I Layer 2 sono le soluzioni di ridimensionamento di cui le blockchain hanno bisogno?

In questo articolo parliamo di soluzioni di ridimensionamento di layer 2. Cosa significa? Quale problema vogliono risolvere? Scoprilo qui.

Le soluzioni Layer 2 sono progettate per aumentare la scalabilit√†, la velocit√† e l’efficienza delle blockchain.¬†Dai un’occhiata alle loro diverse forme e al loro funzionamento in questa guida.

layer 2 blockchain

La tecnologia Blockchain offre enormi vantaggi: decentralizzazione, interazioni trustless, alti livelli di sicurezza e immutabilità dei dati conservati. Consente ogni giorno lo sviluppo di un ecosistema di criptovalute in forte espansione e sostiene una costante innovazione tecnologica.

Tuttavia, uno dei problemi principali di molte reti blockchain è la loro scalabilità.  I problemi di ridimensionamento sono effettivamente un problema quando la quantità di dati che passa attraverso la blockchain raggiunge un limite a causa delle capacità insufficienti della blockchain.

Il problema della scalabilità

In un caso ideale, una blockchain sarebbe in grado di gestire un numero infinito di transazioni al secondo, dette anche¬†throughput o con l’acronimo TPS. Ma la chain principale di Bitcoin pu√≤ gestire solamente circa 3-7 TPS. In confronto, Visa pu√≤ elaborare circa 20.000 TPS utilizzando la rete di pagamento elettronica centralizzata VisaNet.

La differenza sta nel livello di decentralizzazione e privacy che Bitcoin e altre blockchain mirano a fornire. La sostituzione di un semplice sistema centralizzato richiede molto tempo e potenza di elaborazione. Ogni transazione deve essere accettata, distribuita e convalidata da una rete globale di nodi.

Per risolvere questi problemi, gli sviluppatori su blockchain stanno lavorando per migliorare la portata di dati che una blockchain pu√≤ gestire. Questo significa consentire un numero maggiore di transazioni al secondo e tempi di elaborazione pi√Ļ rapidi. Una possibilit√† √® quella di utilizzare soluzioni di ridimensionamento layer 2, ovvero utilizzare un secondo livello. Questo renderebbe l’obiettivo comune dell’intera community blockchain una realt√†: rendere le criptovalute e i sistemi basati su blockchain accessibili a tutti in modo conveniente, sicuro ed efficiente.

Soluzioni di ridimensionamento: ecco perché sono necessarie

Le soluzioni di ridimensionamento possono affrontare i problemi di cui abbiamo parlato fornendo una “capacit√†” maggiore per la blockchain senza la necessit√† di aumentare le dimensioni dei blocchi o introdurre altre misure che comprometterebbero la capacit√† di decentramento e gli elevati livelli di sicurezza della tecnologia.

Soluzioni di ridimensionamento: Layer 1

Le soluzioni blockchain di livello 1 aiutano a migliorare i protocolli di base (es. Bitcoin con la sua proof-of-work, o PoW) modificando il modo in cui operano per quanto riguarda l’elaborazione dei dati. Ad esempio, la rete Ethereum a breve passer√† ad un algoritmo di consenso proof-of-stake (PoS ). Questo algoritmo di consenso supporta velocit√† di transazione pi√Ļ elevate e un uso pi√Ļ efficiente dell’energia rispetto al processo di mining.

Lo sharding √® un’altra soluzione di ridimensionamento di layer 1 che suddivide il lavoro di autenticazione e convalida delle transazioni in parti pi√Ļ piccole. Distribuisce meglio il carico di lavoro attraverso la rete peer-to-peer (P2P) per portare pi√Ļ potenza di calcolo da pi√Ļ nodi. Tutto ci√≤ consente di completare i blocchi pi√Ļ velocemente.

Ma le soluzioni di livello 1 non sono l’unica strada disponibile per scalare le blockchain. Le soluzioni di ridimensionamento layer 2 prevedono un protocollo aggiuntivo basato appunto sulle blockchain layer 1, come quelle di Ethereum e Bitcoin.

Le soluzioni di ridimensionamento L2 aumentano il throughput senza manomettere nessuna delle caratteristiche di decentralizzazione o sicurezza originali che sono parte integrante della blockchain originale.

Sidechain: ecco cosa sono

Le sidechain sono in effetti una sorta di ibrido tra le soluzioni di livello 1 e livello 2 per quanto riguarda il ridimensionamento. Una sidechain √® un’altra blockchain collegata a una chain principale come quella di Bitcoin. Sono collegate con un peg a due vie (2WP) il quale in sostanza √® un protocollo che consente il trasferimento libero di criptovalute dalla catena principale a una catena di livello due, che richiede un grado di fiducia di terze parti.

Un esempio di sidechain √® Liquid Network, collegato alla blockchain principale di Bitcoin. Come altre soluzioni di ridimensionamento layer 2, mira ad affrontare i problemi di scalabilit√† scaricando alcuni dei processi di convalida e di elaborazione delle transazioni su un’altra blockchain. Facendo ci√≤ libera la chain principale che potr√† a sua volta elaborare un numero maggiore di transazioni.

