Il percorso di Ethereum verso la finalità a slot singolo

Il mondo della tecnologia blockchain è cresciuto rapidamente e Ethereum è diventata una delle piattaforme più popolari. Ethereum permette alle persone di fare transazioni e costruire applicazioni senza bisogno di un intermediario. Questo è possibile grazie a un sistema che permette a più parti di raggiungere un accordo o un consenso su quale dovrebbe essere lo stato della blockchain. Tuttavia, una delle sfide principali in questo processo è quanto velocemente una transazione può essere confermata o finalizzata. È qui che entra in gioco la Finalità a slot singolo.

#Cos'è la Finalità?

Nel contesto delle blockchain, la "finalità" si riferisce al punto in cui una transazione è considerata permanente e non può essere cambiata o annullata. In Ethereum, il metodo attuale per garantire la finalità richiede un notevole tempo, spesso circa 15 minuti. Questo ritardo può frustrere gli utenti e creare opportunità per comportamenti malevoli, come invalidare transazioni prima che vengano confermate.

#La Necessità di una Finalità Veloce

Avere una finalità più veloce è essenziale per migliorare l'esperienza dell'utente, prevenire manipolazioni delle transazioni e aumentare la sicurezza. Il sistema attuale richiede ai validatori-quelli che aiutano a confermare le transazioni-di aspettare più conferme prima che un blocco sia considerato finalizzato. Questo periodo di attesa consente la possibilità di cambiamenti a breve termine nella catena, che possono aprire la porta a frodi o censura delle transazioni.

#Panoramica del Sistema Attuale

Ethereum attualmente si basa su un protocollo di consenso specifico noto come Gasper. Gasper integra due componenti importanti:

1. LMD-GHOST (Latest Message Driven Greediest Heaviest Observed SubTree): Questo è responsabile di decidere quali blocchi devono far parte della catena canonica sulla base dei voti dei validatori.
2. Casper FFG (Friendly Finality Gadget): Questo funziona sopra LMD-GHOST e fornisce la finalità giustificando e finalizzando i blocchi.

Questo protocollo duale aiuta a proteggere la rete ma ha limitazioni che influenzano la velocità e la sicurezza delle transazioni.

#Sfide con gli Approcci Attuali

Nonostante l'efficacia di Gasper, ci sono chiari svantaggi:

• Tempi di Conferma Lunghi: Ci vogliono 64-95 blocchi, circa 15 minuti, affinché una transazione sia finalizzata. Questo è troppo lungo per molte applicazioni, specialmente quelle che necessitano risposte rapide.
• Rischio di Censura: I validatori possono sfruttare il loro potere durante il periodo di attesa per manipolare le transazioni non includendole o cambiando il loro ordine.
• Esistono Alternative Migliori: Altri sistemi blockchain offrono finalità rapida, a volte istantanea, rendendo Ethereum meno attraente per gli utenti che valutano la velocità.

#Finalità a Slot Singolo (SSF)

La finalità a slot singolo è un miglioramento proposto che mira a consentire che le transazioni vengano confermate nello stesso slot in cui sono state proposte. Questo significherebbe conferme più rapide, meno rischio di manipolazione delle transazioni e maggiore sicurezza. Raggiungere la SSF richiederebbe cambiamenti significativi nel meccanismo di consenso esistente.

#La Struttura dello Studio

Questa esplorazione inizia delineando i principi di base necessari per comprendere il consenso distribuito e i meccanismi che portano alla finalità a slot singolo. Poi esaminerà i metodi e gli strumenti esistenti che potrebbero aiutare Ethereum a raggiungere questo obiettivo.

#Conoscenze di Base

#Macchine di Stato e il Loro Ruolo

Alla base della tecnologia blockchain c'è il concetto di macchine di stato. Una macchina di stato è un modello che descrive come un sistema cambia stato in base a input, producendo output in modo prevedibile. Questo concetto è cruciale per comprendere come le transazioni su una blockchain dovrebbero essere elaborate in modo coerente.

#Tolleranza ai Guasti Bizantini (BFT)

La tolleranza ai guasti bizantini è essenziale in qualsiasi sistema in cui i nodi devono concordare su uno stato nonostante alcuni nodi si comportino in modo scorretto o falliscano. La BFT affronta queste problematiche e assicura che anche quando alcuni nodi agiscono malevolmente, l'intero sistema possa comunque raggiungere un consenso.

#L'Importanza della Sincronia

Una rete può essere sincrona, parzialmente sincrona o asincrona. In una rete sincrona, i messaggi vengono consegnati entro un intervallo di tempo noto, mentre una rete asincrona non ha tali garanzie. La maggior parte dei protocolli di consenso funziona assumendo di poter gestire diversi scenari di consegna dei messaggi, il che è importante per mantenere sia la sicurezza che la vivacità.

#Consenso Nakamoto: Il Modello Originale

Bitcoin è stata la prima applicazione blockchain e ha introdotto un modello di consenso conosciuto come Consenso Nakamoto. Questo modello consente ai nodi di entrare ed uscire dalla rete dinamicamente, rendendola più resiliente alle condizioni del mondo reale, come nodi offline.

