Cos’è il proof of activity e come funziona questo meccanismo di consenso?

Cos’è il proof of activity?

Proof of Activity è un meccanismo di consenso ibrido per crypto in cui proof of work e proof of stake insieme decidono se un nuovo blocco viene completato. In parole semplici: i miner avviano il processo con la potenza di calcolo, poi i coinholder selezionati aiutano ad approvare il blocco.

Il progetto originale è apparso nel 2014 ed è stato ideato da Iddo Bentov, Charles Lee, Alex Mizrahi e Meni Rosenfeld. L’idea è che non ci si affidi del tutto a un solo gruppo. Il mining produce prima un risultato difficile da falsificare. Quel risultato poi sceglie in modo casuale quali staker possono partecipare.

Un miner trova prima un blocco header. Si tratta di un piccolo pezzo di informazione che rimanda, tra le altre cose, al blocco precedente. Puoi vederlo come la prova iniziale di un nuovo blocco. Sulla base di quell’header, il sistema sceglie i possessori di coin che devono firmare il blocco.

Importante da sapere: Proof of Activity viene spesso abbreviato in PoA, ma la stessa sigla vale anche per Proof of Authority. Quest’ultimo è un meccanismo di consenso completamente diverso, in cui parti note in anticipo validano i blocchi.

In breve

• Proof of Activity combina proof of work e proof of stake.
• I miner avviano la produzione dei blocchi con la potenza di calcolo.
• Dopo di che vengono selezionati i coinholder per firmare il blocco.
• La selezione degli staker, nel progetto originale, dipende dall’header del blocco trovato.
• Proof of Activity è diverso da Proof of Authority, nonostante la stessa abbreviazione PoA.

Come funziona il proof of activity?

Nella proposta originale, Proof of Activity inizia con il mining. I miner cercano con proof of work un header di blocco valido e quasi vuoto. Per farlo devono calcolare tantissimi hash finché uno non soddisfa la difficoltà della rete.

Poi arriva la fase di staking. L’header trovato indica, con un metodo chiamato follow-the-satoshi, un certo numero di stakeholder pseudocasuali. Pseudocasuale qui significa: il risultato sembra casuale, ma segue regole fisse che tutti possono controllare.

La probabilità di essere scelti dipende dal numero di coin posseduti da quella persona. Chi ha più coin ha quindi più spesso la possibilità di essere selezionato. I primi stakeholder selezionati firmano l’header. L’ultimo partecipante selezionato raccoglie le transazioni, crea il blocco completo e lo invia alla rete.

Quel blocco completo, nella proposta originale, si chiama wrapped block. In pratica è l’header vuoto del miner, arricchito con le transazioni e con le firme necessarie degli staker.

Esempio: immagina che un miner trovi un header valido e che il protocollo scelga quattro stakeholder. Tre di loro firmano l’header. Il quarto aggiunge le transazioni, mette tutto in un blocco completo e lo firma anche lui. Solo allora il blocco può essere trasmesso.

I nodi controllano poi che tutto rispetti le regole. Per la scelta tra versioni diverse della blockchain, il progetto originale segue la chain con la maggiore difficoltà PoW totale, proprio come Bitcoin.

Gli stakeholder selezionati sono offline? Allora quell’header potrebbe non essere completato. Altri miner possono trovare nuovi header, facendo sì che il sistema selezioni altri stakeholder. Quante firme servono esattamente e come vengono distribuite le ricompense dipende dal protocollo.

Quale ruolo hanno mining e staking nel Proof of Activity?

Mining e staking hanno ciascuno un compito diverso nel Proof of Activity. Il mining gestisce la fase PoW: i miner usano la potenza di calcolo per trovare un header valido o un blocco candidato. Lo staking gestisce poi la fase PoS: i coinholder selezionati controllano e firmano il risultato.

Così il progetto usa due tipi di risorse economiche per la sicurezza:

• Hashrate: la potenza di calcolo totale che i miner mettono in gioco.
• Stake: i coin che determinano quanto è alta la probabilità di essere selezionati.

L’idea dietro è abbastanza logica. Chi controlla solo tanta attrezzatura per il mining non può, in questo modello, completare da solo ogni blocco. Serve anche la partecipazione degli staker selezionati. Allo stesso modo, gli staker non possono avviare un nuovo blocco senza la fase di mining.