Parachain: ecco cosa sono

Parachain √® l’abbreviazione di “catene parallele“. Come puoi immaginare, queste blockchain corrono parallele tra loro in un sistema interconnesso di blockchain. Sono create tutte all’interno dello stesso framework, che consente loro di avere gli stessi attributi di sicurezza, e sono tutte collegate ad una catena centrale. Ma possono anche agire in modo indipendente, ed affrontare le loro applicazioni specifiche. Questa √® l’idea centrale dietro Polkadot. Le parachain consentono transazioni molto veloci poich√© la distribuzione¬†per gestire i carichi di lavoro¬†avviene in modo efficiente.

Ethereum 2.0

Ethereum 2.0 si riferisce al passaggio della rete Ethereum a un sistema basato su PoS pi√Ļ sostenibile, che possa supportare lo sharding e altre funzioni atte a migliorare la scalabilit√†. Questo insieme di miglioramenti aumenter√† quindi la scalabilit√† di Ethereum e la metter√† alla pari con altre blockchain leader quando si tratta di throughput. Gli investitori di Ethereum possono mettere in staking le proprie monete in cambio di una ricompensa dovuta agli sforzi di convalida.

Hashgraph: ecco che cos’√®

Gli hashgraph lasciano il regno della blockchain e sono considerati una tecnologia completamente diversa. Ma sono molto simili nella misura in cui anche essi sono una tecnologia di contabilit√† distribuita (DLT). Inoltre, a differenza della blockchain, l’hashgraph √® stato brevettato, e l’unico libro mastro che lo utilizza √® Hedera Hashgraph. Hedera si autoproclama come la terza generazione di tecnologia di contabilit√† pubblica, dopo Bitcoin ed Ethereum. Supporta un’incredibile scalabilit√† pari a 10.000 TPS, tariffe inferiori, minor consumo di energia e tempi di elaborazione inferiori.

Soluzioni di ridimensionamento: Layer 2

Le soluzioni di ridimensionamento di livello 2 devono ereditare la sicurezza sottostante della catena principale. Mentre le sidechain possono utilizzare altre reti o validatori per proteggere la chain, il layer 2 si differenzia ereditando la sua sicurezza direttamente dalla blockchain principale. Le principali soluzioni di layer 2 ad oggi sono sono Zero Knowledge Rollups e Optimistics Rollups.

Le soluzioni di scalabilit√† di layer 2 come ad esempio Starkware, Optimism e Arbitrum forniscono il ridimensionamento per la blockchain sottostante in modo che un numero crescente di exchange e piattaforme sia in grado di utilizzare reti come Ethereum. Vedremo ognuna di queste soluzioni nel dettaglio nel corso dell’articolo.

Zero Knowledge Rollups

I rollup a conoscenza zero, noti anche come ZK-Rollup, sono pacchetti di dati collateralizzati da un contratto intelligente sulla catena principale, mentre vengono trasportati fuori dalla catena per l’elaborazione. Sono in grado di produrre un blocco in circa un minuto, ed hanno una capacit√† di elaborazione di 2.000 TPS. Zero conoscenza significa che tutti i verificatori hanno le stesse informazioni senza che vengano effettivamente divulgate.

La soluzione di ridimensionamento layer 2 ZK-rollup offre prestazioni migliori rispetto al layer 1 grazie all’archiviazione dei dati off-chain. I dati importanti relativi agli smart contract vengono richiesti meno frequentemente rispetto alle blockchain di livello 1. Questo consente di risparmiare una grande quantit√† di potenza di elaborazione e viene utilizzata una minore capacit√† della blockchain per la convalida delle transazioni. Di conseguenza, le commissioni del gas diminuiscono, rendendo le transazioni pi√Ļ rapide ed economiche.

Optimistics Rollups

I rollup ottimistici vengono eseguiti sul livello di base di Ethereum in modo che possa essere eseguito un numero enorme di contratti intelligenti senza sovraccaricare la rete. Anche questo tipo di soluzioni beneficiano degli stessi identici livelli di sicurezza della catena principale di Ethereum. Gli aggregatori di dati ottengono maggiori velocit√† di transazione. Ma c’√® da dire che offrono una velocit√† effettiva inferiore rispetto ai rollup Plasma e ZK.

La differenza principale rispetto ai rollup ZK √® che le transazioni di livello 2 richiedono pi√Ļ tempo. I rollup ottimistici devono fare affidamento su validatori esterni per controllare le radici merkle prima che lo stato possa essere aggiornato. Ma il vantaggio √® che i rollup ottimistici possono supportare gli smart contract in modo simile a quanto fatto dalla blockchain sottostante.