#Esaminare le Alternative per SSF

Diverse proposte mirano a migliorare l'attuale sistema di Ethereum, consentendo una finalità più rapida pur mantenendo la sicurezza:

1. Modificare la Regola di Scelta del Fork: I metodi attuali come LMD-GHOST possono essere sostituiti con nuovi meccanismi che consentono conferme più veloci.
2. Integrare Nuove Tecniche Criptografiche: Tecnologie come le firme quantistiche potrebbero fornire garanzie più forti per la SSF ma affrontano sfide significative di implementazione.
3. Utilizzare EigenLayer: Questo framework consente ai validatori di guadagnare ricompense mentre ri-staking ETH senza cambiare il protocollo centrale. Offre una potenziale via per raggiungere la SSF consentendo ai validatori di attestare i blocchi più rapidamente.

#Diverse Famiglie di Consenso

#Famiglia Proponi-Vota-Fondi

Questa famiglia include protocolli che seguono una struttura semplice: un'entità propone un blocco, altre votano su di esso e i risultati vengono fusi. I protocolli in questa categoria, come Goldfish e RLMD-GHOST, mirano a fornire la SSF garantendo che i voti siano allineati e elaborati in modo efficiente.

#Protocolli Ispirati a PBFT

Questi protocolli si basano sull'idea della tolleranza ai guasti bizantini pratica. Si concentrano sul raggiungimento di una finalità immediata richiedendo un insieme fisso di validatori. Tendermint e HotStuff sono esempi che hanno mostrato successo altrove, ma le loro strutture rigide pongono sfide per la natura dinamica di Ethereum.

#Famiglia Broadcast a Ordine Totale/Accordo Graduato

Questo gruppo si concentra sul raggiungere un consenso sull'ordine delle transazioni, anche quando i nodi agiscono in modo malevolo. I protocolli come il Momose-Ren e D’Amato-Zanolini hanno introdotto approcci innovativi per garantire che le decisioni possano essere prese in modo efficiente, consentendo una maggiore flessibilità nella partecipazione dei nodi.

#Valutare le Soluzioni Potenziali

#RLMD-GHOST come Candidato

RLMD-GHOST mostra promesse come sostituto di LMD-GHOST con il suo uso innovativo di scadenza dei voti e disponibilità dinamica. Questo protocollo può aiutare Ethereum a raggiungere una finalità più rapida rimanendo consapevole dell'asincronia.

#Meccanismo di D'Amato-Zanolini

Il protocollo di D'Amato-Zanolini introduce un sistema di broadcast a ordine totale che consente un solo voto per turno. Questa efficienza nel voto può portare a conferme più veloci e migliori prestazioni complessive nel framework attuale di Ethereum.

#Avanzare con la SSF

#Conferme Veloci

Ridurre il tempo necessario affinché i blocchi raggiungano la conferma è fondamentale per raggiungere la SSF. Implementando regole di conferma veloci, i blocchi possono essere confermati non appena ricevono supporto sufficiente, aiutando ad accelerare l'intero processo.

#Approccio di Finalità Cumulativa

La finalità cumulativa riconosce che la finalità può costruirsi nel tempo piuttosto che essere uno stato binario. Un blocco può essere confermato da diversi validatori su più turni, il che ne rafforza la permanenza all'interno della blockchain.

#Conclusione

Questa esplorazione ha delineato il panorama dei meccanismi di consenso attuali di Ethereum, la sfida di raggiungere una finalità più veloce e i potenziali percorsi verso la finalità a slot singolo. Esaminando le alternative esistenti, è chiaro che Ethereum ha opportunità significative per migliorare le sue prestazioni e sicurezza mantenendo i principi fondamentali di decentralizzazione che la rendono una piattaforma attraente.

La ricerca e lo sviluppo continuati in quest'area sono cruciali, poiché lo spazio blockchain evolverà rapidamente e la competizione aumenta. Mentre Ethereum lavora per affinare i suoi meccanismi di consenso, la visione per la finalità a slot singolo rimane una possibilità entusiasmante che potrebbe migliorare notevolmente l'esperienza dell'utente e l'affidabilità della rete.

#Direzioni per il Lavoro Futuro

Per avanzare verso l'obiettivo della finalità a slot singolo, possono essere intraprese diverse iniziative:

1. Testare i Protocolli: L'implementazione e il test nel mondo reale dei meccanismi proposti possono aiutare a identificare punti di forza e debolezza prima di apportare modifiche significative.
2. Modellazione Economica: Comprendere gli incentivi finanziari per i validatori e come si allineano con gli obiettivi della rete può aiutare a ottimizzare il funzionamento dei nuovi meccanismi di consenso.
3. Formalizzare Accordi: Stabilire protocolli e regole chiari su come si comporteranno i validatori nel nuovo sistema aiuterà a creare un ambiente più stabile per tutti gli utenti.

Affrontando queste vie, Ethereum può avvicinarsi a raggiungere un modello di consenso efficace che promette transazioni più veloci, più sicure e un'esperienza generale migliore per i suoi utenti.