Quando si valutano le apparentemente innumerevoli piattaforme blockchain apparse negli ultimi anni, né gli utenti né i critici mancano di sottolineare la scalabilità. Recentemente, con lo sviluppo della tecnologia di sharding, si stanno facendo miglioramenti reali nell’area della scalabilità della blockchain. Un progetto, in particolare, ha costruito una nuova potente tecnologia con il potenziale di migliorare notevolmente la scalabilità delle catene pubbliche.
Alephium , il progetto di Cheng Wang, mira a scalare le blockchain per gestire decine di migliaia di transazioni al secondo [10.000+ TPS] in una rete aperta e senza permessi. Il suo algoritmo di base, chiamato BlockFlow, combina la tecnologia sharding con DAG [Directed Acyclic Graph] e utilizza un modello scalabile UTXO [Unspent Transaction Output] per risolvere l’inefficienza delle prestazioni dello sharding durante le transazioni cross-shard. Scomponendo i contratti intelligenti in protocolli token e protocolli dati, Alephium permette agli sviluppatori di costruire dApps che supportano scenari ad alta concorrenza pur mantenendo le funzionalità Turing-complete dei contratti intelligenti.
In che modo Alephium differisce dai progetti di sharding esistenti?
Alephium è semplice, efficiente, sicuro e pragmatico. Tuttavia, la caratteristica più significativa di Alephium è il suo supporto nativo per le transazioni cross-shard che fornisce un’esperienza utente simile alle piattaforme a catena singola. L’algoritmo BlockFlow di Alephium segue gli stessi presupposti minimi di rete di Bitcoin – una rete aperta e asincrona. Essendo una piattaforma decentralizzata e senza permessi, tutti possono contribuire al consenso e alla sicurezza di Alephium.
Metodi di sharding
In una struttura a catena singola, l’hash di ogni blocco è memorizzato nell’intestazione del blocco successivo. Questo permette di comprimere le transazioni dell’intera rete in una singola lista di transazioni. Tuttavia, forzare l’ordine totale delle transazioni riduce in ultima analisi il throughput complessivo del sistema e aumenta la latenza.
Alephium spera di affrontare questi problemi di scalabilità attraverso il loro algoritmo BlockFlow combinando sharding e DAG, che riduce il carico di transazioni di ogni nodo in modo significativo. Nell’esempio precedente con tre gruppi di indirizzi, ci sono nove shard in totale. Con BlockFlow, i nodi appartenenti al gruppo di indirizzi B devono solo scaricare le transazioni da cinque dei nove shard. Questo migliora notevolmente la scalabilità della piattaforma.
Molti progetti di sharding supportano le transazioni cross-shard oggi, ma di solito si basano su metodi che influenzano negativamente il throughput del sistema. Il progetto Alephium usa il suo modello di sharding a due strati per migliorare le transazioni cross-shard in modo da migliorare le prestazioni del sistema generale. Il primo strato di sharding è per gli indirizzi delle transazioni, e il secondo strato di sharding è per le transazioni basate sui risultati dello sharding del primo strato dei loro indirizzi di ingresso e di uscita [vedi la figura sopra]. L’UTXO per ogni transazione cross-shard in Alephium si trova all’indirizzo dello shard ricevuto, il che riduce i soliti due passi richiesti per le transazioni cross-shard ad uno solo. Con l’immutabilità e l’atomicità di UTXO, è più facile prevenire le spese malevole in parallelo.
Regola di scelta del fork: Una delle più grandi sfide che circondano gli algoritmi di sharding è raggiungere il consenso in tutti gli shard mentre alcuni shard hanno fork temporanei. Questo è spesso indicato come la regola della scelta del fork. Il consenso BlockFlow di Alephium usa una struttura dati DAG per risolvere le dipendenze dei fork nella rete.
Come mostrato nella figura sopra, ogni nuovo blocco in BlockFlow include un insieme di hash accuratamente selezionati di blocchi esistenti come dipendenze. Le regole di selezione garantiscono che queste dipendenze determinino un unico fork per ogni shard nel sistema. Pertanto, ogni nuovo blocco determina un libro mastro unico che è distribuito su tutti gli shard. Le dipendenze per ogni nuovo blocco sono scelte dai minatori in modo che siano conformi alle regole di selezione di BlockFlow e che il lavoro accumulato in questi fork sia massimizzato. Estraendo nuovi blocchi da tutti gli shard in parallelo, il libro mastro con il maggior lavoro continua a crescere e i nodi della rete devono convalidare queste dipendenze quando ricevono un nuovo blocco.
Sicurezza: A causa delle dipendenze tra i blocchi di diversi shard, un attacco a un particolare shard richiederebbe attacchi anche agli altri shard. Come tale, il costo della doppia spesa rimane al 51% della potenza mineraria totale.
Alto rendimento: La nuova tecnologia di Alephium introduce significativi aumenti di prestazioni. Alla fine del 2018, Alephium ha raggiunto un throughput di picco di oltre 10.000 TPS durante i test della sua versione Alpha con istanze di livello consumer su AWS.
Applicazioni decentralizzate
L’approccio efficiente e pratico di Alephium alle dApp combina protocolli di token, protocolli di dati e contratti intelligenti. Nella maggior parte dei casi, i contratti intelligenti sono suddivisi in protocolli token e protocolli dati, che sono naturalmente scalabili su tutti gli shard. Il protocollo token di Alephium offre programmabilità. Gli sviluppatori possono sfruttare il protocollo token per costruire dApps semplici ma efficienti. Nel frattempo, i contratti intelligenti completi di Turing sono ancora supportati per shard selezionati chiamati shard intra-gruppo, e le dApps possono beneficiare delle transazioni cross-shard senza sacrificare le caratteristiche standard dei contratti intelligenti. Come tale, Alephium è la prima piattaforma pratica a supportare efficienti dApps cross-shard.
Team
Alephium è sostenuto da un team impressionante. Il fondatore Cheng Wang è un esperto in crittografia e calcolo distribuito. In precedenza ha lavorato come ingegnere di algoritmi presso BestMile ed è stato un Senior Data Scientist presso Swisscom. Ha proposto il primo algoritmo di accordo bizantino asincrono a tempo lineare ed è co-autore dei documenti di ricerca “Beyond One Third Byzantine Failures” e “A Thrifty Universal Construction”, che hanno vinto il NETYS Best Paper Award 2015.
Alois Cochard, cofondatore di Alephium, è stato in precedenza CTO di BestMile, che si è classificato secondo nella Top 100 Swiss Startup Awards nel 2018. È un architetto esperto in sistemi distribuiti e ha tenuto discorsi in note conferenze di programmazione funzionale.
Conclusione
Con la combinazione unica di sharding e tecnologia DAG, l’algoritmo BlockFlow di Alephium sfida i confini delle prestazioni e della scalabilità della blockchain. Con miglioramenti verificabili al throughput e un design di protocollo pratico ed efficiente, gli sviluppatori sono in grado di costruire dApps ad alte prestazioni che mantengono la completezza di Turing.