Cos’è il Nominated Proof of Stake e come funziona?

Cos’è il Nominated Proof of Stake?

Il Nominated Proof of Stake, spesso abbreviato in NPoS, è una variante del Proof of Stake in cui i possessori di token nominano candidati validator e il protocollo sceglie da lì un set di validator attivi. Questi validator attivi svolgono poi i compiti tecnici necessari per mettere in sicurezza la blockchain.

Nel Proof of Stake i partecipanti bloccano dei token come garanzia economica. Questa garanzia si chiama stake. NPoS aggiunge una divisione dei ruoli molto chiara: i validator gestiscono l’infrastruttura tecnica, mentre i nominator decidono quali candidati validator vogliono supportare con il loro stake.

Quindi un nominator non deve gestire un proprio nodo validator. Un nodo è un computer che si collega alla rete ed esegue le regole della blockchain. Il nominator vincola dei token e indica quali candidati validator sembrano affidabili. Il protocollo usa queste preferenze durante un’elezione.

NPoS è soprattutto noto per Polkadot e Kusama. Su Polkadot, NPoS non è l’intero meccanismo di consenso. Seleziona e protegge economicamente il set di validator. Poi i validator producono blocchi con BABE e con GRANDPA garantiscono la finalità. Per finalità si intende che un blocco è confermato in modo definitivo e non viene più sostituito da un’altra versione della blockchain.

In breve

• Il Nominated Proof of Stake è una variante del Proof of Stake per scegliere i validator.
• I nominator vincolano token e nominano candidati validator senza gestire un nodo validator.
• I validator svolgono i compiti tecnici di consenso e sicurezza della rete.
• Il protocollo decide quali candidati diventano attivi e come viene distribuito il backing.
• Su Polkadot, NPoS seleziona i validator, mentre BABE produce i blocchi e GRANDPA gestisce la finalità.

Come funziona il Nominated Proof of Stake?

NPoS funziona usando le preferenze dei nominator e i loro token vincolati per eleggere un gruppo limitato di validator attivi. Su Polkadot il processo, a grandi linee, è questo.

1. Un candidato si registra come validator

   Un candidato validator registra la propria intenzione di partecipare. Il candidato deve gestire un nodo ed essere in grado di svolgere in modo affidabile i compiti di un validator attivo.

2. I nominator scelgono i candidati

   Un nominator vincola dei token e compila una lista limitata di candidati validator. In questo modo il nominator indica quali candidati ritiene adatti.

3. Il protocollo fa un’elezione

   Il protocollo sceglie un numero limitato di validator attivi. Non conta solo quanto backing ha un candidato. L’elezione cerca anche di distribuire il backing in modo più equilibrato sul set di validator scelti e di includere in modo proporzionale le preferenze dei nominator.

4. Lo stake viene assegnato

   Una nomina non è un ordine fisso in cui tutti i token finiscono automaticamente su un singolo candidato scelto. Il risultato dell’elezione stabilisce a quali validator attivi lo stake di un nominator viene assegnato in quel periodo. Quindi una parte dei candidati scelti da un nominator può diventare attiva, mentre altri candidati non vengono selezionati.

5. Il set attivo svolge i ruoli di rete

   Su Polkadot il set di validator attivi viene rinnovato a ogni era. Un’era dura circa 24 ore. Per questo la composizione dei validator attivi può cambiare da un’era all’altra.

L’elezione usa metodi della teoria delle elezioni legati a Phragmén. L’obiettivo non è semplicemente scegliere i candidati con più backing “grezzo”. Il protocollo prova a usare il più possibile lo stake, a dare abbastanza backing ai validator scelti e a ridurre grandi differenze tra questi backing.

Il calcolo di questa distribuzione estesa avviene fuori dalla blockchain e poi viene inviato alla blockchain per essere controllato. Così la blockchain non deve eseguire da sola tutti i passaggi di calcolo pesanti a ogni cambio di era.

