Ethereum 2.0: dopo l’aggiornamento “The Merge” un versione più efficiente e sostenibile
di Claudio Romano Manno
Il 15 settembre 2022 con l’aggiornamento noto come “The Merge, la blockchain di Ethereum (ETH) ha completato la transizione definitiva dal meccanismo di consenso Proof of Work (PoW) a quello Proof-of-Stake (PoS). La fusione della Beacon Chain con la blockchain tradizionale rappresenta un evento fondamentale per l’ecosistema cripto e il momento più importante del progetto di Vitalik Buterin, ideatore di Ethereum, che ha pianificato un processo in tre fasi iniziato con il lancio della Beacon Chain nel 2020 e che si completerà con l’implementazione dello sharding previsto per il 2023. Il passaggio dal meccanismo PoS a quello PoW dovrebbe rendere Ethereum la prima criptovaluta veramente deflazionistica, oltre a ridurre il consumo di energia utilizzato per completare le transazioni di circa il 99,95%.
Il progetto Ethereum 2.0; fonte: https://www.sequoiacap.com/article/understanding-the-merge/
Il progetto Ethereum 2.0
Fase 1, Beacon Chain: Nel 2013, Vitalik Buterin pubblicò il whitepaper in cui presentava “Un contratto intelligente di nuova generazione e una piattaforma applicativa decentralizzata”, anche noto come Ethereum. Lanciato inizialmente con un algoritmo di consenso Proof-of-Work (PoW) nel 2015, l’idea è sempre stata che Ethereum diventasse una rete Proof-of-Stake (PoS) ad alta efficienza energetica. Il problema principale del progetto risiedeva nel momento della transizione da un meccanismo di consenso all’altro, in particolare in che modo aggiornare il cuore di una rete decentralizzata mentre essa è in funzione senza provocare interruzioni o danni al sistema. La soluzione è stata individuata nella Beacon Chain, cioè una rete completamente indipendente che opera tramite il meccanismo di consenso PoS utilizzata come test per la futura applicazione ad Ethereum. La Beacon Chain è stata lanciata nel 2020 come una blockchain secondaria di Ethereum isolata da quella principale per garantire che la logica del consenso Proof-of-Stake fosse solida e sostenibile prima di abilitarla. La nuova blockchain ha funzionato in parallelo alla Mainnet di Ethereum tradizionale basato sul PoW creando così due versioni di Ether, ETH1 e ETH2, in modo da consentire agli investitori di poter mettere in staking gli ethereum in loro possesso. Sulle principali piattaforme di exchange, quando un utente metteva in staking i propri Ether (ETH1) su Coinbase, i token venivano trasformati in ETH2 basati sul PoS e convalidati sulla Beacon Chain.
Fase 2, The Merge: Il cosiddetto “The Merge” è l’aggiornamento di Ethereum che sostituisce l’attuale meccanismo di consenso Proof-of-Work (PoW) con un meccanismo di consenso Proof-of-Stake (PoS) più ecologico, efficiente e sicuro. Questo si verificherà tramite la fusione tra la tradizionale Mainnet basata su PoW e la nuova Beacon Chain basata su PoS. Quando si verificherà l’unione, l’attuale meccanismo di consenso PoW sarà completamente abbandonato e tutti i blocchi futuri su Ethereum saranno prodotti tramite il PoS. Nessuna delle transazioni effettuate sulla rete Ethereum andrà persa in questa transizione in quanto la fusione non avrà alcun effetto sul livello dati della rete Ethereum. Il merge, infatti, non è il lancio di una nuova versione di Ethereum, ma un aggiornamento al meccanismo di consenso utilizzato per le transazioni. Tutti gli ETH sulla rete Ethereum sotto l’attuale motore di consenso Proof-of-Work (PoW) non saranno interessati dal passaggio al motore di consenso Proof-of-Stake (PoS), gli utenti non sperimenteranno alcun cambiamento nella loro esperienza quotidiana utilizzando Ethereum. Se qualche nodo continuasse a minare tramite una versione PoW di Ethereum, si troverebbe su una fork di minoranza nella quale il valore economico delle ricompense dei blocchi sarebbe molto al di sotto del loro costo operativo per estrarle. Poiché i miner sono incentivati a operare con profitto, è naturale che tutti i partecipanti alla blockchain PoW inizieranno immediatamente a minare con il loro hardware su altri blockchain PoW non Ethereum.
