Traduzione italiana di “https://iohk.io/en/blog/posts/2022/07/19/an-analysis-of-the-research-underpinning-cardanos-scalability/”
Traduzione italiana a cura di Lordwotton di RIOT Stake Pools. Se apprezzi queste traduzioni, per favore valuta di supportare il mio lavoro delegando i tuoi ada a RIOT 
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Un’analisi della ricerca alla base della scalabilità di Cardano
Uno sguardo più approfondito alla ricerca IOG, parte 4. Come le soluzioni di livello 1 e 2 creano una blockchain più veloce e più resistente
I precedenti post del blog hanno approfondito la ricerca fondamentale che ha permesso a Cardano di supportare un libro mastro multifunzionale per smart contract espressivi e asset nativi.
Nell’ambito della fase di sviluppo di Basho, Cardano è sottoposto a continui aggiornamenti e ottimizzazioni per una maggiore scalabilità e interoperabilità. Il post “Come stiamo scalando Cardano nel 2022” rifletteva sugli obiettivi di scalabilità di Cardano e discuteva anche dell’interoperabilità e del ruolo delle sidechain. Questo nuovo post analizza più da vicino la ricerca che consentirà questi miglioramenti graduali.
Scalare Cardano
La scalabilità è essenziale per una rete blockchain per supportare una base di utenti in espansione e garantire la crescita senza sacrificare il throughput.
La scalabilità di una blockchain richiede di solito un approccio combinato con una varietà di soluzioni adatte a ogni situazione e progetto. Ad esempio:
- Soluzioni di livello 1: aggiornamenti applicati direttamente al protocollo della catena principale.
- Soluzioni di livello 2: catene aggiuntive (sidechain) o soluzioni di livello 2 (rollup ZK) che aumentano le prestazioni della catena principale.
Soluzioni di scalabilità di livello 1
Il pipelining e gli input endorser sono due soluzioni on-chain che si prevede di implementare su Cardano nel 2022-2023. Il documento che illustra in dettaglio la ricerca effettuata sul pipelining non è ancora stato pubblicato, ma ecco alcune delle proprietà e delle motivazioni per l’introduzione del pipelining.
Pipelining in Ouroboros
Per capire cos’è il pipelining, definiamo innanzitutto il termine propagazione dei blocchi. Propagazione dei blocchi significa che i nodi che producono blocchi distribuiscono le informazioni sui nuovi blocchi attraverso la rete.
Il pipelining migliora i tempi di propagazione dei blocchi. L’obiettivo è che i blocchi vengano propagati ai peer entro cinque secondi. Il pipelining consente di raggiungere questo obiettivo dando ai nodi la possibilità di pre-notificare ai loro peer a valle un blocco in arrivo, consentendo al peer di pre-fetchare il corpo del nuovo blocco.
La ricerca presenta un’idea per propagare i corpi dei blocchi prima di averli completamente convalidati. In questo modo, il lavoro di convalida del corpo del blocco viene escluso dal percorso critico della propagazione del blocco e il tempo speso per la convalida viene sovrapposto all’invio del blocco al peer successivo nella rete. Questo riduce il tempo di propagazione dei blocchi, consentendo di aumentare le dimensioni dei blocchi o di migliorare Plutus. Di conseguenza, più grande è il blocco, più transazioni e script Plutus può trasportare, il che influenza anche il throughput della blockchain. Questi aggiornamenti saranno applicati a Cardano durante l’evento hard fork di Vasil.
Input endorser
Anche l’implementazione degli input endorser migliorerà i tempi di propagazione dei blocchi e il throughput. Gli input endorser tengono traccia di tutte le transazioni inviate e le raggruppano in blocchi precostituiti. Ciò significa che ci sono due serie di blocchi, quelli che contengono le transazioni e quelli che raggiungono il consenso. I blocchi che ottengono il consenso faranno riferimento ai blocchi precostituiti, che vengono costantemente trasmessi senza dover attendere il raggiungimento del consenso. Questo migliorerà la coerenza dei tempi di propagazione dei blocchi e consentirà tassi di transazione più elevati.
John Woods, ex direttore dell’architettura di Cardano presso IOG, ha dichiarato:
L’implementazione del pipelining è semplicemente una grande tecnologia. I benchmark sintetici mostrano guadagni di efficienza fino al 40%. È una parte importante della storia di come Cardano si scalerà per soddisfare la domanda nel 2022. Il 2023 vedrà l’alba di Ouroboros Leios (input endorser), che cambierà le carte in tavola. Si prevede che gli input endorser scaleranno Cardano per il prossimo mezzo decennio.
Tariffe differenziate
Un’altra iniziativa di ricerca degli scienziati dello IOG è l’implementazione di una tariffazione differenziata. Nel sistema attuale, tutte le transazioni sono trattate allo stesso modo senza la possibilità di modificarne la priorità, ad esempio pagando tariffe più alte per il gas. Questo approccio funziona bene finché il throughput della rete è paragonabile alla domanda di elaborazione delle transazioni. Tuttavia, quando l’utilizzo della rete aumenta, non tutte le transazioni possono essere incluse nella blockchain. La possibilità di un attacco denial of service (DoS) - che sfrutta il trattamento equo delle transazioni per far passare spam dannoso come transazioni legittime - richiede misure aggiuntive per sostenere la salute della rete.
