Che cos'è Ethereum?

Obiettivi didattici:

1. Che cos'è Ethereum
2. Come funzionano gli smart contract e la virtual machine Ethereum 
3. La differenza fra Ethereum e Bitcoin 
4. In che modo ‘la fusione’ ha cambiato Ethereum da Proof-of-Work (PoW) a Proof-of-Stake (PoS) 
5. I casi d’uso e l'ecosistema Ethereum

Che cos'è Ethereum?

Ethereum è una piattaforma open source basata su blockchain per l’implementazione di programmi chiamati smart contract senza necessità di passare da un’autorità centrale.

Soprannominato ‘il computer del mondo’, Ethereum e i suoi smart contract alimentano un marketplace aperto di applicazioni digitali (dApp). Dalla finanza ai governi fino a gaming e social network, le dApp hanno rivoluzionato i sistemi su autorizzazione di Amazon, Google e Facebook.

Ethereum gestisce anche una criptovaluta nativa denominata Ether (ETH), utilizzata per addebitare alle dApp il noleggio della potenza di calcolo di Ethereum. Una rete decentralizzata di computer registra il saldo dei conti ETH e lo stato degli smart contract, conservando queste informazioni sulla blockchain Ethereum.

Ethereum è stata concepita nel 2013 dal programmatore canadese Vitalik Buterin. L’idea di Buterin è nata da una rete di pagamento decentralizzato alternativa, nel momento in cui il programmatore si è reso conto che le blockchain potevano essere usate per scambiare altro oltre a semplici forme di denaro elettronico. 

Ethereum è stato lanciato in luglio 2015, e il suo successo ha ispirato un crescente ecosistema ormai del valore di miliardi di dollari. Alcune blockchain rivali come Solana e Cardano cercano di emulare e migliorare il concetto di Ethereum di computazione decentralizzata. 

Cambiamenti di stato e Ethereum Virtual Machine (EVM) 

Come qualsiasi sistema informatico, Ethereum ha un suo linguaggio (Solidity) con cui sono scritti gli smart contract. La piattaforma dispone anche di una modalità di elaborazione delle istruzioni codificate all’interno degli smart contract, denominata Ethereum Virtual Machine (EVM).

La EVM è condivisa fra tutti i computer che compongono la rete Ethereum. Il loro scopo è mantenere una versione canonica della EVM, ovvero una fonte indiscutibile e immutabile di verità sullo stato delle applicazioni e dei conti supportati da Ethereum. 

Ogni volta che si verifica un cambiamento in uno smart contract, o nel saldo di un conto in ETH, la transazione verrà inviata all’EVM e il suo stato verrà aggiornato e registrato nella blockchain Ethereum, con l’intera rete che dovrà concordare sulla sua precisione. 

Ethereum addebita costi per l’esecuzione di smart contract denominati in unità di Ether, noti come GAS. 

I partecipanti alla rete Ethereum 

Per mantenere la precisione e l’indipendenza della sua blockchain e consentire un accesso aperto a tutti gli utenti, Ethereum impiega una rete aperta con tre diversi partecipanti, noti come Nodi.

Un Nodo è un computer che esegue l’applicazione di rete (il client) che consente a Ethereum di funzionare. I client sono disponibili in diversi linguaggi di programmazione e da diverse fonti indipendenti, il che genera una diversità di client che migliora la sicurezza generale di Ethereum.

Tutti i nodi sono connessi l’uno all’altro in una rete che si coordina in maniera volontaria per verificare le transazioni e mantenere lo stato corretto della blockchain condivisa. 

Nodi completi

• Mantenere e conservare una copia della blockchain Ethereum 
• Periodicamente sfoltiti per gestire le dimensioni della blockchain 
• Possono fornire dati su richiesta  
• Possono verificare blocchi e stati 
• Possono convalidare nuovi blocchi 

Nodi leggeri 

• Mantenere e conservare una copia limitata della blockchain Ethereum con solo la quantità minima di dati richiesti per la transazione 
• Nodi archivio 
• Un archivio storico di tutti i cambiamenti di stato; non hanno facoltà di convalidare i blocchi 

Il meccanismo di consenso di Ethereum 

I Nodi completi eseguono due porzioni del software client: una per eseguire le istruzioni dello smart contract o nuove transazioni sulla EVM, l’altra è il software di consenso per garantire che tutte le modifiche siano valide.

Eseguendo un client validatore, i Nodi completi possono fungere anche da validatori essi stessi. Un validatore ha facoltà di proporre nuovi blocchi contenenti un lotto delle ultime modifiche di saldo e di stato da aggiungere alla blockchain. In cambio del loro servizio, i validatori ricevono un premio in ETH più una porzione delle commissioni addebitate per la transazione.

La procedura di Ethereum per concordare sulla validità delle informazioni registrate nei nuovi blocchi è denominata Proof-of-Stake (PoS).

Nel PoS, i Nodi completi che fungono da validatori (ovvero staker) vengono selezionati per creare nuovi blocchi e convalidare le transazioni in base alla quantità di ETH che impegnano.

I validatori devono mettere a disposizione almeno 32 ETH, ma più ETH vengono impegnati al di sopra di questa soglia, più probabilmente un validatore verrà scelto per proporre un nuovo blocco. L’alternativa è contribuire con meno di 32 ETH a una staking pool. 

Le staking pool sono gestite da un validatore singolo con facoltà di proporre nuovi blocchi. Il premio che tu puoi ricevere sarà proporzionato al tuo contributo alla pool.