Esempio: mettiamo che un nominator nomini tre candidati validator. Se due di questi candidati vengono scelti, il protocollo può assegnare i token vincolati di questo nominator a quei due validator attivi. Il nominator non deve decidere manualmente questa distribuzione.

Che ruolo hanno nominator e validator?

I nominator scelgono candidati validator con il loro stake, mentre i validator svolgono i compiti tecnici necessari perché la blockchain funzioni. Entrambi i ruoli sono importanti, ma le responsabilità sono chiaramente diverse.

Un validator gestisce un nodo e partecipa al consenso. Il consenso è il processo con cui i partecipanti a una blockchain decidono insieme quali blocchi e transazioni sono validi. Su Polkadot, tra le altre cose, i validator producono blocchi, validano i blocchi delle parachain e partecipano alla finalità.

Un nominator normalmente non gestisce un nodo validator. Invece vincola dei token e seleziona candidati ritenuti affidabili. Questa scelta influisce sulla probabilità che i candidati ricevano abbastanza backing per diventare attivi.

Nominare non è una forma completamente passiva di staking. Un nominator deve continuare a valutare i candidati validator. I punti importanti includono:

• le prestazioni del validator;
• la percentuale di commissione;
• lo stake proprio del validator;
• eventuali slash precedenti;
• la probabilità che il validator diventi attivo;
• possibili legami tecnici o economici tra validator.

Uno slash è una sanzione in cui un protocollo può togliere una parte dello stake dopo una violazione che rientra nei casi previsti. I validator affrontano rischi operativi, per esempio downtime, una configurazione errata o la doppia firma. Il validator gestisce l’infrastruttura del nodo e le chiavi. Il nominator corre soprattutto rischi di selezione e allocazione: una scelta sbagliata o una nomina non attiva può significare che non si riceve alcuna ricompensa.

Un nominator riceve ricompense di staking solo quando lo stake è effettivamente assegnato a un validator attivo che paga ricompense. Quindi non basta vincolare token o indicare candidati.

Come vengono distribuite le ricompense nel Nominated Proof of Stake?

Su Polkadot le ricompense vengono prima determinate per ogni validator attivo e poi distribuite tra il validator e i nominator attivi dietro quel validator. La ricompensa non dipende solo dalla quantità di backing di un validator.

In linea di massima, i validator attivi ricevono una ricompensa lorda simile all’interno del set di validator. L’importo preciso può variare per era a causa degli era points. Gli era points sono punti che i validator guadagnano per i compiti svolti, come produrre blocchi della relay chain e rilasciare dichiarazioni di validità per i blocchi delle parachain.

Poi la distribuzione avviene in due passaggi:

1. La commissione va prima al validator

   Il validator imposta una percentuale di commissione. Questa percentuale viene sottratta per prima dalla ricompensa lorda. Quindi una commissione più alta lascia meno ricompensa agli altri partecipanti dietro quel validator.

2. Il resto viene distribuito in proporzione

   Quello che resta dopo la commissione viene diviso pro rata. Vuol dire che ogni partecipante riceve una quota che corrisponde alla sua parte di stake dietro quel validator. Anche il validator partecipa in base al proprio stake attivo.

Il validator non ha custody sulle ricompense dei nominator. Custody significa controllo sulla crypto di qualcuno. La blockchain crea (mint) e distribuisce le ricompense direttamente ai beneficiari quando viene eseguito un payout.

Le tip delle transazioni sono separate da queste ricompense di staking. Su Polkadot, queste tip vanno interamente al validator che le riceve.

Esempio: un validator attivo riceve una ricompensa lorda. Prima viene messa da parte la commissione impostata per il validator. La parte restante viene divisa tra il validator e i nominator attivi, in base alla quota di stake di ciascuno dietro quel validator.

Quali sono i vantaggi del Nominated Proof of Stake?

NPoS permette ai possessori di token di contribuire alla sicurezza economica di una blockchain senza dover gestire un nodo validator. Questo abbassa la barriera tecnica per lo staking.

