Proof of Work (PoW): Cos’è e Come Funziona

Proof of Work

Nelle criptovalute, la Proof of Work è uno dei principali sistemi con cui si regolano le dinamiche legate alla produzione di nuove monete.

In questo articolo vediamo che cos’è la Proof of Work, quale ruolo svolge e perché è un tassello fondamentale nella struttura del protocollo Bitcoin.

Cos’è la Proof of Work (PoW)

Nelle criptovalute, la Proof of Work (letteralmente Prova di Lavoro) è il metodo per validare transazioni e produrre nuovi blocchidella blockchain, con la conseguente creazione di nuova moneta.

La Proof of Work si inserisce nelle dinamiche del mining ed è essenziale nel mantenere la decentralizzazione di una infrastruttura monetaria peer-2-peer come Bitcoin.

Com’è nata la Proof of Work

La Proof of Work è una tecnologia che risale al 1992. Successivamente, nel 1997, Adam Back riprese il concetto per realizzare HashCash, un sistema per eliminare lo spam via e-mail.

Il Dr. Adam Back, da buon cypherpunk, interagiva con persone pseudonime. Quindi, aveva bisogno di un sistema per evitare il problema dello spam senza dover richiedere identificazioni ufficiali.

Il sistema HashCash costringeva gli spammer a compiere delle attività prima di poter inviare una mail, rendendo lo spam economicamente inconveniente.

Un meccanismo simile ai Captcha per evitare i robot.

Fu proprio nel paper di HashCash che Adam Back spiegava l’applicazione della Proof of Work, la quale sarebbe poi stata ripresa da Satoshi Nakamoto per l’invenzione di Bitcoin.

Nello storico whitepaper di Bitcoin, infatti, viene citato proprio il paper di HashCash.

Vediamo adesso come funziona la proof of work ed i suoi pro e contro.

Come funziona la Proof of Work (PoW)

La Proof of Work è un algoritmo di consenso utilizzato nelle criptovalute per regolare la creazione di blocchi e quindi l’aggiornamento dello stato contabile di una blockchain decentralizzata con la conseguente emissione di nuova moneta.

Con la PoW si disincentivano gli attori disonesti dal proporre blocchi non validi nel tentativo di ottenere nuova moneta.

Infatti, la Proof-of-Work permette a chiunque di verificare che un certo lavoro (lavoro informatico, cioè calcolo computazionale) sia stato svolto.

Nel protocollo Bitcoin, la prima implementazione storica della PoW ad una criptovaluta, l’algoritmo di consenso si inserisce nel contesto del mining, e cioè il processo con il quale si creano nuovi bitcoin.

Tutto parte dalle informazioni che si vogliono inserire in un blocco (ad esempio nuove transazioni in BTC) e tutti questi dati vengono convertiti in una stringa alfa-numerica chiamata hash.

La funzione matematica SHA-256 è quella prevalentemente utilizzata per generare hash nel protocollo Bitcoin.

Gli hash hanno la particolarità di essere facilmente verificabile se si dispone del dato d’origine, ma impossibile da calcolare se invece non lo si possiede.

Esempio:

Applicando l’hash SHA-256 alla parola “proofofworkbitcoin” il risultato è “8f54b0d132721175f2afec018eda68af17b0d275555f42eca92125c1138df8bd”.

Nel caso della Proof of Work in Bitcoin, quindi, ciò che i miner dovranno fare per generare nuovi BTC è trovare un hash compatibile con un parametro numerico noto come difficoltà.

Tale parametro varia a seconda di quanto hashpower è disponibile nel network di Bitcoin in uno specifico momento.

I miner compieranno diversi tentativi per trovare l’hash corretto. Infatti, per trovarsi con hash diversi ad ogni tentativo, il miner aggiungerà alle informazioni del blocco un numero casuale, chiamato nonce.

Se l’hash trovato dai miner rientra nella difficoltà stabilita in quel periodo, i miner possono trasmettere il blocco al network e riceve nuovi bitcoin.

La ricompensa del mining viene dimezzata ogni 210000 blocchi per via dell’halving, un’altro meccanismo fondamentale nel regolare l’emissione di bitcoin.

Bitcoin potrebbe cambiare meccanismo di consenso?

Il cambio di algoritmo di consenso della rete Bitcoin è tecnicamente possibile ma assolutamente improbabile.

Chiunque può effettuare un fork del codice di Bitcoin e sostituire la Proof of Work con la Proof of Stake o un altro algoritmo di consenso.

