Prova di storia: guida completa al funzionamento e utilizzo nella blockchain

Cosa è la proof-of-history e come funziona?

La proof-of-history (PoH) è un meccanismo innovativo che risolve il problema della sincronizzazione temporale all’interno delle reti blockchain. In un contesto distribuito, come quello di Solana, la sfida principale è stabilire un comune cronologico di transazioni, dato che la comunicazione diretta tra i nodi può generare ritardi e compromettere la rapidità di finalizzazione delle transazioni.

La PoH utilizza una funzione di ritardo verificabile (VDF), basata su hashing SHA-256, per creare una sequenza continua e sequenziale di hash. Ogni hash fa riferimento al precedente, creando così una cronologia unica e verificabile delle transazioni. Ciò consente a ciascun nodo della rete di seguire un “orologio” crittografico che ordina le transazioni senza necessità di un consenso costante sui tempi e sull’ordine. Questo approccio non solo accelera il processo di convalida, ma lo rende anche più efficiente, poiché i nodi possono validare blocchi e transazioni in una sequenza preordinata.

In sostanza, la PoH permette a Solana di gestire un elevato throughput di transazioni, posizionandosi come una delle blockchain di layer-1 più performanti, grazie alla combinazione di PoH e un sistema di proof-of-stake (PoS) che garantisce sicurezza e decentralizzazione. Questa sinergia fa sì che Solana possa elaborare migliaia di transazioni al secondo, superando i colli di bottiglia che affliggono altre reti blockchain tradizionali.

Necessità della proof-of-history

La proof-of-history (PoH) risponde a una delle questioni più critiche nelle reti blockchain distribuite, ovvero la sincronizzazione di un cronologia comune delle transazioni. Molti sistemi blockchain tradizionali affrontano questa sfida tramite meccanismi di consenso che dipendono da una comunicazione continua tra i nodi, un processo che diventa sempre più problematico man mano che il numero di nodi aumenta. Tali approcci possono causare ritardi significativi nella finalizzazione delle transazioni, rendendo il sistema meno reattivo.

Il fondatore di Solana, Anatoly Yakovenko, ha riconosciuto e affrontato questo “problema dell’orologio” attraverso l’introduzione di una soluzione crittografica che fornisce un registro storico delle transazioni. Ogni transazione è dotata di un timestamp verificabile, permettendo la creazione di un ordine cronologico di eventi senza dover concordare costantemente su tempi e sequenze con altri nodi. Questo approccio ha reso la PoH una caratteristica centrale della rete Solana, distintiva da altri sistemi, poiché consente transazioni ad alta velocità mantenendo al contempo la decentralizzazione.

La necessità della PoH si evidenzia soprattutto in contesti che richiedono velocità e capacità di elaborare un numero elevato di transazioni al secondo. Grazie alla PoH, Solana è in grado di affrontare le inefficienze delle reti esistenti, stabilendo un nuovo standard per le blockchain in termini di prestazioni complessive e costi di transazione. La PoH non è solo un miglioramento tecnico; è un’innovazione che trasforma radicalmente il modo in cui le blockchain possono operare e competere nell’ecosistema digitale attuale.

Come funziona la proof-of-history

Il meccanismo della proof-of-history (PoH) stabilisce un “orologio” crittografico che permette di assegnare a ciascuna transazione un timestamp univoco. Questo processo utilizza una funzione di ritardo verificabile (VDF), implementata attraverso l’hashing SHA-256, per generare una catena continua e sequenziale di hash. Ogni nuovo hash fa riferimento a quello precedente, creando una cronologia intrinsecamente verificabile delle transazioni.

La caratteristica distintiva della PoH è che ogni hash è sia verificabile che dipendente dal precedente, consentendo così a tutti i nodi della rete di seguire un unico flusso temporale. Questa configurazione evita la necessità di comunicazioni dirette tra i nodi stessi per concordare l’ordine delle transazioni. Pertanto, i nodi possono convalidare blocchi e transazioni in una sequenza predefinita, accelerando notevolmente l’intero processo.

