Casper, il nuovo update di Ethereum: come funziona

Nell’agosto del 2017, Vitalik Buterin, creatore di Ethereum, ha rilasciato la guida all’implementazione della prima versione di Casper, un algoritmo ibrido proof-of-stake (PoS)/proof-of-work (PoW).

Casper è un aggiornamento atteso per la rete di Ethereum ed è un protocollo Proof of Stake (PoS) che si occuperà della validazione dei blocchi della blockchain.

Per certi versi Casper è il figlio di GHOST, ovvero Greedy Heaviest Observed Subtree. Introdotto nell’ecosistema di Ethereum nel 2013, il protocollo GHOST contrasta la centralizzazione. Le reti blockchain veloci creano blocchi stantii, anche noti come blocchi orfani; Ethereum li definisce “blocchi zio” per distinguerli dai blocchi genitore e figlio.

I blocchi zio sono contrassegnti come validi, ma la rete li scarta mentre una catena più lunga diventa dominante. Qualora vincessero sempre solo ed esclusivamente i miner più veloci e potenti, verrebbe a introdursi la centralizzazione dentro la rete. Quindi Ethereum sceglie di premiare la creazione di blocco zio in modo che molti altri nodi oltre a quelli più potenti abbiano voce in capitolo nella costruzione della catena.

Le blockchain documentano delle registrazioni di verità immutabili, quindi aggiungere un nuovo blocco che lasci potenzialmente uno spazio minimo a dei sotterfugi diventa un aspetto cruciale.

I protocolli di consenso determinano il modo in cui la catena aggiunge i blocchi. Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS) sono i protocolli di consenso più comuni. Nella PoW i miner prendono parte a una competizione tra di loro e aggiungono blocchi ad una catena risolvendo un puzzle dal punto di vista computazionale.

I miner con hardware più veloci e potenti sono avvantaggiati. Ciò intacca la decentralizzazione della rete e apre vulnerabilità di sicurezza da potere sfruttare. La PoS utilizza idee della teoria dei giochi per creare incentivi per un buon comportamento e per minimizzare la cattiva condotta.

Invece di miner che competono gli uni contro gli altri, la PoS fornisce validatori che procedono con dei depositi (quote) per l’autorità, affinché proponga blocchi da aggiungere. Se il validatore si comporta male, ne segue una punizione e il suo deposito viene tagliato.

La PoW consuma una grande quantità di elettricità nella pratica. Inoltre i miner vogliono acquistare gli hardware più potenti possibili per massimizzare le loro possibilità di vincere le competizioni. Le implementazioni PoS riducono o eliminano i costi delle apparecchiature e tagliano quelli energetici.

Con Casper un validatore deposita una quota in uno smart contract. Esegue quindi un nodo per partecipare all’algoritmo di consenso, così da proporre nuovi blocchi alla catena di Ethereum. Ciò mantiene la rete in esecuzione. Casper the Friendly Finality Gadget (CFFG) finalizza i blocchi alla catena. I validatori ricevono delle ricompense per la buona condotta ma il sistema taglia i depositi di un validatore che si comporta male.

Casper fornisce affidabilità rilevando le violazioni, essendo a conoscenza di quali validatori hanno violato le regole e punendoli. Fornisce inoltre una procedura sicura per fare entrare i nuovi validatori nel sistema e per farlo abbandonare da quelli esistenti. Le difese di sicurezza sono parte integrante di Casper.

Casper esiste in qualità di modulo indipendente e vive al di sopra di un meccanismo di proposta. Per Ethereum, l’attuale meccanismo di proposta sottostante è la PoW. La prima iterazione di Casper sarà posta al di sopra del meccanismo di consenso PoW esistente di Ethereum. Ciò lo renderà un sistema ibrido PoW/PoS. Il meccanismo PoW sottostante si presta a miglioramenti per il futuro. Alcune forme di approccio round-robin potrebbero sostituire il componente PoW.

Sotto il profilo della sicurezza, è anche vero che, in quanto sovrapposizione modulare, se gli hacker compromettono o corrompono il meccanismo di proposta del blocco sottostante, Casper è impotente. Finché Casper riceverà input validi e ragionevoli dal meccanismo di proposta, continuerà a funzionare normalmente. La sicurezza di PoS si basa su concetti teorici di ricompense e punizioni.

In quanto tale, la sicurezza deriva dalle dimensioni dei validatori di depositi affidati al sistema. Il rischio equivale alla ricompensa. Se un validatore disonesto vedrà un’opportunità per rubare 5 ether, ma ciò gli costerà 100 ether dal suo deposito, ne conseguirà un comportamento onesto. Viceversa, se un validatore disonesto vedrà un’opportunità per rubare 100 ether, ma dal suo deposito verranno fuori solo 5 ether, lo considererà probabilmente soltanto come il prezzo da pagare.

In quanto meccanismo di rete, Casper deve garantire l'integrità della blockchain ed essere sempre operativo.

“Sicurezza responsabile” e “vivibilità plausibile” definiscono due proprietà fondamentali di Casper. La sicurezza responsabile impedisce che due checkpoint in conflitto vengano finalizzati, a meno che almeno 1/3 dei validatori non violi le regole. La vivibilità plausibile garantisce che sarà sempre possibile finalizzare un nuovo checkpoint senza che alcun validatore violi le regole se almeno 2/3 dei validatori seguono il protocollo.

Nei progetti PoW standard, la catena più lunga è sempre definitiva. Casper è più complesso ed esistono casi limite in cui attenersi alla catena più lunga sarebbe dannoso. Di conseguenza, Casper implementa una logica più complessa che esamina i nodi radice dell'albero dei checkpoint e sceglie la catena più lunga che soddisfa tali criteri.

Casper dipende dalla teoria dei giochi e lo sviluppo del protocollo dipende fortemente dalla ricerca e dalla matematica. È un sistema complesso costituito da molti dettagli. Il 15 novembre 2017 Vitalik Buterin e Virgil Griffith hanno pubblicato i dettagli tecnici del sistema in un documento dal titolo “Casper The Friendly Finality Gadget”, che potete trovare qui: Casper The Friendly Finality Gadget

Nel sito web di Vitalik Buterin è presente un documento non datato e apparentemente precedente che utilizza lo stesso titolo, ma che contiene contenuti molto diversi e che è creato esclusivamente da Vitalik. Questo documento tratta di alcuni degli altri potenziali exploit di sicurezza che Casper attenuerebbe e potete trovarlo qui: Casper The Friendly Finality Gadget

Giorno 1 agosto 2015 ha fatto la sua comparsa sul blog di Ethereum un’introduzione a Casper scritta da Vlad Zamfir: Introducing Casper “the Friendly Ghost”.

L'algoritmo di consenso PoW ha avuto successo. I blocchi si inseriscono nella catena e gli utenti si affidano alla precisione della catena risultante. Tuttavia, il processo è lento, consuma molta elettricità e, per essere competitivi, i miner devono investire in hardware potenti. L’approccio PoS di Casper utilizza la teoria dei giochi per attenuare queste problematiche e garantire la sicurezza.

Casper potrebbe imbattersi in alcuni ostacoli nell’oscurità, ma con la flessibilità di un meccanismo di sovrapposizione modulare, risolvere i problemi di fissaggio e i miglioramenti di codifica è più semplice. Quantomeno, Casper fornisce una riflessione innovativa basata sulla ricerca e la matematica ed è probabile che fornirà idee per ulteriori innovazioni.