La scalabilità della blockchain rimane una sfida fondamentale, che spinge a esplorare soluzioni innovative per la scalabilità della blockchain come Plasma e sharding.
Con la continua evoluzione delle reti decentralizzate, la necessità di elaborare le transazioni in modo più efficiente e di soddisfare le crescenti esigenze degli utenti è diventata sempre più pressante. Sia Plasma che lo sharding offrono approcci distintivi per affrontare questa sfida fondamentale, con l'obiettivo di ottimizzare il throughput delle transazioni e le prestazioni complessive della rete.
In questa guida, esploriamo le complessità di queste due strategie, scoprendone le caratteristiche uniche, i vantaggi e i potenziali svantaggi. Esaminando i principi fondamentali, i meccanismi e le implicazioni concrete di ciascun approccio, acquisiamo una comprensione completa di come queste tecnologie plasmino il panorama della scalabilità della blockchain. Unitevi a noi per svelare le complessità di queste soluzioni concorrenti e far luce sul loro contributo al futuro dei sistemi decentralizzati.
Cos'è il plasma?
Plasma, comunemente noto come Ethereum Plasma perché proposto per la prima volta dal co-fondatore di Ethereum Vitalik Buterin, è una soluzione di scalabilità volta a migliorare le prestazioni della rete Ethereum. La sua premessa fondamentale ruota attorno alla creazione di una rete di catene laterali che mantengano un'interazione minima con la blockchain di Ethereum, comunemente chiamata catena principale. La struttura fondamentale di Plasma adotta una disposizione gerarchica simile a un albero blockchain, in cui più "catene secondarie" sono sovrapposte alla catena principale.
Il framework Plasma consente la creazione di un'ampia gamma di catene laterali (chiamate anche catene secondarie), che agiscono essenzialmente come repliche condensate della blockchain di Ethereum attraverso l'utilizzo di contratti intelligenti e Merkle Tree.
Queste catene laterali sono progettate appositamente per eseguire smart contract personalizzati, soddisfacendo i diversi requisiti di diverse entità. Questa adattabilità consente la creazione di smart contract Plasma distinti, adattati a casi d'uso specifici, consentendo così alle aziende di sfruttare il potenziale del framework Plasma per soddisfare le proprie esigenze individuali.
Sfruttando la sicurezza offerta dalla catena principale, Plasma facilita l'implementazione di numerose catene secondarie. Queste catene operano in modo indipendente, aderendo a linee guida predeterminate e perseguendo obiettivi specifici che potrebbero non essere necessariamente in linea con quelli della catena principale. Questa strategia di progettazione mira ad alleviare i problemi di congestione all'interno della blockchain primaria di Ethereum.
Componenti di Ethereum Plasma
Per comprendere i meccanismi di Ethereum Plasma , è fondamentale esplorare i componenti fondamentali che sostengono questa rete:
1. Calcolo fuori catena
Il concetto di elaborazione off-chain crea un senso di fiducia tra i partecipanti alla rete Ethereum. Facilita la risoluzione di più transazioni al di fuori della blockchain primaria di Ethereum. Questo principio nasce dal concetto che non tutte le transazioni necessitano della convalida di tutti i nodi della catena principale.
Di conseguenza, questa convalida selettiva delle transazioni alleggerisce il carico di lavoro sulla catena primaria, alleviando la congestione e migliorando l'efficienza. Gli sviluppatori strutturano meticolosamente le blockchain Plasma, spesso impiegando un singolo operatore per velocizzare l'elaborazione delle transazioni, ottenendo transazioni più rapide ed economiche.
2. Impegni statali
Ethereum Plasma adotta la prassi di pubblicare periodicamente gli impegni di stato sulla mainnet di Ethereum. Questa sincronizzazione garantisce la reciproca conoscenza dello stato delle child chain e mantiene la compatibilità tra di esse.
Questa interazione è fondamentale per la capacità di Plasma di sfruttare la sicurezza della catena principale. Mentre le transazioni avvengono off-chain, i regolamenti finali avvengono all'interno del livello di esecuzione primario di Ethereum. Questa relazione di interconnessione previene incongruenze e protegge dalla proliferazione di transazioni non valide.
3. Entrate e uscite
L'interazione fluida tra le due blockchain è un prerequisito fondamentale quando si unisce la catena principale di Ethereum con Plasma.
