Prova del palo vs. Prova di lavoro: qual è “più equo”?

Questo è il primo di due articoli che forniscono un’immersione più profonda nell’eterno dibattito tra gli algoritmi di consenso proof-of-stake e proof-of-work. Questa parte si concentrerà sulle basi, discutendo anche la questione della concentrazione della ricchezza e della disuguaglianza, che è spesso al centro di qualsiasi argomento comunitario.

Bitcoin (BTC) e molte delle criptovalute originali sono nate come puri sistemi proof-of-work.

Proof-of-stake è stato lanciato per la prima volta nel 2013 da Peercoin, un progetto che esiste ancora oggi.

Il contributo di Peercoin alla popolarità di PoS è probabilmente sminuito da Ethereum (ETH) e dal suo obiettivo di passare da PoW, che si è rivelato un viaggio molto lungo. Progetti come Cardano (ADA) hanno evitato completamente il PoW, decidendo il PoS dopo aver utilizzato un approccio formale per valutare i meccanismi di consenso.

Le comunità Bitcoin e Monero (XMR) rimangono alcuni dei più convinti sostenitori del mining e del proof-of-work.

Cos’è un algoritmo di consenso?

In qualsiasi blockchain, l’algoritmo di consenso è progettato per risolvere il problema della fiducia tra i partecipanti di una rete. Utilizzato per i pagamenti, l’algoritmo di consenso è il pezzo finale del complesso puzzle crittografico che fa funzionare la criptovaluta.

Le caratteristiche di base di una transazione, come la proprietà e l’importo, sono facili da verificare con l’aiuto della crittografia a chiave pubblica, che funziona attraverso proprietà matematiche fondamentali.

Esistono algoritmi di consenso per mitigare l’attacco “doppia spesa”, in cui un attore malintenzionato è in grado di spendere la stessa moneta due volte (o un numero qualsiasi di volte). La soluzione di questo problema richiede una decisione deliberata su quale delle due spese è valida.

Non ci sono soluzioni matematiche pure a questo problema. Invece, gli algoritmi di consenso utilizzano una combinazione di crittografia e incentivi economici per mantenere una rete funzionale.

Il consenso di Bitcoin si basa su una regola semplice: la catena di blocchi più lunga è l’unica valida. Il sistema è stato successivamente denominato Consenso di Nakamoto, in onore del fondatore anonimo di Bitcoin.

Affinché il concetto funzioni, l’aggiunta di blocchi a ciascuna catena deve essere relativamente difficile. È qui che entrano in gioco il proof-of-work e il mining. Ogni blocco è protetto tramite tecniche crittografiche che richiedono ai minatori di impegnare la potenza di calcolo per aggiungere blocchi.

Poiché la potenza di calcolo è direttamente proporzionale all’utilizzo dell’elettricità, Bitcoin è protetto direttamente da una quantità fisica fondamentale: l’energia.

Sotto proof-of-stake, la rete si assicura tramite l’impegno di una quota – una certa quantità di capitale sotto forma di gettoni della rete stessa. La sua sicurezza deve derivare direttamente dal valore economico percepito della rete: quanto è costoso acquistare una quota di maggioranza.

Ma le reti PoW hanno anche una stretta correlazione tra valore economico e sicurezza. I minatori ricevono monete come ricompensa, il che significa che maggiore è il valore della moneta, più soldi guadagnano.

I nuovi minatori sono incentivati ​​ad aggiungere più hardware e spendere più energia per ricevere la loro parte dei premi, il che aumenta la sicurezza. Nel tempo, il profitto di ogni singolo miner tende verso un equilibrio economico dettato dai prezzi dell’elettricità.

Di conseguenza, la quantità di elettricità dedicata all’estrazione mineraria dipende dal tasso di emissione della moneta e dalla capitalizzazione di mercato, mentre è in gran parte disaccoppiata dalle prestazioni o dall’attività della rete. Molti sostenitori di PoS vedono questo come il problema più grande di PoW.

Il problema energetico

Cointelegraph ha parlato con Aggelos Kiayias, il capo scienziato di IOHK, una delle entità dietro Cardano, per saperne di più sulla loro decisione di utilizzare PoS. Lei disse:

“I costi e gli aspetti relativi al consumo di energia delle blockchain Proof of Work sono stati decisamente da tenere in considerazione. Sembrava naturale pensare: “è possibile ottenere un protocollo che ha un tipo di profilo simile con, ad esempio, la blockchain di Bitcoin, ma in qualche modo non ha lo stesso dispendio energetico?”

