Nella tecnologia blockchain, il termine "ridimensionamento" si riferisce a un incremento della velocità di trasmissione del sistema, misurato dal numero di transazioni eseguite al secondo. Con l'uso sempre più diffuso delle criptovalute nella vita di tutti i giorni, è diventato necessario creare livelli blockchain per una migliore sicurezza della rete, tenuta dei registri e altro ancora. Il livello 1 in un ecosistema decentralizzato è la blockchain. Layer 2, d'altra parte, è un'integrazione di terze parti combinata con Layer 1 per aumentare il numero di nodi e, di conseguenza, il throughput del sistema. Attualmente vengono implementate molte soluzioni blockchain di livello 2. Queste soluzioni sfruttano i contratti intelligenti per automatizzare le transazioni.

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Blockchain Layer 1 contro Layer 2

La tecnologia blockchain offre molti vantaggi: aumenta i livelli di sicurezza, consente transazioni senza problemi e rende possibile la tenuta dei registri. Tuttavia, man mano che il suo utilizzo diventa più comune, stanno emergendo una serie di problemi. Uno di questi problemi è la scalabilità.

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In una blockchain, ogni transazione in un sistema decentralizzato deve passare attraverso diversi passaggi, che richiedono una notevole quantità di tempo e potenza di elaborazione. Per migliorare la capacità di gestione della blockchain, gli sviluppatori blockchain stanno introducendo il ridimensionamento Layer 2 nella struttura. Impariamo di più su come funziona.

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Perché la scalabilità della blockchain è importante?

La definizione della parola "scalabilità" varia da esperto a esperto. Tuttavia, al suo interno, la scalabilità blockchain si riferisce alla capacità del sistema di offrire un'esperienza ricca a ogni utente, indipendentemente dal numero totale di utenti in un dato momento.

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Il termine "throughput" si riferisce al numero di transazioni gestite da un sistema al secondo. Mentre le aziende/canali di pagamento come Visa elaborano quasi 20.000 TPS con la rete di pagamento elettronico VisaNet, la catena principale di Bitcoin può eseguire solo da 3 a 7 TPS.

La differenza di capacità potrebbe essere scioccante, ma dietro c'è una semplice spiegazione. Bitcoin adotta un sistema decentralizzato, mentre VisaNet funziona su un sistema centralizzato. Il primo utilizza più tempo e potenza di elaborazione per salvaguardare la privacy dei suoi utenti. Ogni transazione di dati deve passare attraverso più passaggi, tra cui accettazione, mining, distribuzione e convalida da parte di una rete di nodi.

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Con la criptovaluta che dovrebbe diventare una forza imperativa nel mondo degli affari, gli sviluppatori di blockchain stanno cercando di aumentare la portata della gestione della blockchain. Creando livelli blockchain e ottimizzando il ridimensionamento del livello 2, vogliono accelerare i tempi di elaborazione e aumentare il numero di TPS.

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La lotta di Bitcoin con la scalabilità

Bitcoin è iniziato come una semplice blockchain per consentire agli utenti di inviare e ricevere valuta digitale. Tuttavia, è stato alle prese con il problema della scalabilità sin dal suo inizio, che ha dato origine alla domanda: cosa accadrebbe se sempre più persone iniziassero a utilizzare Bitcoin?

Questo scenario può essere considerato un problema di rete. Ogni sistema ha una specifica quantità di larghezza di banda e può elaborare solo fino a un certo numero di transazioni al secondoTransazioni al secondo (TPS) è il numero di transazioni che una rete blockchain può elaborare ogni secondo o il numero di...(TPS). Inoltre, ogni transazione in un sistema decentralizzato deve essere controllata e quindi è necessario un ampio spazio di archiviazione.

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Avanti veloce fino al 2021. Quando Bitcoin è diventato popolare, è successo il previsto: il protocollo si è riempito. Di conseguenza, la velocità di elaborazione è diminuita.