Ciò richiede la creazione di un canale di comunicazione che faciliti il trasferimento degli asset, realizzando così la soluzione di scalabilità. Plasma esegue questa operazione tramite un contratto quadro su Ethereum, orchestrando le dinamiche di ingresso e uscita.
4. Arbitrato delle controversie
La risoluzione delle controversie è un aspetto fondamentale del design di scalabilità di Ethereum Plasma. Un meccanismo basato sul rispetto dell'integrità delle transazioni viene impiegato per contrastare la possibilità di azioni dannose da parte dei partecipanti.
Questa misura di sicurezza, nota come Fraud Proof, è concepita per identificare i partecipanti che adottano comportamenti sospetti. Le frodi sono affermazioni che contestano la validità di specifiche transizioni di stato.
Gli utenti li invocano quando rilevano potenziali doppie spese, ovvero quando si tenta di spendere un asset due volte prima del completamento della conferma. Vigilanza e segnalazione tempestiva sono fondamentali per l'efficacia di questo processo. Gli utenti che pubblicano tempestivamente le prove di frode bloccano le transazioni illecite, portando ad azioni punitive nei confronti dei colpevoli.
Come funziona Ethereum Plasma?
In sostanza, Plasma rappresenta una soluzione off-main-chain strategicamente progettata per migliorare significativamente l'efficienza operativa della rete Ethereum e di blockchain analoghe. Questa ottimizzazione si ottiene trasferendo una parte sostanziale delle attività di elaborazione dalla catena principale a una rete di catene più piccole e specializzate, ciascuna con funzioni distinte.
Sebbene le transazioni Plasma vengano eseguite off-chain, vengono regolate sul livello di esecuzione principale di Ethereum per garantire garanzie di sicurezza. Tuttavia, la finalizzazione delle transazioni off-chain richiede la pubblicazione periodica di "impegni di stato" da parte dell'operatore, responsabile della generazione dei blocchi della catena Plasma. Questi impegni, simili alle radici di Merkle derivate dagli alberi di Merkle, sono metodi crittografici per impegnare valori senza rivelarli. Impediscono l'alterazione dei valori impegnati e svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della sicurezza.
Le radici di Merkle sono costrutti crittografici che consentono di condensare grandi quantità di dati. Queste radici, chiamate anche "radici di blocco", possono rappresentare transazioni di interi blocchi, contribuendo a confermare l'inclusione di dati di piccole dimensioni in un dataset più ampio. Gli utenti possono convalidare l'inclusione dei dati utilizzando le dimostrazioni di Merkle, in particolare per dimostrare la presenza di transazioni in un blocco specifico.
Le radici di Merkle svolgono una funzione fondamentale nel trasmettere dati sullo stato off-chain a Ethereum. Analogamente, funzionano come "punti di salvataggio", in cui l'operatore indica lo stato della catena Plasma in un momento specifico e lo corrobora con una radice di Merkle come prova. Questo atto di impegno verso lo stato corrente della catena Plasma utilizzando una radice di Merkle è definito "impegno di stato".
Sebbene originariamente concettualizzato da Vitalik Buterin e Joseph Poon nell'agosto 2017 per affrontare le sfide di scalabilità di Ethereum, il concetto di Plasma mostra adattabilità all'integrazione in altre piattaforme blockchain. Joseph Poon, uno dei sostenitori della proposta Lightning Network per Bitcoin, ha avuto un ruolo determinante nel sottolineare le sinergie tra Plasma e Lightning Network come soluzioni di scalabilità per le rispettive blockchain. È importante notare che, sebbene queste soluzioni condividano obiettivi comuni, utilizzano metodologie e meccanismi distinti.
Il progetto Ethereum Plasma rimane un'iniziativa open source, con il suo repository di codice accessibile su GitHub. Per un approfondimento delle complessità tecniche, il whitepaper ufficiale di Plasma rappresenta una risorsa preziosa. Nonostante sia ancora in fase di sviluppo, il concetto di Plasma è estremamente promettente. Un'implementazione di successo ha il potenziale per inaugurare una nuova era di efficienza per la rete Ethereum, fungendo al contempo da modello fondamentale per altre reti blockchain alla ricerca di soluzioni di scalabilità.
Vantaggi dell'utilizzo di Plasma per la scalabilità della blockchain
- Le catene al plasma offrono un netto vantaggio rispetto ai canali, consentendo trasferimenti di asset o monete a qualsiasi destinatario, a differenza delle transazioni tramite canale limitate a parti bilaterali.