Fase 3, Lo sharding. Uno dei problemi maggiori di cui soffre la tecnologia blockchain è la cosiddetta “scalabilità”, ovvero il fatto di poter reggere un incremento significativo di transazioni, senza ridurre la latenza della rete o aumentare le commissioni. Con la crescita della popolarità della blockchain, crescono anche il carico di lavoro e il volume delle transazioni gestiti dalla rete. In altre parole, la scalabilità è una sfida per la blockchain poiché le reti potrebbero non essere in grado di gestire la maggiore quantità di dati e il flusso di transazioni poiché sempre più industrie adottano la tecnologia. Ciò vale in generale per le maggiori criptovalute sul mercato, ma in particolare per Bitcoin che per Ethereum che sono le blockchain più utilizzate. Lo sharding è il futuro della scalabilità di Ethereum e sarà la chiave per aiutare l’ecosistema a supportare molte migliaia di transazioni al secondo e consentire a tutti gli utenti in ogni parte del mondo di utilizzare regolarmente la piattaforma a un costo accessibile. Inoltre, lo sharding è l’opzione è considerato lo strumento con cui Ethereum potrebbe risolvere il trilemma della scalabilità. Ad oggi, infatti, nessuna rete blockchain può mostrare tutti e tre i seguenti tratti senza doverne sacrificare uno: decentralizzazione, scalabilità, sicurezza. Lo sharding è una tecnica di partizionamento dei database che consente di elaborare più transazioni dividendo l’intera rete in partizioni più piccole, note come “shard”. Ogni shard è composto dai propri dati, il che lo rende distintivo e indipendente rispetto ad altri shard. In questo modo lo sharding può aiutare a ridurre la latenza o la lentezza di una rete poiché divide una rete blockchain in frammenti separati. Lo sharding quindi è un buon modo per permettere l’espansione della rete mantenendo la decentralizzazione, dato che l’alternativa sarebbe quella di aumentare la dimensione del database esistente rendendo così Ethereum meno accessibile da parte dei validatori, in quanto avrebbero bisogno di computer più potenti e costosi. Lo sharding alla fine permetterà di mantenere eseguire l’esecuzione dello staking su un computer portatile o uno smartphone, ciò permetterà a più persone di essere in grado di partecipare al processo di validazione delle transazioni e migliorerà la sicurezza della rete attraverso una maggiore decentralizzazione.
Dal Proof of Work al Proof of Stake
Il problema del consumo energetico: Il Proof-of-Work (PoW) è stato il primo meccanismo di consenso utilizzato dalle criptovalute da quando è stato introdotto il Bitcoin, ancora oggi è utilizzato dalla maggior parte del criptovalute tra cui proprio Bitcoin e, fino a qualche tempo fa, Ethereum. Sebbene il PoW sia affidabile e sicuro, è anche estremamente dispendioso in termini di consumo energetico a causa della grande potenza di calcolo necessaria per il mining, cioè il processo utilizzato per la validazione delle transazioni. Il mining richiede macchine altamente specializzate, capaci di risolvere in tempi brevi algoritmi estremamente complessi che non sono solo estremamente costosi, ma consumano anche enormi quantità di energia elettrica. Si tratta di una pericolosa minaccia alla decentralizzazione del sistema, in quanto solo una piccola fetta dell’utenza può permettersi questo genere di investimenti. Il Bitcoin Energy Consumption Index del Digiconomist ha stimato che una transazione bitcoin richiede circa 1.449 kWh per essere completata, l’equivalente di circa 50 giorni di energia per la famiglia media degli Stati Uniti. Nel 2021 con una media annuale di circa 131,26 terawattora (TWh), il Bitcoin sarebbe tra i primi 30 paesi in base al consumo di energia e avrebbe un consumo energetico maggiore di repubblica Ceca e Olanda.