Le regole precise però cambiano molto da una blockchain all’altra. Decred è un esempio noto di sistema ibrido PoW/PoS ispirato al Proof of Activity, ma tecnicamente non funziona esattamente come la proposta originale.

In Decred, i miner PoW creano i blocchi. Poi cinque ticket di staking scelti casualmente votano on-chain su quei blocchi. Servono almeno tre voti. Per un ticket di questo tipo, DCR viene bloccato temporaneamente. Se il ticket vota con successo, il proprietario riottiene il DCR messo in gioco più una ricompensa PoS. Se il ticket non è disponibile quando viene chiamato, perde il voto e anche la ricompensa.

Quindi fare staking non significa automaticamente che ogni holder validi sempre. Devi essere selezionato e, in alcuni modelli, anche essere online nel momento giusto.

Qual è la differenza tra proof of activity e proof of work?

La differenza principale è che il puro proof of work si basa solo sulla potenza di calcolo, mentre il Proof of Activity, dopo il mining, richiede anche staker selezionati per completare un blocco.

Nel puro PoW i miner competono tra loro per trovare un nuovo blocco. Il miner che ottiene un risultato valido può aggiungere il blocco. Nel progetto originale del Proof of Activity, il mining continua a fare quel primo lavoro, ma poi entra in gioco un ulteriore livello di controllo da parte dei coinholder.

Quindi il Proof of Activity non rende inutile il mining. I miner devono comunque usare hardware e calcolare hash. I costi energetici e hardware del PoW non spariscono.

L’obiettivo è però che un attaccante debba considerare non solo l’hashrate, ma anche lo stake dei partecipanti selezionati. Quanta protezione extra offra davvero dipende da come sono distribuiti hashrate e coin, da quanti staker sono online e dalle regole usate dal protocollo.

L’obiettivo del progetto originale era quello di poter aver bisogno di meno sicurezza PoW rispetto a un sistema completamente PoW. Così il consumo energetico potrebbe risultare più basso. Non è però un risultato automatico: un design ibrido resta dipendente dal mining e quindi può comunque usare molte risorse.

Qual è la differenza tra proof of activity e proof of stake?

Nel puro proof of stake, i validatori sono responsabili della produzione dei blocchi tramite lo stake, mentre il Proof of Activity ha prima bisogno di un miner per avviare il processo.

In un sistema PoS, i validator bloccano coin come garanzia e vengono selezionati secondo le regole della rete per creare o controllare i blocchi. Per ogni blocco non serve una fase di mining PoW.

Nel Proof of Activity, invece, il processo avviene in due passaggi. Prima un miner trova un header valido con la potenza di calcolo. Poi quell’header determina quali stakeholder firmano e completano il blocco. Il Proof of Activity combina quindi i costi del mining con la partecipazione basata sullo stake.

Tra l’altro, il proof of stake non è una formula fissa. Ethereum, per esempio, usa Gasper. Lì i validator bloccano ETH, votano sui blocchi e possono perdere una parte del loro stake in caso di certe azioni malevole. Questo si chiama slashing.

Anche Decred non è una blockchain PoS pura. Lì i miner creano i blocchi e i ticket selezionati votano su di essi. È proprio questa combinazione che fa sì che Decred sia meglio considerato un design ibrido PoW/PoS.

Quali sono i vantaggi del proof of activity?

Un vantaggio del Proof of Activity è che il controllo sulla produzione dei blocchi può essere distribuito tra miner e stakeholder. La rete quindi non dipende solo da chi ha molta potenza di calcolo e nemmeno solo dai grandi staker.

Nel progetto originale, chi vuole creare una chain alternativa non deve solo saper minare. Deve anche avere abbastanza influenza sullo stake selezionato, oppure convincere i partecipanti selezionati a collaborare. Sotto le ipotesi del progetto, questo può rendere un attacco più costoso e più difficile.

La fase di stake può anche dare incentivi ai coinholder a mantenere online i nodi. I miner di solito hanno costi per hardware ed energia. Gli staker, secondo il modello originale, hanno costi operativi più bassi, quindi il rapporto tra sicurezza e ricompense potrebbe risultare più favorevole.