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Perché l'attuale blockchain richiede la tecnologia Layer 2?

La risposta è semplice: aumento della domanda e maggiori costi di transazione. Spieghiamolo usando Ethereum come esempio.

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Poiché Ethereum ha un meccanismo di consenso, consente più applicazioni decentralizzate. Nella tecnologia blockchain, un meccanismo di consenso è un sistema tollerante ai guasti che consente accordi su un singolo stato di rete in nodi distribuiti. Questi protocolli assicurano che tutti i nodi concordino sulle transazioni e siano sincronizzati. Ciò rende la catena Ethereum estremamente difficile da sovrascrivere o attaccare.

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A causa della stabilità e della sicurezza di Ethereum, è iniziata la mania dell'ICO , che ha portato gli individui a creare monete sulla blockchain. Di conseguenza, c'è stato un afflusso di utenti e un aumento del numero di transazioni effettuate su Ethereum. Quando il sistema si è intasato, la commissione di transazione - o "gas" pagata alle parti che elaborano le transazioni sulla rete di Ethereum - è aumentata.

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Quando una rete blockchain è intasata, le transazioni in sospeso finiscono nel pool di memoria e richiedono più tempo per l'elaborazione. Per affrontare questo problema, i minatori iniziano a dare la priorità alle transazioni con prezzi del gas più alti per confermarle. Ciò aumenta ulteriormente il costo minimo richiesto per effettuare una transazione.

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Il ciclo di incremento dei prezzi arriva a un punto in cui le tasse del gas salgono alle stelle , peggiorando la situazione per tutti. Il ridimensionamento del livello 2 ha lo scopo di fornire una soluzione a questo problema e ridurre i costi delle transazioni.

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Il problema con il livello 1

Una rete Layer 1 è una blockchain in un sistema decentralizzato. Due esempi di questo sono Bitcoin ed Ethereum.

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Nel ridimensionamento di livello 1, il protocollo blockchain sottostante viene modificato per rendere possibile la scalabilità. Con queste soluzioni, le regole del protocollo vengono modificate per aumentare la capacità e la velocità delle transazioni, accogliendo così più dati e utenti.

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Il ridimensionamento del livello 1 potrebbe essere:

• Migliorare la velocità di conferma del blocco

• Aumentare la capacità di contenere dati di un blocco

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Insieme, queste soluzioni di scalabilità aumentano il throughput della rete. Tuttavia, il livello 1 sembra non essere all'altezza con l'aumento del numero di utenti blockchain. Di seguito sono riportate alcune incompetenze del sistema.

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Protocollo di consenso inefficiente

La blockchain di livello 1 utilizza ancora il vecchio e goffo meccanismo di consenso proof-of-work .

Sebbene questo meccanismo sia più sicuro di altri, la sua velocità lo trattiene. I minatori sono necessari per utilizzare la potenza di calcolo per risolvere algoritmi crittografici. Pertanto, nel complesso sono necessari più potenza di calcolo e tempo.

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La soluzione

Un consenso alternativo è il proof-of-stake, che verrà utilizzato da Ethereum 2.0. Questo meccanismo di consenso convalida i nuovi blocchi di dati delle transazioni in base allo staking collateral dei partecipanti alla rete, rendendo il processo più efficiente.

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Carico di lavoro eccessivo

Con l'aumento del numero di utenti, aumenta anche il carico di lavoro sulla blockchain di livello 1. Per questo motivo, le velocità e le capacità di elaborazione sono diminuite.

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La soluzione

La soluzione di ridimensionamento per questo problema è lo sharding. In poche parole, lo sharding interrompe il lavoro di convalida e autenticazione delle transazioni in bit piccoli e gestibili. Pertanto, il carico di lavoro può essere distribuito sulla rete per sfruttare la potenza di calcolo attraverso più nodi.

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Poiché la rete elabora questi frammenti contemporaneamente in parallelo, l'elaborazione sequenziale su più transazioni può avvenire contemporaneamente.