- Le plasma chain presentano un vantaggio fondamentale rispetto alle sidechain grazie al loro ancoraggio alla sicurezza della mainchain. Sebbene una violazione della sidechain lasci inalterata la mainchain, non può salvaguardare gli utenti sulla sidechain. Al contrario, le plasma chain sfruttano la sicurezza della mainchain, consentendo agli utenti di uscire dalla mainchain in caso di minacce. Questa dinamica garantisce alle plasma chain una sicurezza superiore rispetto alle sidechain .
Limitazioni dell'utilizzo di Plasma per la scalabilità della blockchain
- Un limite intrinseco del plasma è la lunga tempistica di prelievo per gli utenti che intendono spostare le proprie monete dal livello 2 al livello 1.
- Gli utenti sono soggetti a un periodo di attesa di 7-14 giorni per i prelievi, essenziale per verificare la legittimità della transazione di prelievo e prevenire attività fraudolente.
Cos'è lo Sharding?
Lo sharding è una tecnica che prevede la suddivisione di blockchain o database in sezioni più piccole e partizionate, chiamate shard, ciascuna delle quali gestisce specifici segmenti di dati. Questo riduce il carico di lavoro su una singola catena che elabora tutte le transazioni di rete. Gli shard funzionano come singole blockchain, in grado di gestire le proprie transazioni, mentre una catena principale o beacon chain supervisiona le interazioni tra gli shard. Questo aggiornamento di rete di Livello 1 migliora la scalabilità distribuendo il carico di lavoro. Ethereum è stata tra le prime blockchain ad adottare lo sharding, avviando la transizione verso una rete Proof of Stake scalabile, con una Beacon Chain che coordina più shard.
Un vantaggio significativo dello sharding è la semplificazione del funzionamento dei nodi. Poiché i dati sono suddivisi tra gli shard, i nodi di validazione non hanno più bisogno di memorizzare l'intera cronologia della blockchain, concentrandosi solo sulle conferme di integrità dei dati. Le reti shardate integrano i rollup, che migliorano la scalabilità convalidando le transazioni off-chain e consolidandole sulla catena principale. Lo sharding migliora l'efficienza dei rollup consentendo loro di segnalare gli stati più rapidamente.
Tuttavia, lo sharding introduce problemi di sicurezza. Un malintenzionato che prende il controllo di uno shard potrebbe potenzialmente compromettere altre parti della rete. Sono necessarie normative e misure di sicurezza adeguate per prevenire questo problema, poiché assumere il controllo di uno shard è relativamente più facile che dirottare un'intera rete non shardata.
Come funziona lo sharding?
Lo sharding svolge un ruolo fondamentale nel raggiungimento di una distribuzione efficiente dell'archiviazione dei dati, con conseguente maggiore economicità nei rollup e semplificazione delle operazioni sui nodi. Questo approccio consente alle soluzioni di livello 2 di sfruttare la sicurezza di Ethereum, mantenendo al contempo commissioni di transazione più basse.
La blockchain di Ethereum ospita attualmente oltre tremila applicazioni decentralizzate (dApp), il che sottolinea l'urgente necessità di soluzioni di scalabilità come lo sharding.
Lo sharding comporta la suddivisione della rete in unità o partizioni più piccole, ciascuna delle quali aumenta notevolmente le transazioni al secondo (TPS) della rete.
Tuttavia, sebbene lo sharding possa sembrare semplice, comporta diversi componenti e complessità cruciali:
1. Nodi
I nodi all'interno di una rete blockchain gestiscono l'elaborazione e la gestione di tutti i volumi di transazioni che si verificano al suo interno. Queste entità autonome hanno il compito di preservare e archiviare i dati decentralizzati generati dalla rete, inclusi i saldi dei conti e lo storico delle transazioni. I nodi gestiscono tutte le attività, i dati e le transazioni all'interno della rete, una decisione progettuale che è rimasta invariata fin dall'inizio.
Tuttavia, questa progettazione ostacola la velocità di elaborazione delle transazioni, pur mantenendo la sicurezza della blockchain memorizzando ogni transazione su ciascun nodo. Questa lentezza nell'elaborazione delle transazioni rappresenta un ostacolo a un futuro in cui le blockchain saranno destinate a gestire milioni di transazioni.