Un sistema ibrido può inoltre collegare funzioni extra allo staking. Decred lo mostra bene: i ticket selezionati non solo validano i blocchi creati dai miner, ma possono anche votare su modifiche predefinite delle regole di consenso.

In Decred, i voti dei ticket possono anche influenzare la ricompensa dei miner. Se la maggioranza dei ticket selezionati rifiuta il blocco precedente, il miner può perdere la ricompensa di quel blocco. Così gli staker, dentro quel protocollo, hanno un modo per frenare comportamenti di mining problematici, come il mining di blocchi vuoti.

Queste però sono caratteristiche di un design o di un protocollo specifico. La semplice etichetta Proof of Activity non dice automaticamente quanta energia usa una blockchain o quanto sia difficile un attacco.

Quali sono i limiti e i rischi del proof of activity?

Il Proof of Activity non elimina del tutto gli svantaggi del mining. Siccome la fase PoW resta, ci sono ancora costi energetici, costi hardware e una spinta verso miner più grandi che possono permettersi più risorse.

Anche la concentrazione dello stake resta un problema. Nel progetto originale follow-the-satoshi, i partecipanti con più coin hanno più spesso la possibilità di essere scelti come firmatari. Questo può far sì che ricevano più spesso ricompense e ottengano più influenza.

La disponibilità è un secondo rischio pratico. Se uno staker selezionato è offline, non può firmare. Nel progetto originale, in quel caso un header a volte non può essere completato. In Decred, un ticket offline quando viene chiamato comporta un voto perso senza ricompensa. Se una blockchain rallenta per questo, dipende dal numero di voti richiesti e dalle regole di fallback.

Le regole sono anche più complesse rispetto a un solo meccanismo di consenso. Hai mining, selezione dello stake, firme, ricompense e regole per versioni diverse della blockchain. Questo richiede codice accurato, audit e accordi chiari all’interno del protocollo.

In Decred, gli utenti possono delegare i ticket a Voting Service Providers, o VSP. Un servizio del genere, in teoria, potrebbe votare in modo diverso dalle preferenze del proprietario del ticket. La cosa sarebbe visibile e gli utenti potrebbero passare a un altro servizio, ma resta comunque un rischio legato a delega e centralizzazione.

In breve: un modello ibrido può aggiungere ulteriori ostacoli per gli attaccanti, ma si porta dietro anche i rischi sia del mining sia dello staking.

Dove viene applicato il proof of activity?

Decred è una blockchain funzionante con un modello ibrido PoW/PoS ispirato al Proof of Activity e a un progetto precedente chiamato MC2. Non esegue esattamente il protocollo originale del Proof of Activity, ma mostra bene come mining e staking possano collaborare in un unico sistema.

Dal blocco 4.096, minato il 21 febbraio 2016, ogni blocco Decred include i voti di almeno tre ticket. Quei voti approvano il contenuto del blocco precedente. Quindi i miner creano i blocchi, ma per la validazione hanno bisogno della partecipazione dei possessori dei ticket.

La differenza rispetto alla proposta originale sta soprattutto nella selezione. Decred usa un pool di ticket acquistati in anticipo che devono prima maturare. Il progetto originale seleziona gli stakeholder tramite follow-the-satoshi in base all’header che un miner ha appena trovato.

Oltre a Decred, a volte Espers viene citato come applicazione del Proof of Activity. Il funzionamento attuale e il collegamento preciso con il progetto originale non sono chiari. Per questo non è corretto dire che oggi il Proof of Activity sia usato su larga scala.

Conclusione

Proof of Activity è un modo ibrido per gestire il consenso nelle crypto. I miner avviano la produzione dei blocchi con il proof of work, poi gli staker selezionati aiutano a controllare e completare il blocco.

Questo può distribuire il potere su una blockchain più di quanto facciano solo mining o solo staking. Allo stesso tempo, il sistema resta dipendente da hardware di mining, staker disponibili e regole scelte con attenzione. Decred mostra come un approccio ibrido possa funzionare nella pratica, anche se tecnicamente è diverso dalla proposta originale del Proof of Activity.

Per te, la cosa più importante è questa: il Proof of Activity non è un modello standard che trovi ovunque, ma un progetto interessante in cui si incontrano due modi ben noti di raggiungere il consenso.