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Soluzioni per il ridimensionamento dei Layer 2

La blockchain di livello 2 opera sul livello nativo per migliorarne l'efficienza. Scaricando efficacemente le transazioni, il livello 2 prende una parte del carico transazionale della blockchain di livello 1 e lo assegna a un'altra architettura di sistema.

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La blockchain di livello 2 gestisce quindi il carico di elaborazione e riporta al livello 1 per la finalizzazione dei risultati. Poiché la maggior parte del carico di elaborazione dei dati è assegnata a questa architettura ausiliaria adiacente, la congestione della rete è ridotta: non solo la blockchain di livello 1 diventa meno congestionata, ma diventa anche più scalabile.

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Un esempio di blockchain di livello 1 è Lightning Network di Bitcoin , una soluzione di ridimensionamento di livello 2 che prende simultaneamente il carico da Bitcoin e lo riporta. Di conseguenza, Lighting Network aumenta la velocità di elaborazione sulla blockchain di Bitcoin. Inoltre, la rete Lightning porta contratti intelligenti nella blockchain di Bitcoin di livello 1.

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Ecco alcune altre soluzioni di ridimensionamento di livello 2:

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Blockchain annidata (plasma)

Una blockchain di livello 2 annidata opera su un'altra blockchain. Fondamentalmente, Layer 1 imposta i parametri mentre la blockchain di Layer 2 annidata esegue i processi.

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Ci possono essere diversi livelli di blockchain su una catena principale. Pensala come una tipica struttura aziendale. Invece di avere una persona (ad es. il manager) che fa tutto il lavoro, il manager assegna i compiti ai subordinati, che riferiscono al manager una volta che hanno finito con i loro rispettivi compiti. In questo modo, l'onere per il manager è ridotto mentre la scalabilità è migliorata.

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Un esempio di ciò è l' OMG Plasma Project , che funge da blockchain di livello 2 per il protocollo di livello 1 di Ethereum per garantire transazioni più economiche e veloci.

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Canali di stato

I canali statali consentono la comunicazione bidirezionale tra i partecipanti alla blockchain. In tal modo, i partecipanti possono ridurre i tempi di attesa poiché non sono coinvolte terze parti, ad esempio un minatore, nel processo.

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Ecco come funziona :

• Per contratti intelligenti, i partecipanti accettano in anticipo di sigillare una parte del livello di base.

• Possono quindi interagire direttamente tra loro, eliminando la necessità di coinvolgere i minatori.

• Dopo aver condotto l'intero set di transazioni, aggiungono lo stato del canale finale alla blockchain.

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Sia Raiden Network su Ethereum che Lightning Network su Bitcoin sono esempi di canali statali. Lightning Network consente ai partecipanti di condurre diverse microtransazioni durante una determinata durata. Nel frattempo, Raiden consente ai partecipanti di eseguire contratti intelligenti tramite canali personali.

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Anche i canali statali come Lightning Network sono completamente sicuri, poiché solo i partecipanti sono a conoscenza delle transazioni. Il rovescio della medaglia, la blockchain di Ethereum di livello 1 registra tutte le transazioni in un registro verificabile pubblicamente.

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Sidechain

Insieme ai canali statali come Lightning Network e contratti intelligenti, le sidechain sono anche una soluzione di ridimensionamento per la tecnologia blockchain di livello 2. Una sidechain è una catena transazionale che facilita un gran numero di transazioni. Ha un meccanismo di consenso indipendente dal livello nativo. Il meccanismo può essere ottimizzato per migliorare la scalabilità e la velocità di elaborazione. In questa situazione, la catena principale deve confermare i record delle transazioni, mantenere la sicurezza e gestire le controversie.

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Le sidechain differiscono dai canali statali in quanto registrano pubblicamente tutte le transazioni nel registro. Inoltre, se una sidechain subisce una violazione della sicurezza, non ha alcun impatto su altre sidechain o sulla stessa mainchain del livello di base.