Grazie a questo meccanismo, Solana riesce a migliorare sensibilmente l’efficienza dell’elaborazione delle transazioni, gestendo un volume di operazioni molto superiore rispetto a molte altre blockchain. Utilizzando la PoH, non solo la rete migliora la velocità di finalizzazione delle transazioni, ma si allinea anche su un cronologia predefinita, riducendo le probabilità di conflitti e aumentando la coerenza del sistema.

Come la PoH accelera il consenso su Solana

La proof-of-history (PoH) gioca un ruolo cruciale nel velocizzare il consenso su Solana, ottimizzando il processo di validazione delle transazioni. A differenza dei sistemi tradizionali di proof-of-stake (PoS) o proof-of-work (PoW), dove la creazione dei blocchi dipende da un processo di votazione distribuito che necessita di un accordo sulla tempistica e sull’ordine delle transazioni, la PoH consente a Solana di preordinare le transazioni. Questa innovazione permette ai validatori di elaborare le transazioni man mano che arrivano, senza dover aspettare l’approvazione da parte dell’intera rete.

In pratica, PoH riduce significativamente la comunicazione necessaria tra i nodi, abbattendo così i tempi di latenza e aumentando l’efficienza del sistema. Ogni nodo ha accesso a una cronologia verificabile condivisa, il che consente un consenso più rapido. Solana è in grado di raggiungere tempi di blocco prevedibili e veloci, registrando regolarmente 400 millisecondi per la creazione di nuovi blocchi, una velocità che supera di gran lunga quella di molte blockchain centralizzate.

Grazie all’implementazione di PoH, Solana affronta con successo il problema della sincronizzazione, rendendo possibili transazioni ad alta velocità e con elevata consistenza. Questo approccio innovativo garantisce che la rete sia non solo rapida, ma anche in grado di gestire migliaia di transazioni al secondo senza compromettere la sicurezza o la decentralizzazione.

Interazione tra proof-of-history e proof-of-stake

La proof-of-history (PoH) e la proof-of-stake (PoS) lavorano in sinergia su Solana, unendo il meglio di entrambi i meccanismi per garantire un’adeguata sicurezza e velocità. Sebbene la PoH stabilisca l’ordine temporale delle transazioni fornendo un registro cronologico verificabile, è la PoS a gestire la selezione dei validatori e a mantenere la sicurezza della rete. In questo sistema, i validatori sono scelti in base alla quantità di stake detenuta; più alto è lo stake, maggiore è la probabilità che un validatore venga selezionato per aggiungere nuovi blocchi alla blockchain.

Questa selezione ponderata sugli stake contribuisce a rinforzare la sicurezza della rete, allineando gli interessi dei validatori a quelli della rete stessa. Il meccanismo funziona in questo modo: la PoH genera una lista ordinata di eventi mentre la PoS determina quali validatori possono aggiungere tali eventi alla blockchain. Il validatore designato, detto anche “leader”, ha il compito di raccogliere e ordinare le transazioni secondo i timestamp forniti dalla PoH.

Questa distinzione dei ruoli consente a Solana di mantenere alte le prestazioni senza sacrificare la sicurezza. I validatori, prevedendo il loro ruolo attraverso un sistema di rotazione noto e basato su PoH, possono prepararsi in anticipo per le loro responsabilità. L’interazione tra questi due protocolli non solo ottimizza il processo computazionale, ma garantisce anche che la rete rimanga robusta e decentralizzata, una combinazione che si dimostra difficile da raggiungere per molte altre blockchain.

Ruolo del validatore principale nella creazione dei blocchi su Solana

All’interno della rete Solana, il validatore principale, noto anche come “leader”, svolge un ruolo cruciale nella creazione e organizzazione dei blocchi. Durante un intervallo di tempo predefinito, chiamato “slot” — che dura circa 400 millisecondi — il leader ha la responsabilità di raccogliere e ordinare le transazioni in base alla cronologia fornita dalla proof-of-history (PoH). Questo sistema di assegnazione delle responsabilità permette un’efficienza maggiore rispetto ai modelli tradizionali, in cui il consenso sull’ordine delle transazioni può essere lungo e laborioso.

