano, ma la storia ci insegna che la tecnologia ha solo bisogno di tempo.

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