Consumo energia elettrica Bitcoin 2017 – 2022 (TWh/anno); fonte: https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption
Percentuale consumo energetico Bitcoin al consumo energetico annuale per paese; fonte: https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption
In alternativa, il Proof-of-Stake (PoS) garantisce la sicurezza della rete in modo diverso, chiunque abbia 32 ETH può depositare e congelare in staking quella somma per diventare un “validatore”, cioè un utente che partecipa all’algoritmo di consenso della rete. PoW e PoS hanno molte somiglianze, entrambi sono sistemi completamente senza autorizzazione a cui chiunque potrebbe partecipare. Per entrambi i meccanismi, l’impatto che si ha sulla rete, e quindi le ricompense che si possono guadagnare, sono proporzionali alla quantità di risorse economiche che ci si immette (hardware ed elettricità in PoW, monete messe in staking in PoS) . Tuttavia, ci sono differenze importanti tra i due. Per entrare come miner in una rete PoW, devi acquistare hardware di mining specializzato, avere accesso ad un’ampia fonte di energia e avere determinate conoscenze tecniche e abilità informatiche. Il mining su piccola scala è possibile, ma le economie di scala rendono difficile competere con le grandi società di mining. Il PoS, in particolare la forma di prova di partecipazione utilizzata in Ethereum, è molto più accessibile anche per i piccoli investitori. Per partecipare come validatore e iniziare a fare staking, devi fornire 32 ETH anche insieme ad altri utenti tramite un pool di staking. L’unico hardware di cui hai bisogno per partecipare al consenso PoS è qualsiasi strumento moderno come ad esempio un laptop o uno smartphone. Nel PoW chi risolve per primo il problema matematico ottiene la ricompensa. In poche parole, nel PoW si partecipa ad una gara in cui si hanno maggiori probabilità di vincere con apparecchiature più performanti, perciò i miners utilizzano quanti più hardware possibili al 100% di carico, 24 ore al giorno. In alternativa, nel PoS gli utenti vengono selezionati in modo casuale, per cui non vi è modo di aumentare la probabilità che un nodo specifico venga scelto per proporre un blocco e quindi non è necessario consumare sempre più energia per migliorare le prestazioni dei computer.
Politica monetaria di Ethereum: come viene determinata la quantità di ETH sul mercato
La quantità di ETH in circolazione sul mercato (supply o fornitura) varia nel tempo ed è determinata da due forze principali: emissione e combustione. L’emissione di ETH è il processo di creazione di nuove monete ETH che prima non esisteva sul mercato andando ad aumentare la fornitura, come avviene per le monete fiat tradizionali per le quali le banche centrali decidono di coniare nuova moneta da immettere in circolazione sottoforma di finanziamenti o prestiti. Dall’altra parte, nel processo di combustione, anche noto come “burn” (bruciare), l’ETH esistente viene distrutto, rimuovendolo definitivamente dalla circolazione e quindi diminuendo la fornitura disponibile sul mercato. La combustione avviene tramite il pagamento di commissioni (gas fee) determinate dal prezzo del gas utilizzato per completare la transazione. Il tasso di emissione e di combustione viene calcolato su diversi parametri e l’equilibrio tra di essi determina il tasso di inflazione/deflazione di Ethereum. Un alto tasso di inflazione significa che viene emesso più ETH di quanto ne viene bruciato e questo genera una maggiore offerta di criptovaluta sul mercato. Al contrario, se vi è deflazione, ci sarà meno offerta in quanto l’ETH in circolazione sarà sempre meno visto che il tasso di combustione è maggiore di quello di emissione. Nel primo caso il prezzo di ETH, al netto della volatilità dovuta alla speculazione, tende a diminuire se la domanda non aumenta allo stesso ritmo dell’offerta. Nel secondo caso, invece, il prezzo tenderà ad aumentare poiché ci sarà sempre più “scarsità” di ETH, in generale più una risorsa è scarsa più è preziosa e acquista valore. L’effetto inflazione/deflazione non è chiaramente visibile sui prezzi delle criptovalute data la loro alta volatilità, ma è riscontrabile in modo evidente per valute fiat, dove l’immissione di nuova moneta è uno degli strumenti di politica monetaria principale che influenzano maggiormente i tassi di cambio.
Tasso di inflazione pre-fusione: Ethereum pagava 13.000 ETH al giorno ai miner come ricompense per il lavoro che svolgevano per la validazione delle transazioni, questo compenso è costituito interamente da ETH di nuova emissione. L’immissione di nuova moneta sul mercato genera inflazione e quindi un effetto diluitivo per chi possiede ethereum, infatti, come detto in precedenza più ETH sono in circolazione più il loro valore tenderà a scendere in termini assoluti. Per compensare in parte questo effetto una parte di ETH in circolazione viene “bruciata” nel processo e quindi rimossa dal mercato. Tuttavia, dato il grande impiego di energia e di hardware utilizzati nel mining, i miner richiedono ricompense molte alte solo per pareggiare i costi. L’ETH creato e trasferito ai miners tramite le ricompense è di gran lunga maggiore della quantità che viene bruciata, per questo la fornitura di ETH è aumentata nel tempo. Ethereum Foundation ha stimato che prima della fusione venivano generati 2,08 ETH ogni 13,3 secondi pari a circa 4.930.000 ETH emessi ogni anno, pertanto, considerando che la fornitura di ETH sul mercato era di circa 119,300,000 ETH, il tasso di inflazione medio annuale risultava del 4,13% (4,93 milioni all’anno / 119,3 milioni in totale).