I principali vantaggi sono:

• Partecipazione più accessibile: i nominator possono vincolare token e selezionare candidati senza dover gestire hardware, connessione e chiavi di un nodo validator.
• Diversificazione delle preferenze: un nominator può nominare più candidati. Così non dipende totalmente da un solo candidato che magari non diventa attivo.
• Backing più equilibrato: i metodi di elezione sono progettati per distribuire meglio il backing sul set di validator scelti. Questo può evitare che tutto il backing finisca automaticamente su un piccolo gruppo di validator popolari.
• Rappresentanza proporzionale: l’elezione cerca di includere in modo proporzionale le preferenze dei nominator quando si scelgono più validator.
• Interessi economici condivisi: validator e nominator hanno interesse a far funzionare correttamente il set di validator scelti. Buone prestazioni possono portare ricompense, mentre comportamenti scorretti che rientrano nei casi previsti possono avere conseguenze.

Su Polkadot, inoltre, la struttura delle ricompense fa sì che un validator non riceva automaticamente una ricompensa lorda più alta solo perché ha molto più backing. Questo design rende meno interessante concentrare tutto lo stake su pochi validator.

Questi vantaggi sono obiettivi di design, non una garanzia. Anche una rete NPoS può avere nella pratica rischi di concentrazione, per esempio quando diversi validator sono gestiti dalla stessa parte o dallo stesso fornitore di servizi di infrastruttura.

Quali rischi e limitazioni ha il Nominated Proof of Stake?

NPoS abbassa la barriera tecnica per lo staking, ma non elimina i rischi. I nominator restano responsabili delle loro scelte e del rispetto delle regole della rete.

Un primo rischio è che un nominator non riceva ricompense. Può succedere quando nessuno dei candidati scelti diventa attivo, oppure quando lo stake del nominator non viene assegnato a un validator attivo. Su Polkadot i nominator vengono prioritizzati per l’input dell’elezione in base allo stake vincolato. Il minimum active bond è dinamico. Quindi i token possono essere vincolati senza che un nominator più piccolo sia attivo o riceva ricompense.

Inoltre il sistema è tecnicamente complesso. L’elezione deve gestire un grande insieme di nominator e candidati validator. Per questo non tutti i nominator vengono necessariamente inclusi nell’input dell’elezione. Il calcolo avviene fuori dalla blockchain e poi deve poter essere verificato secondo le regole della blockchain.

Anche il rischio legato ai validator resta importante. Un validator può andare offline, essere configurato male o violare le regole di consenso. Esempi di cattiva condotta grave sono l’equivocation, in cui un validator firma messaggi contraddittori, e voti non validi. Il protocollo può allora disattivare un validator o applicare uno slash.

In più, commissioni e prestazioni possono cambiare. Una commissione bassa non è una garanzia di funzionamento affidabile, e nemmeno un’identità nota del validator garantisce un buon risultato. Perciò i nominator devono rivalutare regolarmente le proprie scelte.

Più nomine non offrono neanche una protezione completa dai rischi collegati. Mettiamo che diversi validator scelti siano gestiti tecnicamente dallo stesso operatore. In caso di guasto, potrebbero andare offline tutti insieme. Lo stesso vale quando più validator sono collegati economicamente o a livello organizzativo alla stessa parte.

Infine, NPoS non protegge da tutti i rischi legati alle crypto. Il prezzo di mercato del token in staking può scendere. Anche la perdita di accesso alle private key, problemi con una crypto wallet e vulnerabilità negli smart contract al di fuori del protocollo di staking non rientrano nella protezione di NPoS.

Qual è la differenza tra Nominated Proof of Stake e Proof of Stake?

La differenza principale è come vengono selezionati i validator. In un modello classico di Proof of Stake come Ethereum, i validator bloccano da soli crypto come stake e vengono selezionati dal pool attivo di validator per svolgere i compiti. Nel Nominated Proof of Stake, invece, i nominators aiutano a decidere quali candidati validator diventano attivi mettendo stake dietro i candidati che preferiscono.

