Ethereum: con il Proof of Stake consumerà davvero il 99,95% in meno? Sì, secondo i calcoli di uno sviluppatore

In un momento in cui l'aspetto energetico, o per meglio dire "energivoro", delle criptovalute sembra dominare la scena ecco che sul blog ufficiale di Ethereum compare un post di Carl Beekhuizen, sviluppatore della Ethereum Foundation, che spiega come il passaggio dal sistema di consenso Proof of Work verso quello basato sul Proof of Stake permetterà di avere una blockchain significativamente meno onerosa rispetto a quanto avviene ora. L'intervento ovviamente è di parte, ma crediamo sia interessante poiché offre alcuni dati su cui poter ragionare.

Prima, però, una breve digressione per rinfrescare i concetti di Proof of Work e Proof of Stake:

• Proof of Work (PoW): si tratta di una forma di prova crittografica dove una parte (il prover) dimostra ad altri (i verifier) che una certa quantità di sforzo computazionale (work) è stato compiuto ad un certo scopo. In una blockchain altamente partecipata, come quella di Bitcoin, Ethereum e le altre criptovalute più note, il PoW è la base per il meccanismo di consenso dove i partecipanti alla rete (i miner) competono per aggiungere blocchi alla catena, con ciascun miner che ha una probabilità di successo proporzionale allo sforzo computazionale impiegato. Il principale pericolo alla sicurezza della rete è rappresentato dai cosiddetti attacchi al 51%: se un'entità potesse controllare il 51% della potenza computazionale della rete, allora potrebbe di fatto prendere il controllo della blockchain.
  
• Proof of Stake (PoS): nasce espressamente come meccanismo di consenso, basato sul concetto che un partecipante alla rete dimostra il suo interesse a giocare secondo le regole mettendo una posta in gioco (at stake). Nei sistemi PoS i partecipanti non competono per l'aggiunta di un blocco, ma vengono scelti in maniera pseudo-casuale dalle regole del protocollo. La posta in gioco ha l'effetto di dissuadere il partecipante a compiere validazioni fraudolente poiché andrebbe a perdere una parte consistente della posta in gioco e verrebbe escluso dalla partecipazione alla rete. In altri termini, il partecipante che prova a forzare il sistema rischierebbe di perdere molto di più di quel che può guadagnare. Il principale pericolo alla sicurezza della rete è in questo caso rappresentato dal fenomeno "nothing at stake", ovvero in cui la posta in gioco è così minima da rendere conveniente il rischio di perderla in un tentativo di validazione fraudolenta.

La transizione al meccanismo di consenso Proof-of-Stake per la blockchain di Ethereum avverrà nel corso dei prossimi mesi, ma è da diverso tempo che è in funzione la "Beacon chain" cioè la catena "parallela" di Ethereum che servirà per traghettare l'intera blockchain verso il PoS. Qualche mese di attività ha permesso di raccogliere dati concreti per elaborare alcune proiezioni.

Beekhuizen registra, per quanto riguarda la Beacon chain di Ethereum, 140592 validatori da 16405 indirizzi univoci. Lo sviluppatore osserva che questo numero può essere distorto da exchange e servizi di staking, e quindi opera una stima secondo la quale i validatori effettivi possano essere 87897. In particolare riparametrando questo dato sul numero degli indirizzi, Beekhuizen afferma che lo "staker" domestico esegue mediamente 5,4 validatori.

Lo sviluppatore osserva che con la sua configurazione ottimizzata, la potenza necessaria per il funzionamento di un nodo beacon, 5,4 validator client e un full-node eth1 sia pari a circa 15W. Beekhuizen però osserva che è improbabile che una configurazione domestica possa essere così ottimizzata, quindi stima in maniera molto cautelativa che la potenza possa essere di circa 100W "tutto compreso" da cui ricava un consumo complessivo di 1,62 megawatt per tutti gli oltre 87 mila validatori (Beekhuizen scrive 1,64 megawatt, ma moltiplicando 100W per 87897 / 5,4 si ottiene 1,62).

La stima del consumo dei servizi di staking è invece un po' più difficile da condurre (si tratta di realtà che eseguono decine di migliaia di client di convalida, con misure di ridondanza e backup), ma Beekhuizen semplifica e approssima per eccesso ipotizzando che anch'essi usino 100W per 5,5 validatori, ricavando quindi un consumo totale prossimo al megawatt e un consumo complessivo di staker domestici e servizi di staking insieme nell'ordine dei 2,62 megawatt. Lo sviluppatore sottolinea che si tratta di una sovrastima esagerata, poiché sulla base dei dati che ha raccolto dai team che gestiscono infrastrutture di staking il consumo effettivo è di circa 50 volte inferiore.

Attualmente si stima che con il PoW i miner di Ethereum consumino nel complesso 44,49 TWh all'anno, o 5,13 gigawatt su base continuativa. Sulla base delle stime che Beekhuizen ha condotto precedentemente, PoS risulterebbe circa 2000 volte più efficiente dal punto di vista energetico, con una riduzione del 99,95% del consumo di energia.

Attualmente il meccanismo di PoW su Ethereum consuma quanto un Paese di medie dimensioni, e si tratta di una necessità per poter mantenere sicura una blockchain basata su PoW. Come il nome stesso suggerisce, il consenso viene raggiunto sulla base della quantità di lavoro svolta su una catena. Per aumentare il "lavoro" esistono sostanzialmente due strade: aumentare l'efficienza dell'hardware impiegato per il mining e utilizzare più hardware. Per evitare che una catena possa essere attaccata i miner devono lavorare ad una velocità maggiore rispetto a quanto potrebbe fare un attaccante. Poiché è probabile che un potenziale attaccante possa dotarsi di hardware simile a quello dei miner, questi ultimi devono mantenere in esecuzione grandi quantità di hardware efficiente per evitare che gli attaccanti possano avere il sopravvento, e ovviamente tutto ciò ha una ricaduta in termini energetici.

Con il PoW, il prezzo e l'hashrate sono correlati positivamente: quando il prezzo cresce, cresce di pari passi anche il consumo della rete poiché aumenta l'interesse nel compiere azioni fraudolente. Con il PoS quando il prezzo di ETH cresce, la sicurezza della rete cresce di pari passo (dal momento che il valore degli ETH messi in stake è maggiore, quindi la "posta in gioco" è maggiore), ma il consumo energetico resta invariato. Il passaggio a PoS per Ethereum, quindi, non richiederà più potenze di calcolo ingenti e questo potrebbe aiutare a lenire i problemi di carenza di offerta sul mercato delle schede video.

Nei giorni scorsi ha destato parecchio scalpore il dietrofront di Tesla sui Bitcoin: la società ha deciso di non accettare più la criptovaluta per l'acquisto di automobili proprio citando l'elevato consumo energetico della rete, tornando sui suoi passi dopo l'annuncio dello scorso febbraio.