Quali sono le soluzioni Layer-2 di Bitcoin

Man mano che Bitcoin continua a crescere in popolarità, il suo design originale, che supporta solo sette transazioni al secondo, spesso fatica con la scalabilità. Questo porta a commissioni più elevate e tempi di transazione più lunghi. Per combattere queste sfide, sono state sviluppate soluzioni di Livello Due (L2) per Bitcoin. Queste soluzioni migliorano la rete Bitcoin elaborando le transazioni al di fuori della blockchain principale, aumentando così il throughput delle transazioni pur mantenendo la sicurezza e abilitando nuove funzionalità come i contratti intelligenti.

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Indice

Cosa Sono le Soluzioni Layer-Two di Bitcoin?

Le soluzioni layer-two di Bitcoin (Bitcoin L2s) sono protocolli secondari costruiti sopra la blockchain principale di Bitcoin. Il loro scopo è affrontare problemi di scalabilità, migliorare la velocità delle transazioni e ridurre le commissioni. Alcuni L2s introducono anche funzionalità di smart contract, espandendo i potenziali casi d'uso di Bitcoin. Creando un livello di esecuzione separato, queste soluzioni gestiscono le transazioni off-chain e utilizzano la blockchain principale solo per il regolamento finale.

Differenze Chiave tra le Soluzioni Layer-Two di Bitcoin ed Ethereum

Bitcoin ed Ethereum, pur utilizzando entrambi soluzioni layer-two, differiscono fondamentalmente a causa delle loro architetture sottostanti:

Eredità della Sicurezza: Le soluzioni L2 di Ethereum ereditano la sicurezza direttamente dalla mainnet di Ethereum tramite validator attivi. Al contrario, gli L2 di Bitcoin si basano sui propri protocolli di sicurezza poiché non hanno un coinvolgimento diretto dai validator della rete principale di Bitcoin.

Verifica delle Transazioni: Gli L2 di Ethereum utilizzano metodi di verifica avanzati come le prove di frode e le prove a conoscenza zero, che attualmente mancano a Bitcoin. Questo limita la complessità delle soluzioni L2 che si possono costruire su Bitcoin rispetto a Ethereum.

Funzionalità di Smart Contract: Ethereum è stato progettato per supportare nativamente gli smart contract, mentre Bitcoin no. Pertanto, gli L2 di Bitcoin spesso mirano ad aggiungere questa capacità, migliorando la sua funzionalità oltre i semplici trasferimenti di valore.

Livelli di Regolamento: Gli L2 di Bitcoin regolano le transazioni sulla blockchain di Bitcoin, sfruttando il suo consenso di proof-of-work per la sicurezza. Gli L2 di Ethereum, invece, si regolano sulla mainnet di Ethereum, che utilizza un modello di consenso proof-of-stake.

Perché Sono Necessarie le Soluzioni Layer-Two di Bitcoin?

La necessità delle soluzioni layer-two di Bitcoin deriva dalle limitazioni del suo livello base:

Scalabilità e Throughput: Il livello base di Bitcoin può gestire solo circa sette transazioni al secondo, portando a congestione e alte commissioni durante i periodi di punta. Le soluzioni L2 offrono un modo per scalare senza compromettere la sicurezza di Bitcoin.

Alte Commissioni: Le alte commissioni di transazione, che hanno superato i $120 durante alcuni periodi di congestione, rendono impraticabili le piccole transazioni. Le soluzioni L2 aiutano a ridurre queste commissioni.

Capacità di Smart Contract: Il livello base di Bitcoin manca di funzionalità avanzate di smart contract, essenziali per le applicazioni decentralizzate (dApps) e le piattaforme di finanza decentralizzata (DeFi).

Sblocco del Capitale: Una quantità significativa del capitale di Bitcoin rimane inutilizzata poiché è principalmente un deposito di valore. Le soluzioni L2 mirano a sbloccare questo capitale consentendo transazioni più rapide e applicazioni innovative.

Come Funzionano le Soluzioni Layer-Two di Bitcoin

Una rete blockchain comprende due livelli: il livello di esecuzione, che elabora le transazioni, e il livello di consenso, che convalida e approva queste transazioni. Gli L2 di Bitcoin sviluppano un livello di esecuzione separato per gestire le transazioni off-chain, che vengono poi inviate al livello di consenso di Bitcoin per il regolamento finale.

Approcci comuni alle soluzioni Layer-Two di Bitcoin includono:

State Channels: Utilizzati dalla Lightning Network, i canali di stato consentono a due parti di condurre numerose transazioni off-chain. Solo lo stato finale viene registrato sulla blockchain, migliorando la velocità e riducendo i costi.