Utilizzando la PoH, il leader timestamp le transazioni non appena arrivano, creando un ordine specifico senza necessità di convalidare attivamente la sequenza con altri validatori. Questa preordinazione delle transazioni consente un processo di validazione snodato: una volta creato e firmato un blocco, il leader lo trasmette agli altri nodi della rete. La validazione del blocco avviene rapidamente, poiché gli altri nodi possono confrontarlo con la cronologia fornita dalla PoH, senza dover avviare ulteriori comunicazioni per stabilire l’ordine.

Questo approccio è fondamentale per scalare le operazioni su Solana, mantenendo alte velocità di creazione e conferma dei blocchi. Il ciclo di produzione continua grazie alla rotazione programmata dei leader, che è nota ai validatori e permette loro di prepararsi per il proprio turno, facilitando così un flusso costante di transazioni. La sinergia tra la PoH e il ruolo del leader non solo accelera il processo, ma assicura anche che la rete possa gestire in modo efficace un elevato volume di transazioni, elevando soluzioni innovative nel panorama delle blockchain.

Innovazioni aggiuntive su Solana: Turbine e Pipelining

Solana non si limita alla sola proof-of-history (PoH) per raggiungere alti livelli di prestazione; integra anche tecnologie avanzate come Turbine e Pipelining, progettate per ottimizzare ulteriormente le sue capacità. In un ambiente decentralizzato, la velocità di propagazione delle informazioni è cruciale per mantenere l’efficienza della rete. Turbine affronta questa sfida segmentando i dati in pacchetti più piccoli, che vengono distribuiti ai nodi in parallelo, simile al funzionamento del protocollo BitTorrent. Questo approccio assicura che la rete possa sostenere un elevato volume di transazioni senza compromettere i tempi di latenza.

Il sistema di Pipelining di Solana consente alle diverse fasi del processo di elaborazione delle transazioni di operare simultaneamente. Scindendo le attività di elaborazione, Solana riesce a mantenere un flusso continuo di operazioni, ottimizzando l’efficienza e aumentandone il throughput. Grazie a questa architettura, le transazioni non devono attendere che ciascuna fase sia completata, portando a una significativa riduzione dei tempi di attesa.

Combinando Turbine e Pipelining con la PoH, Solana è capace di affrontare e superare i comuni colli di bottiglia delle blockchain tradizionali. Questa integrazione di tecnologie all’avanguardia rende la rete una delle più veloci e performanti nel panorama blockchain attuale, stabilendo un nuovo standard per l’efficienza operativa e la scalabilità delle transazioni.

Perché Solana non ha una mempool

Nel contesto delle blockchain, una mempool funge da area di attesa per le transazioni non confermate. Tuttavia, Solana si distingue per l’assenza di una mempool tradizionale, grazie alle funzionalità innovative della proof-of-history (PoH). La PoH permette di timestampare ogni transazione non appena entra nella rete, consentendo un’elaborazione in tempo reale. Questo processo immediato elimina la necessità di una mempool, poiché le transazioni sono ordinate e gestite senza ritardi e senza accumularsi in un’area di attesa.

La velocità con cui Solana tratta le transazioni è in gran parte attribuibile a questo meccanismo. Con PoH, ogni transazione è gestita in modo tale da essere accettata e ordinata rapidamente, oppure scartata nel caso in cui non possa essere elaborata. Questo approccio semplifica notevolmente il flusso delle operazioni, riducendo la latenza e garantendo che le transazioni si svolgano con il minimo ritardo, un fattore cruciale per la performance della rete.

È importante sottolineare che l’eliminazione della mempool richiede una gestione attenta dei compiti dei validatori e della sicurezza della rete. Ogni validatore deve garantire che non ci siano congestioni; pertanto, Solana ha implementato meccanismi che bilanciano velocità e sicurezza, rendendola una delle blockchain più veloci e scalabili attualmente in uso. Questa progettazione assicura che la rete non solo funzioni rapidamente, ma anche in modo sicuro, offrendo un servizio di alta qualità agli utenti.