Il consumo di elettricità del mining di Bitcoin è significativo, con le ultime novità stima da luglio 2023 ponendolo ad un valore annualizzato di 70 terawattora. Questo è vicino al consumo totale di elettricità di un piccolo paese europeo come l’Austria – anche se in prospettiva, è anche solo lo 0,28% della cifra globale.

L’impatto ambientale è contestato, con un rapporto di luglio 2023 che stima che il 74% del mining di Bitcoin sia effettuato attraverso fonti rinnovabili. I fautori di PoW in Monero e Bitcoin spesso discutere che l’energia utilizzata nel settore minerario non lo è "sprecato," poiché è necessario garantire la resilienza e il decentramento dell’algoritmo di consenso.

Jake Yocom-Piatt, responsabile del progetto per Decred, è d’accordo con le preoccupazioni ambientali ma non crede che PoS sia necessariamente la risposta. Parlando con Cointelegraph, ha detto:

“PoW è davvero dannoso per l’ambiente. Tuttavia, va considerato che si tratta del primo e più semplice sistema di consenso proposto. Ci sono sicuramente modi per migliorare PoW in futuro “.

Sebbene il proof-of-stake implichi anche il consumo di energia per il processo di delega, è generalmente accettato che sia molto meno dispendioso in termini di energia rispetto a una soluzione proof-of-work equivalente. Tuttavia, molti sostengono che comprometta troppe cose per raggiungere questo obiettivo.

Affidarsi alla storia del PoS

Secondo Yocom-Piatt, il PoS puro è reversibile, il che significa che la sua storia può essere cambiata. Questo è simile a un argomento fatto in a Documento del 2015 di Andrew Poelstra, matematico della società di sviluppo di Bitcoin Blockstream.

Poelstra ha affermato che è impossibile per un utente fare affidamento sulle prove di partecipazione per affermare che un particolare blocco è valido, perché quella stessa posta dipende dalle puntate precedenti all’interno di quella blockchain, che alla fine non si basano su nulla. Scrisse:

“Poiché non esiste un tempo universale (e per i nuovi utenti, nessuna cronologia universale), non c’è modo di differenziare gli utenti che” ora “detengono la valuta dagli utenti che” erano “in possesso della valuta.”

La storia PoW, al contrario, può essere verificata matematicamente per essere corretta e può essere contraffatta solo ricreando la sua intera storia mineraria. Come notato da Poelstra, i sostenitori del PoS sosterranno che fintanto che la storia a breve termine può essere assicurata, i cambiamenti nei vecchi blocchi “contraddicono la storia come ricordata dai partecipanti al sistema”.

Questo, secondo lui, “cambia il modello di fiducia da quello di Bitcoin” a uno in cui il consenso si basa su colleghi sempre online. Pur credendo che questo potrebbe teoricamente funzionare, sostiene che un tale modello di fiducia è “vulnerabile alle pressioni legali, agli attacchi a entità” fidate “e agli attacchi di rete” – che è meno resistente alla censura e decentralizzato, in breve.

Proponenti PoS essere d’accordo che un certo aspetto del coordinamento e del consenso sociale extraprotocollo è necessario per mantenerne la sicurezza, ma sostengono che i sistemi PoW in ultima analisi si basano anche sul consenso sociale.

Non c’è un chiaro vincitore in questa linea di argomentazione. È un dibattito filosofico che dipende dall’opinione di ogni individuo sul fatto che fare affidamento attivo sul consenso sociale sia un compromesso accettabile per ridurre il consumo di elettricità. Forse è per questo motivo che da allora il dibattito si è spostato su altri argomenti controversi.

Acquisire la posta vs acquisire il lavoro

L’equità economica è un punto spesso dibattuto per entrambi i tipi di consenso. In linea con il principio di decentralizzazione, entrambe le parti cercano di ridurre al minimo problemi quali l’accesso ingiusto all’ecosistema o l’aumento della disparità di ricchezza.

La prova di partecipazione è spesso considerata un sistema in cui “i ricchi diventano più ricchi” grazie al modo in cui premia la proprietà del capitale. In un Reddit AMA, I rappresentanti della Fondazione Ethereum hanno affermato che è vero il contrario:

“In entrambe le basi, il possesso di un asset consente di cercare guadagni su quell’asset. La differenza tra i due è che in PoS, la mappatura del capitale rispetto ai guadagni è molto più diretta ed equa (cioè acquistare token, lock token, eseguire compiti, guadagno X). Dove in PoW, la mappatura del capitale per i guadagni dipende in larga misura da fattori extraprotocollo. “

Nella rete Cardano, Kiayias ha sottolineato che PoS non fa distinzione tra il “dollaro dei ricchi” e il “dollaro dei poveri”. Lui ha spiegato:

“I sistemi Proof of Work, se li guardi, non possono darti una versione perfettamente egualitaria [del consenso] […] Mentre in un sistema Proof of Stake, in linea di principio, potresti avere una situazione in cui un dollaro in tasca della persona povera sarebbe uguale in forza a un dollaro nelle tasche di una persona ricca “.