La tariffazione a livelli consente di mantenere costanti le prestazioni del sistema in modo agile ed è particolarmente importante per prevenire gli attacchi DoS. La ricerca propone di mantenere la prevedibilità, l’equità e l’efficienza economica delle transazioni di Cardano, mitigando al contempo i problemi che potrebbero derivare da una maggiore domanda di rete. L’approccio propone un nuovo meccanismo di commissioni per le transazioni, in cui ogni blocco viene suddiviso in tre “livelli” (in base al caso d’uso). Ogni livello costituisce una percentuale stabilita della dimensione massima del blocco ed è progettato per diversi tipi di transazioni: eque, bilanciate e immediate. Quando la rete non è occupata, i livelli sono impostati in modo standard sulla priorità delle transazioni.
Soluzioni di scalabilità di livello 2
Per aiutare a scalare il numero di transazioni che possono essere elaborate contemporaneamente, una rete blockchain può creare una serie di sidechain, introdurre canali di stato o applicare uno schema di firma multipla basato su una soglia di stake, ad esempio.
Le sidechain
Il documento "Proof-of-Stake Sidechains
" è stato pubblicato nel 2019. Questo documento fornisce la prima definizione formale di cosa sia un sistema sidechain e di come gli asset possano essere spostati in modo sicuro tra le sidechain.
Gli scienziati di IOG hanno proposto una definizione di sicurezza che aumenta le proprietà note del registro delle transazioni di persistenza e vivacità per mantenerle su più registri e le migliora con una nuova proprietà di sicurezza “firewall”. Questo protegge ogni blockchain dalle sue sidechain, limitando l’impatto di un fallimento potenzialmente catastrofico della sidechain. Il documento fornisce inoltre una costruzione di sidechain adatta ai sistemi di sidechain proof-of-stake e coerente con il protocollo di consenso Ouroboros. Vengono presentate tecniche come il merged staking, la certificazione cross-chain e l’uso di più firme per garantire la resilienza delle sidechain agli attacchi malevoli.
Come risultato di questa ricerca, lo IOG ha sviluppato la sidechain Cardano EVM, attualmente in versione alpha su testnet. Sarà compatibile con gli strumenti e le librerie di Ethereum, consentendo agli sviluppatori di creare smart contract Solidity, DApp e token ERC20 su Cardano per ottenere vantaggi quali efficienza economica, scalabilità e sicurezza.
Hydra
Oltre alle sidechain, esistono altre soluzioni per migliorare la scalabilità della rete. I canali di stato Hydra, ad esempio.
Il documento di ricerca “Hydra: Fast Isomorphic State Channels” è stato pubblicato nel 2021. Il documento presenta Hydra, un canale di stato isomorfico multi-party. I canali di stato sono un’interessante soluzione di livello 2 per migliorare il throughput e la latenza delle blockchain. Hydra semplifica lo sviluppo di protocolli e smart contract off-chain adottando direttamente il sistema di smart contract di livello 1, consentendo così di utilizzare lo stesso codice sia on- che off-chain. Sfruttando il modello EUTXO, la ricerca suggerisce come sviluppare un protocollo off-chain veloce per l’evoluzione di Hydra Heads, il cui protocollo è attualmente in fase di implementazione su Cardano.
Mithril
Infine, per ottenere una maggiore scalabilità, è importante ottimizzare la velocità e l’efficienza della sincronizzazione dei dati tra le applicazioni. Per questo motivo, il team di ricerca dello IOG ha pubblicato il documento “Mithril: Stake-based Threshold Multisignatures” nel 2021.
Una convalida efficiente della catena è essenziale per ottenere una maggiore scalabilità in un ambiente blockchain. Ciò dipende anche dai vari messaggi firmati dai validatori della rete. Mithril affronta la complessità delle operazioni critiche che dipendono logaritmicamente dal numero di questi partecipanti. Dato il tempo necessario per convalidare un particolare messaggio e l’utilizzo di risorse durante la fase di convalida della sincronizzazione della catena, Mithril fornisce una soluzione che rende l’aggregazione di più firme veloce ed efficiente senza compromettere le caratteristiche di sicurezza.
Il documento riflette su come mantenere forti impostazioni di sicurezza nell’aggregazione multi-firma. Di conseguenza, Mithril può essere applicato per un protocollo di sincronizzazione della catena veloce, efficiente e sicuro. È vantaggioso per il voto sicuro, lo scambio di dati tra le sidechain e la sincronizzazione dei dati all’interno dei portafogli leggeri. Fa parte della fase Basho e sarà implementato nel 2022.
Le parole finali
Attualmente sono presenti 144 documenti nella biblioteca di ricerca dello IOG e questo numero è in costante crescita. Tutto il lavoro svolto ha sempre gettato e getterà ulteriormente le basi prima che qualsiasi funzionalità o aggiornamento venga distribuito su Cardano.
Nei prossimi mesi, rifletteremo di più sugli ultimi sviluppi e sulle ricerche in corso per quanto riguarda le ottimizzazioni del libro mastro, i miglioramenti della scalabilità e le iniziative di governance.