Plasma

La soluzione layer 2 di Ethereum Plasma utilizza blockchain secondarie che aiutano la catena principale nella verifica. Le chain Plasma sono simili ai contratti intelligenti o alle parachain di Polkadot. Ma sono strutturate in modo diverso a livello gerarchico: prendono le transazioni dalla blockchain principale per liberare lavoro e migliorare l’efficienza.

Soluzioni di ridimensionamento Layer 2 di Bitcoin

Lightning Network

Lightning Network √® una delle soluzioni layer 2 pi√Ļ conosciute per Bitcoin. Come altre soluzioni di livello 2, sono necessari i bundle di transazione dalla catena principale, per essere gestite off-chain e successivamente ri-trasferite. Lightning Network porta di fatto i contratti intelligenti su Bitcoin, il che rappresenta un grande miglioramento per la rete in generale.

Lightning Network di Bitcoin promette i seguenti vantaggi: pagamento istantaneo, scalabilità, basso costo e scambi cross-chain tra blockchain.

Come suggerisce il nome, questa soluzione di livello 2 introdurr√† pagamenti fulminei sulla blockchain di Bitcoin, di pochi millisecondi si stima. L’attuale tempo medio di transazione di Bitcoin √® di circa 10 minuti. Ma pu√≤ variare ampiamente se la rete √® congestionata.

Lightning Network inoltre sostiene di essere in grado di elaborare da milioni a miliardi di TPS, ovvero molte di pi√Ļ rispetto ai fornitori di servizi di pagamento legacy come Visa.

Regolando le transazioni off-chain – come soluzione layer 2 – le commissioni vengono notevolmente ridotte, consentendo micropagamenti istantanei.

Infine, i piccoli scambi cross-chain possono verificarsi off-chain, purché le blockchain in questione supportino la stessa funzione di hash crittografica. Bitcoin ad esempio utilizza la funzione crittografica SHA-256 nel suo algoritmo.

Soluzioni di ridimensionamento Layer 2 di Ethereum

Starkware

Starkware è un fornitore di soluzioni di ridimensionamento di livello 2 su Ethereum. Ha tre prodotti: StarkNet, StarkEx e Cairo.

StarkNet è una soluzione layer 2 di rollup ZK decentralizzata senza autorizzazione per la blockchain di Ethereum. Gli sviluppatori possono distribuire i loro contratti intelligenti senza autorizzazione sulla testnet di StarkNet. Il vantaggio principale è la capacità delle dApp di raggiungere una scalabilità illimitata, pur continuando a beneficiare della componibilità e della sicurezza di Ethereum. Maggiori informazioni su StarkNet possono essere trovate qui.

StarkEx √® un motore di scalabilit√† di livello 2 che √® stato collaudato e distribuito sulla rete principale da giugno 2020. √ą stato implementato in vari casi d’uso, e tra i clienti pi√Ļ importanti annovera DeversiFi, Immutable e dYdX. I principali vantaggi di StarkEx sono una scalabilit√† affidabile che utilizza la tecnologia ZK-STARK, la capacit√† di progettare dApp auto-custodial e una soluzione di ridimensionamento robusta e sicura per un’ampia gamma di usi. Maggiori informazioni su StarkEx possono essere trovate qui.

Cairo è il linguaggio completo di Turing di Starkware dietro StarkNet e StarkEx. Consente il ridimensionamento delle dApp utilizzando STARK. Maggiori dettagli sul Cairo possono essere trovati qui.

Optimism

Optimistic Ethereum è una chain rollup ottimistica compatibile con Ethereum Virtual Machine (EVM). I principali vantaggi di implementazione su Optimism è che è veloce, semplice e sicura. Gli utenti possono spostare le risorse dentro e fuori dalla rete utilizzando Optimistic Ethereum Gateway e i progetti che desiderano implementarla possono inviare un modulo per essere inseriti nella whitelist da Optimism. I progetti che soddisfano i criteri di lancio saranno approvati entro 2 settimane. Nel luglio 2021, Uniswap V3 ha annunciato il suo lancio alpha sulla mainnet Optimistic di Ethereum.

Maggiori informazioni su Optimism possono essere trovate sul suo sito ufficiale qui.

Arbitrum

Arbitrum è una soluzione layer 2 progettata per aumentare la velocità e la scalabilità degli smart contract di Ethereum, aggiungendo funzionalità di privacy aggiuntive. La piattaforma di livello 2 consente agli sviluppatori di eseguire contratti e transazioni EVM non modificati sul secondo livello, senza compromettere la sicurezza del layer 1.

Arbitrum si posiziona come la soluzione di ridimensionamento ideale per le app DeFi. C’√® infatti la possibilit√† di utilizzare il rollup di Arbitrum per ridimensionare qualsiasi contratto su Ethereum.

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Offchain Labs, la societ√† dietro Arbitrum, ha lanciato Arbitrum One, la beta della mainnet di Ethereum il 31 agosto 2021, e ha annunciato finanziamenti di serie B da centinaia di milioni di dollari, valutando l’azienda $1,2 miliardi.