Anche il CEO di Equilibrium, un progetto che progetta una stablecoin algoritmica su EOS, concorda con l’argomento della Fondazione Ethereum:

“Sostengo totalmente questa valutazione. Lo staking di token altamente fungibili non crea barriere all’ingresso e non porta a nessun tipo di disparità fintanto che i token forniti sono accessibili sul mercato aperto “.

Condividono l’opinione che l’attività mineraria aumenti la disparità di ricchezza a causa dell’accumulo di fattori “extraprotocollo”. Sconti all’ingrosso, accesso anticipato o persino esclusivo a nuovo hardware: tutto ciò rende la prova di lavoro intrinsecamente ingiusta, secondo molti sostenitori del PoS.

Alejandro De La Torre, VP di Poolin, attualmente il più grande pool di mining di Bitcoin, crede l’esatto opposto: i vantaggi extra-protocollo rendono equo il proof of work. Parlando con Cointelegraph, ha detto:

“A mio parere, la possibilità di creare un nuovo chip, accelerare il sistema operativo di un impianto di mining, o letteralmente qualsiasi altra scoperta che ti dia un vantaggio nel mining PoW è essenzialmente il motivo per cui PoW è il protocollo ‘criptoeconomico’ più equo. […] PoS si basa solo sull’avere l’asset principale; e più hai più guadagni. Non c’è altro modo per migliorare la tua situazione nel mining PoS, a parte ovviamente l’acquisto di più asset in stake sottostante. “

L’uguaglianza di opportunità è ciò che conta

Cointelegraph ha anche parlato con Campbell R. Harvey, professore di economia internazionale presso la Duke University, per saperne di più sul concetto di disparità economica e su come si collega ai meccanismi di consenso. Riassumendo la sua posizione sul divario di disparità di ricchezza nell’economia blockchain, ha detto:

“Sì, una critica alla PoS è che i ricchi diventano più ricchi. In PoW, è più un’operazione commerciale con i miner che non hanno bisogno di detenere BTC, ETH, ecc. In PoS, devi tenere “.

Harvey sostiene che i due sistemi hanno natura economica diversa, concentrandosi sull’aspetto operativo del PoW, dove i miner possono avere profitti negativi, superare la concorrenza o fallire del tutto. Lui ha spiegato:

“Non credo che l’estrazione mineraria moderna sia un fattore importante per la distribuzione della ricchezza. In effetti, una grande quantità di attività mineraria diventa obsoleta non a causa dell’età ma a causa delle fluttuazioni dei prezzi di BTC “.

Alla domanda se gli sconti all’ingrosso contribuiscano alla disparità di ricchezza, ha risposto che si tratta di un normale fenomeno economico chiamato efficienza di scala. L’estrazione mineraria “non è diversa da qualsiasi altra industria” secondo lui.

Harvey ha poi spiegato che la disuguaglianza di ricchezza è generalmente prevista in qualsiasi sistema di libero mercato a causa della “dotazione naturale differenziale di abilità” e fortuna. Lui continuò:

“Di solito ci concentriamo sulla disuguaglianza di opportunità piuttosto che sulla ricchezza. In un mercato libero, chiunque abbia una buona idea dovrebbe essere in grado di arrivare all’1% più ricco “.

Dal punto di vista dell’opportunità, i sistemi proof-of-stake sono generalmente equi. Harvey ha indicato come esempio il modello della prova di partecipazione delegata, in cui “anche i piccoli possessori possono partecipare ai premi miner delegando parte della loro quota”.

Tuttavia, i pool di stake e i modelli di delega sono generalmente presenti in qualsiasi sistema PoS e potrebbero essere implementati anche tramite misure extraprotocollo, simili ai pool di mining PoW.

Ma De La Torre sostiene che l’uguaglianza di opportunità si applica anche all’industria mineraria ASIC. Lui ha spiegato:

“Storicamente, le macchine durano tre o quattro anni buoni prima di essere rese obsolete – rottura, difficoltà troppo alta, ecc. […] Come stiamo vedendo ora, con la fine della potente era [Bitmain] S9, l’intera ricomincia il ciclo dell’industria mineraria. Questo ciclo è la creazione di nuovi minatori, nuovi sistemi operativi [sistemi operativi], l’approvvigionamento di elettricità più economica in tutto il mondo. Questo ciclo porta anche nuovi partecipanti che vogliono trarre vantaggio dal mining di PoW “.