Ovviamente il successo di un simile fork dipenderà da quanti nodi lo seguiranno implementando le nuove regole del meccanismo di consenso.

A giudicare da hard fork passati (Bitcoin Cash ad esempio), questi tentativi sono sempre un colossale flop perchè non interessano a molti.

Inoltre, in una rete decentralizzata la sola Proof of Work non basta a garantire una forma di denaro difficile da creare.

Le proprietà di Bitcoin come strumento monetario dipendono da altre tecnologie ed incentivi che, nel loro insieme, danno luogo ad una infrastruttura monetaria sicura, affidabile e decentralizzata.

Ad esempio, quando Satoshi Nakamoto ha dovuto decidere come impostare l’emissione di Bitcoin, prese la PoW ma aggiunse anche un algoritmo di aggiustamento automatico della difficoltà. Il difficulty adjustment.

In questo modo, più potenza di calcolo viene utilizzata per generare nuovi bitcoin, più la difficoltà del puzzle matematico aumenta. Di conseguenza, l’emissione di bitcoin segue il ritmo stabilito fin dal principio.

Vantaggi e svantaggi della Proof of Work

Il primo vantaggio della Proof of Work è collegare l’emissione di moneta ad una forma di lavoro.

In altre parole, qualcuno ha investito tempo ed energia per generare del valore. È proprio questa caratteristica che rende la PoW così potente.

Inoltre, maggiore è la potenza di calcolo sulla rete, maggiore è la sicurezza della blockchain. La sicurezza è fondamentale per creare un’infrastruttura monetaria affidabile.

La PoW è anche un ottimo sistema di difesa contro gli attacchi DoS (Denial of Service).

Infine il meccanismo della PoW garantisce una maggiore decentralizzazione rispetto agli altri algoritmi di consenso: rispetto alla Proof-of-Stake, chi possiede grosse quantità di moneta non ha maggiore controllo sulla rete.

Lo svantaggio della Proof of Work può essere considerato il consumo di elettricità.

Tuttavia analizzando i dati, è possibile osservare come il consumo di corrente elettrica derivante dalla PoW sia minore rispetto a molte altre attività compiute dall’uomo.

Questo indice dell’Università di Cambridge stima il consumo di energia della rete Bitcoin e lo confronta con il mining dell’oro e al consumo di tutti i paesi del mondo.

Inoltre, bisogna considerare quale valore produce quell’energia, e cioé un’infrastruttura monetaria resistente all’inflazione, decentralizzata, non discriminante, e così via.

Ciò che è realmente malevolo e pericoloso, in realtà, è assegnare un valore etico a come l’energia viene utilizzata, stabilendo ciò per cui è giusto o sbagliato utilizzare energia.

Proof of Work vs Proof of Stake

Negli ultimi anni la Proof of Stake si è proposta come alternativa alla Proof of Work, soprattutto grazie a Ethereum e al suo passaggio da PoW a PoS.

La PoS venne anche proposta come idea per il protocollo Bitcoin, ma successivamente scartata poiché tendente alla centralizzazione.

A differenza della PoW, nella PoS i validatori mettono in gioco (stake) una determinata quantità di monete per aggiudicarsi la possibilità di validare un blocco.

Più monete in staking si mettono, maggiore è la probabilità di validare e accumularne di nuove, incrementando il proprio stake.

Col passare del tempo si può osservare come la PoS tenda alla centralizzazione.

In questo paper viene analizzato come il consenso attraverso la Proof of Stake sia irraggiungibile e non rappresenti una valida alternativa alla Proof of Work.

Altre criptovalute che utilizzano la Proof of Work

Oltre a Bitcoin esistono altre criptovalute che utilizzano la PoW come algoritmo di consenso. Eccone alcune:

  • Monero
  • Dogecoin
  • Litecoin
  • Bitcoin Cash

Conclusioni

In conclusione, la Proof of Work è il miglior algoritmo di consenso per decentralizzazione e sicurezza.

Nel protocollo Bitcoin, grazie alla PoW si garantisce che la creazione di nuova moneta sia il risultato di uno sforzo (o lavoro) in termini di energia, tempo e denaro.

Maggiore è la potenza di calcolo utilizzata dai miner, maggiore è la sicurezza della rete. Tuttavia, il ritmo di emissione sarà invariato.

In una infrastruttura monetaria, questi sono aspetti fondamentali perchè la moneta deve essere uno strumento affidabile e sicuro.

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