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Rollup

I rollup sono soluzioni di ridimensionamento della blockchain di livello 2 che eseguono transazioni al di fuori della blockchain di livello 1 e pubblicano i dati delle transazioni su di essa. Poiché i dati si trovano sul livello di base, consente al livello 1 di proteggere i rollup.

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I rollup hanno due diversi modelli di sicurezza :

• Rollup ottimistici : presuppongono che le transazioni siano valide per impostazione predefinita. Pertanto, conducono solo calcoli per rilevare le frodi se c'è una sfida.

• Zero-Knowledge Rollup : questi rollup eseguono calcoli off-chain. Successivamente, inviano la prova di validità al livello di base o alla catena principale.

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I rollup aiutano ad aumentare il throughput delle transazioni, aprire la partecipazione e ridurre le tariffe del gas per gli utenti.

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Limitazioni del livello 1 e del livello 2

La stratificazione blockchain offre diversi vantaggi. Ad esempio, il vantaggio principale delle soluzioni Layer 1 è che gli sviluppatori non devono aggiungere nulla all'architettura esistente, poiché il livello di base viene modificato.

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Nel frattempo, le soluzioni di ridimensionamento del livello 2 non alterano il protocollo del livello di base. Inoltre, queste soluzioni consentono più microtransazioni senza richiedere agli utenti di pagare commissioni di transazione altissime o perdere tempo nella verifica dei minatori.

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Tuttavia, entrambi questi livelli blockchain hanno limitazioni che devono essere prese in considerazione.

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Aggiunta ai protocolli esistenti

Il problema principale con i livelli blockchain è aggiungerli ai protocolli esistenti. Sia Bitcoin che Etherium hanno capitalizzazioni di mercato in miliardi. Gli utenti scambiano milioni di dollari ogni giorno. Pertanto, non ha senso complicare il processo attraverso la codifica e la sperimentazione non necessarie, poiché ciò richiederebbe molti soldi.

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Il trilemma della scalabilità

Vitalik Buterin, il fondatore di Ethereum, ha inventato il termine "trilemma di scalabilità" per riferirsi alla capacità di una blockchain di destreggiarsi tra tre proprietà organiche :

• Sicurezza

• Scalabilità

• Decentramento

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Il trilemma afferma che qualsiasi tecnologia blockchain può presentare solo due proprietà al massimo, mai tutte e tre contemporaneamente. Pertanto, l'attuale tecnologia blockchain dovrà sempre scendere a compromessi su una delle proprietà fondamentali. Un eccellente esempio di questo è Bitcoin. Sebbene la sua blockchain sia riuscita a ottimizzare il decentramento e la sicurezza, ha dovuto scendere a compromessi sulla scalabilità, non per colpa sua.

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Qual è il futuro dopo il livello 1 e il livello 2? 

La scalabilità è uno dei motivi per cui l'adozione di massa delle criptovalute non è possibile al momento nel settore blockchain. Con l'aumento della domanda di criptovaluta, aumenterà anche la pressione per ridimensionare i protocolli blockchain. Poiché entrambi i livelli blockchain hanno alcune limitazioni, la soluzione in futuro sarà quella di costruire un protocollo in grado di affrontare il trilemma della scalabilità. 

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La linea di fondo

Per quanto riguarda il suddetto collo di bottiglia, sono disponibili due opzioni: 1) mitigare il problema di ridimensionamento o 2) cercare alternative praticabili. Gli sviluppatori di blockchain stanno optando per il primo, spostandosi verso il ridimensionamento Layer 2 in azione con Ethereum 2.0 .

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Al momento della pubblicazione, i sistemi blockchain sono ancora in fase di sviluppo. La domanda urgente per il futuro è se i livelli blockchain e il ridimensionamento del livello 2 saranno temporanei o permanenti. A partire da questo momento, nessuno lo sa davvero.