L’estrazione mineraria non è sempre la stessa

Kristy Leigh-Minehan, ex chief technology officer di Genesis Mining e uno dei creatori di ProgPow, ritiene che molte delle preoccupazioni di uguaglianza contro PoW siano specificamente legate al mining ASIC. Quando si utilizza hardware di consumo per estrarre, la loro ampia disponibilità diminuisce molte delle presunte pratiche di concorrenza sleale. Lei spiegò:

“CPU e GPU hanno catene di fornitura esistenti che vengono utilizzate per distribuire a centinaia di migliaia di persone, ogni giorno, in tutto il mondo. Quindi, quando crei un algoritmo Proof of Work che si avvale di quell’hardware, stai facendo il giro di quella catena di approvvigionamento e di quel canale di distribuzione, invece di creare e inventare il tuo “.

A suo avviso, garantire che “Alice e Bob abbiano la stessa capacità di guadagnare una moneta” è fondamentale nella progettazione di un algoritmo PoW appropriato. Ha ammesso che i minatori tenderanno sempre a specializzarsi e ottimizzare le loro operazioni, quindi la chiave è garantire che i minatori competano in modo equo “dal lato CapEx”.

La spesa in conto capitale, o CapEx, per gli ASIC può essere ridotta in modo significativo per i grandi giocatori a causa degli effetti di scala. D’altra parte, le GPU e altro hardware di consumo sono molto più economici e più facili da reperire per le persone medie, secondo Minehan.

Il contributo fondamentale di PoW

Minehan crede fermamente nel contributo all’attività di rete dei minatori GPU, soprattutto all’inizio. Ha sottolineato che “gli umani non vogliono spendere il loro fiat duramente guadagnato in denaro magico su Internet”. D’altra parte, ritiene che contribuire con la potenza del computer già posseduta sia una proposta molto più adatta.

In verità, il concetto di un’offerta iniziale di monete è, essenzialmente, spendere fiat in “denaro magico di Internet”. Ma questo non sarebbe potuto accadere da solo: è il risultato delle basi gettate da Bitcoin ed Ethereum.

Il primo ha legittimato l’intero concetto di “denaro magico di Internet”. Sono passati più di 17 mesi tra i Bitcoin blocco genesi nel gennaio 2009 e la famosa transazione sulla pizza Bitcoin il 22 maggio 2010, la prima a dare a BTC un valore fiat.

Ethereum si è basata su questo essendo una delle prime ICO nel 2013 e dimostrando che il concetto può funzionare.

Distribuire il Bitcoin iniziale sarebbe stato essenzialmente impossibile in un ambiente di staking. È solo dopo che la rete si sarà stabilizzata, sostiene Minehan, che potrà avvenire la transizione allo staking.

Yocom-Piatt ha anche evidenziato PoW come una “fonte di entropia di alta qualità” per garantire un’equa distribuzione dei gettoni. Peercoin si è anche affidato a PoW per la distribuzione iniziale.

I sistemi sono diversi, non necessariamente migliori o peggiori

In conclusione, i dibattiti sull’uguaglianza economica tra proof-of-stake e proof-of-work sono forse il modo sbagliato di considerarlo, come suggerito da Harvey. È difficile concludere che un sistema centralizzi la ricchezza più dell’altro.

Nella maggior parte dei sistemi PoW, i miner possono ottenere vantaggi ingiusti sugli altri, ma possono anche fallire e perdere l’intero investimento non per colpa loro, cosa che normalmente è impossibile nei sistemi PoS.

Yocom-Piatt, il cui progetto è un ibrido, ha riassunto che “il PoS puro è sostanzialmente diverso dal PoW puro”.

Sostiene che ibridarli consente a Decred di beneficiare del meglio di entrambi i mondi. Il lato PoW “funziona bene come mezzo per gamify timestamp” e quindi garantire l’immutabilità, ma PoS è ancora necessario per allineare gli incentivi per la governance.

Yocom-Piatt ritiene che gli interessi dei minatori non siano così fortemente allineati con la criptovaluta come per gli stakers, il che porta a “carenze nel contesto della governance”.

L’esperienza di Decred potrebbe suggerire che sia fuorviante discutere PoS in opposizione a PoW. La combinazione di entrambi sembra sostenere eventuali punti deboli percepiti che potrebbero avere individualmente, qualcosa che non è applicabile ad altri dibattiti sulla blockchain, come Ethash contro ProgPow.

Ma dal punto di vista della governance, la recente acquisizione del cambio di Steem ha evidenziato che coloro che controllano i token sono necessariamente i proprietari di quei token.

La seconda parte di questa serie includerà un esame approfondito di come funziona la governance in PoS e PoW.