Nel sistema di consenso PoS Ethereum, i validatori vengono scelti in maniera casuale per proporre nuovi blocchi e convalidare le transazioni in slot ogni 12 secondi. 

Gli ETH impegnati (staked) fungono da garanzia accessoria, un impegno finanziario volto a disincentivare la convalida di transazioni non valide o i tentativi di doppia spesa, poiché le tue quote impegnate possono essere sottoposte a sanzioni o sequestrate. 

Proof-of-Stake  

Per capire meglio come funziona il sistema PoS possiamo combinare l'esecuzione, il consenso e la proposta di blocchi in una sequenza end-to-end semplificata per una transazione ETH.

• La nuova transazione ETH viene firmata tramite codice privato tramite un portafoglio cripto, allegando una commissione per incoraggiare il validatore ad aggiungere la transazione a un nuovo blocco. 

• La transazione viene quindi inviata a un Nodo completo che esegue il client di esecuzione per garantire che il saldo del mittente possa coprire la commissione, e verificare che il codice privato sia valido.

• Il Nodo aggiunge il blocco a un’area riservata ai nuovi blocchi in attesa, anche nota come mempool, quindi lo trasmette agli altri nodi affinché faccino lo stesso. 

• Un validatore viene selezionato in maniera casuale per proporre un blocco per lo slot attuale. Il client di esecuzione genera la modifica di stato aggiornata e il livello di consenso permette alla rete di concordare la sequenza di questo blocco beacon. 

• Il blocco beacon viene trasmesso ad altri nodi. I nodi lo eseguono e lo convalidano, ed esso diventerà il blocco sequenziale successivo aggiunto alla versione locale della blockchain Ethereum. 

• Il validatore riceve il premio più le commissioni.  

• Il processo si ripete ogni 12 secondi, facendo crescere la fornitura di ETH e ampliando la blockchain Ethereum, il suo registro storico degli stati e le variazioni di saldo. 

La “tokenomics” di Ethereum 

Il termine “tokenomics” descrive il modo in cui i meccanismi di distribuzione e di premio influenzano la fornitura di criptovalute e le loro variazioni nel corso del tempo. L’aumento della domanda genera inflazione, riducendo il potere d’acquisto di una valuta e la sua efficacia in termini di mantenimento del valore.

Una determinata quantità di Ethereum è stata rilasciata al momento del lancio, anche nota come “pre-mine”. Parte di essa è stata messa a disposizione per l'acquisto da parte del pubblico tramite una ICO (Initial Coin Offering) e parte è stata distribuita a fondatori e contributori. 

Al momento del lancio, Ethereum utilizzava lo stesso meccanismo di consenso di Bitcoin (Proof-of-Work). Tuttavia, senza tetto massimo alla fornitura, i premi producevano un’inflazione annua di ETH del 4,5%.

Oltre ai blocchi premio, i validatori Ethereum sono incentivati ad aggiungere transazioni e modifiche di stato ai nuovi blocchi. Ciò rimane vero sotto il sistema PoS, ma un meccanismo introdotto in agosto 2021 per eliminare una parte delle commissioni di transazione ha avuto un impatto cruciale sulla sua “tokenomics”, riducendo l’inflazione annua di Ethereum quasi a zero.  

Bitcoin, Ethereum & la fusione (“merge”) 

La riduzione dell’inflazione di Ethereum ha avuto implicazioni importanti per la funzione di ETH come sistema affidabile di mantenimento di valore e rispetto a Bitcoin, che ha un tetto massimo fissato a 21 milioni di coin.

Ethereum ha un elemento di differenza chiave, essendo passato da PoW a PoS in settembre 2022 (la “fusione”). 

Il PoS è considerato un’alternativa più ecosostenibile ed efficiente in termini energetici rispetto al PoW, che richiede notevoli quantità di energia elettrica per fornire la potenza computazionale necessaria a confermare le transazioni e creare nuovi blocchi.

Ethereum dichiara che il PoS ha ridotto la sua impronta di carbonio di circa il 99,992%, ma i critici sostengono che il modello di staking e i requisiti porteranno prima o poi alla centralizzazione. 

Il futuro di Ethereum 

La Fusione ha bloccato gli ETH impegnati, ovvero ha fatto sì che gli staker non fossero in condizione di prelevare né i coin impegnati originariamente né i premi accumulati nel corso del tempo fino all’Aggiornamento di Shanghai, il 12 aprile 2023. 

Con lo sblocco dello staking e la neutralità dell'inflazione, la speranza è che le ricompense del validatore di Ethereum possano rivaleggiare con i rendimenti a reddito fisso del mercato obbligazionario, il cui valore di 133 trilioni di dollari è pari a oltre 100 volte la capitalizzazione di mercato dell'intero ecosistema delle criptovalute.

Dopo la fusione, Ethereum risulta ancora limitata nel numero di transazioni elaborate al secondo, il che fa salire i costi dello spazio di ogni blocco e ha causato la proliferazione di soluzioni “layer 2". Tuttavia, la fusione ha creato le condizioni per il miglioramento della scalabilità di Ethereum tramite una funzione di prossima implementazione, Danksharding. 

Danksharding consentirà l’uso di un nuovo formato temporaneo di blocco, noto come “blob”, che può essere eliminato nel corso del tempo. In questo modo sarà possibile liberare spazio di archiviazione, la maggiore causa dell’aumento dei costi.

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