Su Ethereum quindi non esiste un gruppo separato di nominators che prima sceglie un gruppo attivo di validator. I validator bloccano ETH e poi vengono selezionati secondo le regole del protocollo. In ogni slot, per esempio, viene scelto un validator per proporre un blocco, mentre altri validator nei comitati controllano i blocchi e votano su di essi.

Con NPoS, come su Polkadot, funziona in modo diverso. I candidati validator si rendono disponibili, mentre i nominators bloccano DOT e indicano quali candidati vogliono sostenere. Poi la rete usa un sistema elettorale per comporre un gruppo attivo di validator e distribuire lo stake nel modo più equilibrato possibile tra questi validator.

Il Nominated Proof of Stake è quindi una variante specifica del Proof of Stake. Proof of Stake è il termine generico per i modelli di consenso in cui i partecipanti bloccano valore economico come stake e vengono incentivati, tramite ricompense e possibili sanzioni, a rispettare le regole della rete.

Quindi non esiste una sola versione standard di Proof of Stake. Le reti possono usare regole diverse, per esempio per la selezione dei validator, lo stake richiesto, la distribuzione delle ricompense e il modo in cui i blocchi diventano definitivi.

La somiglianza è che sia Ethereum sia Polkadot usano staking e incentivi economici per proteggere la rete. La differenza principale è che Polkadot con NPoS usa un livello separato di nominators e un’elezione per decidere quali validator diventano attivi, mentre Ethereum seleziona i validator direttamente dal suo pool di validator.

Qual è la differenza tra Nominated Proof of Stake e Delegated Proof of Stake?

NPoS e Delegated Proof of Stake, o DPoS, danno entrambi ai possessori di token influenza su quali validator o block producer diventano attivi. La differenza principale è come vengono scelti questi partecipanti e cosa succede poi allo stake dietro di loro.

Nel NPoS, come su Polkadot, i nominators scelgono più candidati validator che vogliono sostenere. Poi la rete usa un sistema elettorale per comporre un gruppo attivo di validator. Non si guarda solo a quanto sostegno riceve ogni candidato, ma il sistema cerca anche di distribuire lo stake nel modo più equilibrato possibile tra i validator scelti.

Nel DPoS, invece, l’attenzione è di solito più sul voto diretto per un gruppo limitato di rappresentanti che producono blocchi per conto dei possessori di token. Un esempio noto è TRON. Gli utenti che fanno staking di TRX ottengono diritto di voto e possono usarlo per votare i candidati al ruolo di Super Representative. I 27 candidati con più voti diventano attivi e poi producono blocchi per la rete.

La differenza sta quindi soprattutto nell’elezione. Nel DPoS come su TRON, la classifica dei voti decide quali candidati diventano attivi. Nel NPoS Polkadot usa un sistema elettorale più ampio che cerca anche di distribuire lo stake nel modo più equilibrato possibile tra i validator scelti.

In breve: in entrambi i sistemi i possessori di token usano il loro stake per influenzare chi protegge la rete, ma NPoS guarda in modo più esplicito alla distribuzione dello stake sul gruppo finale di validator.

Conclusione

Nominated Proof of Stake è una variante del Proof of Stake in cui i nominators scelgono i candidati validator e fanno contare i loro token in bonding come backing. Dentro Polkadot, NPoS decide così quali validator diventano attivi e come lo stake viene distribuito tra questo gruppo di validator.

Il sistema non cerca semplicemente di scegliere i candidati con più stake, ma anche di distribuire il backing nel modo più equilibrato possibile tra i validator attivi. In questo modo i possessori di token possono contribuire alla sicurezza della rete senza dover gestire personalmente un validator node.

Nominare però non è del tutto passivo e non è nemmeno senza rischi. Non ricevi automaticamente ricompense e la distribuzione finale del tuo stake dipende dall’esito dell’elezione. Inoltre, in certe condizioni, lo slashing può avere conseguenze finanziarie.

In breve, NPoS combina lo staking con un sistema elettorale in cui i nominators aiutano a decidere quali validator diventano attivi e quanto backing economico ricevono.