2. Partizionamento orizzontale
Lo sharding può essere ottenuto tramite il partizionamento orizzontale dei database, in cui le righe vengono divise in segmenti o frammenti in base alle loro caratteristiche.
Ad esempio, uno shard potrebbe concentrarsi sulla memorizzazione della cronologia delle transazioni e dello stato attuale di una specifica categoria di indirizzi. Gli shard potrebbero anche essere categorizzati in base al tipo di asset digitale che contengono, consentendo una gestione specializzata delle transazioni che coinvolgono tali asset.
Vantaggi dello sharding della blockchain
La capacità di elaborazione delle reti blockchain è limitata dalla necessità che tutti i nodi raggiungano un consenso sulla legittimità delle transazioni prima dell'elaborazione. Questo requisito preserva la natura decentralizzata di reti come Ethereum e Bitcoin, in cui ogni nodo conserva l'intera cronologia della blockchain ed elabora ogni transazione.
1. Sicurezza e compressione dei dati
Questa progettazione rafforza la sicurezza della rete contro acquisizioni ostili o alterazioni delle transazioni, sebbene ne ostacoli la scalabilità. Le blockchain frammentate introducono un'alternativa consentendo ai nodi di rinunciare al download della cronologia completa o alla convalida di ogni transazione. Ciò rafforza le prestazioni della rete, migliorandone la capacità di accogliere più utenti.
2. Scalabilità migliorata
Il vantaggio principale dello sharding è l'aumento della scalabilità che offre alle blockchain. Lo sharding consente l'integrazione di nodi aggiuntivi e set di dati più ampi senza rallentare significativamente la velocità delle transazioni. Ciò ha il potenziale per accelerare l'adozione della tecnologia blockchain in tutti i settori, in particolare in quello finanziario, dove transazioni più rapide possono favorire la concorrenza con i sistemi di pagamento centralizzati.
3. Accessibilità migliorata
Lo sharding offre due ulteriori vantaggi: una maggiore partecipazione alla rete e una migliore accessibilità per gli utenti. I miglioramenti previsti per lo sharding di Ethereum potrebbero ridurre i prerequisiti hardware per l'esecuzione di un client, consentendo la partecipazione da computer personali e dispositivi mobili. Questa democratizzazione dell'accesso può ampliare la partecipazione alla rete.
Considerazioni sulla sicurezza nello sharding
È importante notare che l'applicazione dello sharding alle reti blockchain è in fase di test preliminare. È principalmente associata ai seguenti rischi:
1. Rischio di collisioni tra frammenti
Un problema di sicurezza riguarda le collisioni tra shard, in cui uno shard ne prende il controllo o ne sovrascrive i dati. Questo rischio potrebbe portare alla perdita di dati o all'introduzione di dati corrotti da parte di shard dannosi. Ethereum 2 mitiga questo rischio assegnando casualmente i nodi agli shard e riassegnandoli a intervalli.
2. Rischio di corruzione degli shard
Considerare ogni frammento come una rete blockchain indipendente con i suoi utenti e dati rivela un potenziale rischio: la corruzione del frammento. Un aggressore che prende il controllo di un frammento potrebbe introdurre transazioni fraudolente. Ethereum affronta questo problema attraverso l'assegnazione e la riassegnazione casuale dei frammenti, ostacolando la capacità degli aggressori di prevedere e sfruttare le vulnerabilità.
Conclusione
Plasma, ideata da Vitalik Buterin e Joseph Poon, introduce catene laterali che interagiscono in modo minimo con la catena principale. Questa architettura consente la creazione di numerose catene secondarie con smart contract personalizzati, riducendo la congestione sulla catena primaria e mantenendo al contempo la sicurezza.
Al contrario, lo sharding si concentra sulla suddivisione della rete in segmenti più piccoli e gestibili, noti come shard. Ogni shard elabora transazioni specifiche, alleviando il carico su una singola catena e rafforzando la scalabilità.
Sebbene Plasma e lo sharding condividano l'obiettivo della scalabilità, possiedono meccanismi distintivi. Plasma enfatizza le catene laterali, diversificando i casi d'uso, mentre lo sharding si concentra sulla segmentazione della catena principale per una maggiore efficienza. Il loro continuo sviluppo è destinato a rimodellare il potenziale della blockchain, offrendo alternative per affrontare le sfide della scalabilità.
Aggiornato a settembre 2025 .