Introduzione

Negli ultimi mesi abbiamo potuto vedere con i nostri occhi quanto le situazioni possono cambiare repentinamente, come la quantità di fornitura di materie prime, la stabilità di un governo o la situazione ambientale mondiale.

In un periodo storico in cui buona parte dell’attenzione nel mondo dell’industria e dei governi è concentrata sulla sostenibilità, seppur esistono settori, in particolare quelli non regolamentati, che ancora non hanno definito le linee guide per un futuro più sostenibile, qualcuno tra di loro cerca di guardare avanti.

Un esempio, ormai discusso in larga scala, è il consumo di energia necessario per permettere il funzionamento della rete del Bitcoin (e altri crypto asset) e le proposte innovative di altre Blockchain di ultima generazione basate su algoritmi di consenso completamente diversi.

In questa ricerca, introdurrò brevemente il concetto di criptovaluta partendo dalla nascita del Bitcoin per collegarmi all’evoluzione della Blockchain con le innovazioni portate da Ethereum; cercherò di spiegare il motivo per cui è necessaria un’importante quantità di energia nel meccanismo di consenso Proof of Work, presentando alcune innovazioni per ovviare al problema del consumo di energia, cercando di studiare il modello ibrido che Ethereum sviluppando.

Il Bitcoin e la nascita della Blockchain

Il Bitcoin, la prima criptovaluta presentata a livello mondiale, nacque in un periodo di crisi dei mercati finanziari, nell’ottobre del 2008 dal paper “Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System” di Satoshi Nakamoto con l’intento di superare i limiti delle banche e delle monete Fiat, creando un sistema di pagamento che permettesse il trasferimento di valore in modo sicuro tra persone, fondato sull’assunzione che non bisogna fidarsi di nessuno (da qui l’assenza di intermediari) e che nessuno può manomettere il sistema (per la decentralizzazione e i metodi di sicurezza utilizzati). Questo sistema, conosciuto con il nome di Blockchain, sfrutta le caratteristiche della crittografia per rendere sicuro un network in cui, tramite un registro distribuito tra gli utenti vengono trascritte le transazioni senza la necessità di intermediari e senza la possibilità di modificare le transazioni passate.

Il concetto alla base dell’invenzione del Bitcoin è quindi la sicurezza con la quale avvengono le transazioni, la loro immutabilità e la loro registrazione nel Distributed Ledger (registro distribuito in ingelse), infatti il sistema utilizzato per convalidare le transazioni tra gli utenti non è altro che la risoluzione da più nodi in competizione di un complesso calcolo matematico che richiede un’alta potenza di calcolo computazionale.

Ogni 10 minuti, migliaia di computer, collocati in tutto il mondo, vengono utilizzati per il calcolo sopraindicato e hanno bisogno di essere costantemente collegati a fonti di energia (oltre ad avere costose schede grafiche), se questo non accadesse, non sarebbe possibile convalidare le transazioni e rendere sicuro il network.

Questo sistema, o meglio, meccanismo di consenso SHA-256, è conosciuto con il nome di Proof of Work, ovvero prova di lavoro, la quale verifica che un Miner (nodo della rete) abbia veramente risolto le equazioni matematiche nel calcolo dell’Hash che gli permetterà di costruire un blocco contenente un numero di transazioni da aggiungere al registro distribuito (condiviso con la rete degli utenti), ricevendo una ricompensa in Bitcoin che si dimezza ogni 4 anni (processo di Halving).

Secondo i dati pubblicati da Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI) dell’università di Cambridge, l’ecosistema di cui ho appena parlato che permette il funzionamento della rete Bitcoin consuma circa 134 TeraWatt all’ora (TWh).

Nel grafico in alto si comprende che l’energia richiesta dalla Blockchain di Bitcoin (colonna Gialla) è circa pari a quella consumata da nazioni come ad esempio Norvegia, Finlandia, Egitto ed Ucraina, quindi, sebbene si tratti di un sistema digitale, il consumo è davvero elevato.

Ethereum: nascita e sviluppo

Fondata nel 2014, Ethereum ha cercato di assimilare l’utilizzo della Blockchain e della crittografia per implementarle in un sistema che andasse oltre il semplice pagamento peer-to-peer.
Ethereum è una piattaforma che rende possibile la creazione e la pubblicazione di applicazioni decentralizzate (di finanza, di videogiochi, di social media) e Smart Contracts, utilizzata per codificare, decentralizzare, assicurare e scambiare qualsiasi bene (esiti di esami, borse valori, contratti di qualsiasi natura, proprietà intellettuale).

Gli smart contract (in italiano contratti intelligenti) precedono l’invenzione della Blockchain; infatti, sono stati introdotti dal crittografo Nick Szabo nel 1994 come contratti legali digitalizzati; l’attuale versione implementata in Ethereum è un programma capace di assolvere compiti predeterminati senza possibilità di modifica a posteriori, manomissione o censura.

Prendendo in prestito il concetto di consenso decentralizzato dalla Blockchain di Bitcoin, Ethereum è riuscita a costruire un ecosistema del valore di capitalizzazione di oltre 300 miliardi di dollari, circa un terzo del valore del Bitcoin.
Ethereum voleva fornire un protocollo alternativo per la creazione di dAPP (applicazioni decentralizzate), creando un campo comune per standardizzare il sistema, riducendo i tempi di sviluppo, apportando sicurezza e interoperabilità.

Questa missione viene raggiunta tramite la costruzione di una Blockchain con un linguaggio di programmazione integrato e permettendo a chiunque di scrivere Smart Contract e dAPP con poche linee di codice, creando le proprie regole di funzionamento, di transazione e di funzione.
La Blockchain si chiama EVM (Ethereum Virtual Machine) e funziona tramite l’utilizzo della cryptovalute nativa Ether come pagamento delle commissioni dagli utenti.

Il consumo energetico

La quantità di energia utilizzata dal meccanismo di consenso di Bitcoin ed Ethereum è cresciuta esponenzialmente negli ultimi anni, diventando oggi insostenibile.
Sebbene il meccanismo di Proof of Work sia un metodo robusto per assicurare la protezione della rete, esso comporta anche degli aspetti negativi come, ad esempio, l’alto consumo di energia.

Per comprendere meglio il consumo di energia nel settore delle criptovalute, è necessario introdurre il concetto di Hash Rate.
L’Hash Rate nel Data Mining rappresenta una metrica di sicurezza, o meglio in questo caso è l’unità di misura della potenza di elaborazione dei nodi minatori; di fatti maggiore l’Hash Rate, maggiore è la sicurezza di una rete in caso di attacchi esterni.

La crescita dell’Hash Rate (e quindi l’aumento della sicurezza del network) è strettamente legata alla crescente potenza di calcolo dei server usati per il Mining che, come conseguenza, aumenta i costi relativi all’attività di “estrazione” della criptovaluta.

In altre parole, i minatori, cercando di aumentare la probabilità di vincere la competizione di validazione e di creazione dei nuovi blocchi e quindi di aggiudicarsi una remunerazione, investiranno sempre più risorse in computer sempre più potenti, i quali ovviamente consumeranno sempre più energia.

Come possiamo vedere dalla Figura in basso a sinistra, fornita da Digiconomist, dall’inizio del 2021 il consumo di energia della Blockchain di Ethereum è aumentato di quasi il 500% (da circa 20 TWh all’anno a circa 110 TWh). Questo aumento è avvenuto proprio in corrispondenza del repentino aumento dell’Hash Rate come mostrato dalla seconda figura in basso.

Rimani aggiornato per la seconda parte dedicata alla formula ibrida che Ethereum sta per lanciare!