Tasso di inflazione post-fusione: A seguito del merge e del passaggio al sistema PoS, Ethereum pagherà solo i premi dello staking pari a 1.600 ETH al giorno, perciò la quantità di ETH coniata sarà inferiore del 90% circa rispetto alle ricompense che pagava ai miners. Questo perché nello staking non è necessario un grande di dispendio in termini di energia e attrezzature come nel mining, perciò gli staker non hanno bisogno di ricompense così elevate come succede per i miner. Con il passaggio al PoS, quindi, visto che il tasso di emissione di ETH è di circa 1.600 ETH/giorno, ogni anno saranno emessi circa 584.000 ETH con un tasso di inflazione medio annuale di 0,49% (584.000 all’anno / 119,3 milioni in totale). A seconda della domanda e del prezzo del gas, la quantità di moneta coniata e pagata ai validatori come premio dovrebbe essere all’incirca uguale se non inferiore alla quantità di moneta “bruciata”, portando così l’inflazione vicina o inferiore allo zero. In questo caso Ethereum potrebbe essere la prima grande criptovaluta ad essere veramente deflazionaria. A differenza della moneta “inflazionistica”, un sistema deflazionistico è caratterizzato da una graduale riduzione dell’offerta di moneta nel tempo. Secondo queste previsioni ci si aspettava che l’offerta di Ethereum dovesse raggiungere il picco di moneta in circolazione alla data di fusione per poi diminuire lentamente nel tempo, poiché le commissioni bruciate per elaborare le transazioni dovrebbero essere leggermente superiori in media rispetto al nuovo ETH emesso tramite lo staking dei premi. Tuttavia, alcuni giorni dopo la fusione, la fornitura di token di Ethereum è ancora in aumento nonostante il passaggio della blockchain alla Proof-of-Stake. Secondo gli ultimi dati aggiornati al 20 settembre, la fornitura di token di Ethereum è cresciuta di circa 1517,77 ETH da quando la blockchain è stata aggiornata con successo il 15 settembre. Questo perché il tasso di combustione non è ancora maggiore del tasso di emissione, le commissioni che determinano il tasso di combustione, infatti, dipendono principalmente dal prezzo del gas che attualmente è intorno ai 12 giga-wei (1 giga-wei = un miliardesimo di Ethereum, 12 gwei = 0,0000000229 ETH). Secondo la Ethereum Foundation, le tariffe del gas devono superare i 16 gwei affinché il meccanismo di combustione di ETH riesca a compensare il tasso di emissione. In altre parole, l’offerta totale di ETH aumenterà ogni volta che le transazioni di Ethereum costano 15 gwei o meno e diminuiranno se richiedono 16 gwei o più. Risulta importante ricordare che, anche se l’offerta di token di Ethereum ha continuato ad espandersi sulla scia della fusione, il calo delle emissioni rispetto al ritmo pre-fusione è significativo. Secondo le proiezioni di ultasound.money, senza il passaggio alla Proof-of-Stake, la fornitura sarebbe già aumentata di oltre 20.994,04 ETH con un tasso di inflazione medio annuale del 3.8% circa.
Variazione giornaliera della quantità di ETH sul mercato (in rosso la data in cui è avvenuta la fusione); fonte: https://etherscan.io/chart/ethersupplygrowth
Come cambiano i rendimenti reali: Prima della fusione, Il rendimento nominale dello staking di Ethereum sulla Beacon Chain era di circa il 4%, ma il rendimento reale, al netto del tasso di inflazione di ETH già menzionate, scende intorno allo 0%. Dopo la fusione, i rendimenti reali corrisponderanno ai rendimenti nominali poiché l’inflazione scende a zero. Inoltre, ora che lo staking rimane l’unico meccanismo di validazione e che non sono più presenti miner, è probabile che i rendimenti dello staking aumentino a loro volta. Il nuovo ethereum passa, quindi, da circa lo 0% di rendimento reale prima dell’unione, ad un rendimento reale compreso tra il 7 al 10% dopo l’unione.
