La Proof of Work (PoW), ovvero la prova di lavoro, è un protocollo nato per contrastare gli attacchi che mirano a interrompere il funzionamento di un sistema e per bloccare i messaggi indesiderati inviati via e-mail, quelli che chiamiamo spam. Le sue origini risalgono a un lavoro pubblicato nel 1993 dagli informatici Cynthia Dwork e Moni Naor. Nel 1999 è entrato nella letteratura con il nome attuale grazie agli studi dei ricercatori Markus Jakobsson e Ari Juels.
Durante lo sviluppo della PoW negli anni Novanta, l'impiego più diffuso era impedire le manovre volte a rendere inutilizzabili i sistemi informatici, in particolare gli attacchi DDoS (denial of service). Allo stesso modo, il protocollo veniva usato per arginare lo spam. Il 31 ottobre 2008 è comparso in una forma del tutto diversa dagli usi precedenti, all'interno del whitepaper di Bitcoin pubblicato da qualcuno — o da più persone — sotto il nome di Satoshi Nakamoto. Il documento intitolato "Bitcoin: Peer-to-Peer Electronic Cash System", che ha svelato al mondo la prima criptovaluta, ha mostrato come un sistema di pagamento affidabile e una criptovaluta possano esistere proprio grazie al protocollo Proof of Work.
La Proof of Work, trattata nella quarta sezione del documento, risponde alla domanda sul perché questo meccanismo faccia parte dell'infrastruttura di Bitcoin.
Come funziona la Proof of Work
Bitcoin e molte altre criptovalute sono sistemi blockchain protetti da reti di nodi decentralizzati. Il compito principale di questi sistemi è garantire la sostenibilità e la continuità della rete. Sulla rete operano soggetti chiamati miner, incaricati di aggiungere nuovi blocchi alla blockchain. Aggiungere questi blocchi è possibile soltanto risolvendo problemi matematici complessi e, poiché risolverli è molto difficile, servono processori potenti.
Il primo miner che risolve il problema e verifica le transazioni contenute nel blocco trasmette il risultato alla rete e ottiene la ricompensa in criptovaluta stabilita dalla rete stessa, oltre alle commissioni pagate per le transazioni presenti in quel blocco. Le transazioni verificate dai miner e pubblicate sulla rete vengono registrate in un registro distribuito chiamato blockchain. Tutti gli utenti collegati alla rete possono scaricare una copia della blockchain e allo stesso tempo verificare in prima persona tutti i blocchi approvati.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi del protocollo Proof of Work?
La Proof of Work, il protocollo più diffuso e fondamentale del settore delle criptovalute, porta cambiamenti radicali sul piano tecnologico ed economico permettendo a un sistema di pagamento e a una valuta di funzionare senza un'autorità centrale. La potenza di calcolo, ad esempio, è uno dei meccanismi chiave che assicurano la sicurezza dei dati nella rete. Grazie al protocollo Proof of Work, perché un attacco alla rete Bitcoin vada a segno bisognerebbe conquistare almeno il 51 per cento della potenza di calcolo della rete. Considerando le dimensioni odierne della rete Bitcoin e la sua enorme potenza di calcolo (hashrate), è assai improbabile che un attacco simile riesca. La potenza di calcolo rappresenta il numero di tentativi che i processori della rete riescono a compiere in un secondo e si può pensare come la sua forza di verifica.
Sebbene la necessità di controllare la maggior parte della potenza di calcolo per impadronirsi della rete sia considerata uno dei maggiori vantaggi del protocollo PoW per la sicurezza che offre, gli esperti esprimono anche il timore che ciò possa portare a una monopolizzazione. A un certo punto, quindi, questo enorme vantaggio diventa uno dei più grandi svantaggi del protocollo: i processori con la quota maggiore possono infatti avere il massimo potere di voto nella rete. Il principio della decentralizzazione, la caratteristica più importante della rete Bitcoin, entra così in contraddizione con i principi della rete stessa, per il rischio che i più forti si assicurino facilmente il controllo.
È molto improbabile che i mining pool di Bitcoin attivi arrivino a controllare il 51% della potenza di calcolo della rete. Nel 2017, però, il mining pool gestito da Bitmain, produttrice di dispositivi per il mining, riuscì a raggiungere il 45% della potenza di calcolo della rete.
Poiché un sistema basato sul protocollo PoW richiede un'elevata capacità di elaborazione, comporta un consumo di energia molto intenso. Questo può tradursi sia in costi elevati sia in un uso irresponsabile delle risorse energetiche.