Sidechains: Operando come blockchain separate collegate a Bitcoin, le sidechain come la Liquid Network consentono transazioni più rapide e funzionalità aggiuntive, regolando periodicamente sulla mainchain di Bitcoin.

Rollup: Questi raggruppano più transazioni off-chain in una sola, creando una prova crittografica di validità inviata alla blockchain di Bitcoin per il regolamento.

State Channels

I canali di stato, come quelli utilizzati nella Lightning Network, consentono a due parti di effettuare un numero illimitato di transazioni Bitcoin off-chain, senza registrare ogni transazione sulla blockchain principale di Bitcoin. Questo approccio migliora significativamente la velocità delle transazioni e riduce i costi.

Per aprire un canale, le due parti bloccano una certa quantità di Bitcoin in un indirizzo multi-firma (multisig) sulla blockchain di Bitcoin. Un indirizzo multisig su Bitcoin è un tipo di indirizzo che richiede a più persone di autorizzare e firmare una transazione, piuttosto che solo una. Concordano sulla distribuzione iniziale di Bitcoin tra loro per questo canale. Una volta che il canale è aperto, le parti possono effettuare un numero illimitato di transazioni off-chain, scambiando dati di transazione firmati per aggiornare i rispettivi saldi di Bitcoin nello stato attuale del canale. Queste transazioni non vengono trasmesse alla rete Bitcoin durante questo processo.

Quando terminano le transazioni, le due parti firmano e trasmettono lo stato finale del canale alla blockchain di Bitcoin. Questo stato finale riflette l'ultima distribuzione concordata di Bitcoin tra le due parti. Le condizioni multi-firma sono soddisfatte, consentendo la redistribuzione dei fondi secondo i saldi finali.

Sidechains

Le sidechain di Bitcoin, come la Liquid Network, operano su blockchain separate che sono collegate a Bitcoin. Queste sidechain utilizzano i propri meccanismi di consenso, consentendo transazioni più rapide e funzionalità aggiuntive mentre trasmettono e finalizzano periodicamente le transazioni sulla mainchain di Bitcoin. Ecco come funzionano le sidechain di Bitcoin:

Two-Way Peg: La tecnologia fondamentale che consente il trasferimento di asset tra la mainchain di Bitcoin e una sidechain è chiamata "two-way peg". Per spostare asset dalla mainchain di Bitcoin a una sidechain, un utente prima blocca i suoi bitcoin in un indirizzo di output speciale sulla blockchain di Bitcoin inviando una transazione. Questa azione immobilizza efficacemente i bitcoin sulla mainchain. La sidechain rileva questo evento di blocco e risponde mintando e rilasciando una quantità equivalente di token sulla sidechain, spesso indicati come sBTC (sidechain BTC), rappresentando i bitcoin bloccati dalla mainchain. Una volta sulla sidechain, gli utenti possono trasferire e utilizzare liberamente questi token per vari scopi, come transazioni e smart contract, beneficiando del meccanismo di consenso più veloce ed efficiente della sidechain. Per restituire gli asset alla mainchain di Bitcoin, l'utente brucia o distrugge i token della sidechain. Questo evento di bruciatura viene rilevato dalla mainchain, che poi rilascia i bitcoin originariamente bloccati all'indirizzo dell'utente sulla mainchain.

Federazione/Validatori: Per gestire e convalidare il processo di two-way peg in modo sicuro, le sidechain impiegano una federazione o un gruppo di validator. Questa federazione svolge diverse funzioni critiche. La federazione o il gruppo di validator gioca un ruolo cruciale nella gestione e nella sicurezza del processo di two-way peg tra la mainchain e la sidechain. Monitorano il blocco e lo sblocco degli asset su entrambe le catene, assicurandosi che le transazioni siano registrate accuratamente. Validano anche che la quantità di asset spostati corrisponda su entrambi i lati, prevenendo problemi come il doppio conteggio. Questa federazione può essere gestita da parti fidate, script multi-firma o smart contract, tutti lavorano per mantenere l'integrità e la sicurezza del processo di trasferimento degli asset.

Consenso Indipendente: Una caratteristica distintiva delle sidechain è il loro meccanismo di consenso indipendente, che opera separatamente dalla mainchain di Bitcoin. Questa indipendenza consente alle sidechain di implementare parametri di blocco personalizzati, inclusi tempi di blocco diversi, dimensioni dei blocchi e throughput delle transazioni ottimizzati per i loro casi d'uso specifici. Utilizzano algoritmi di consenso unici come Proof-of-Authority (PoA) o Delegated Proof-of-Stake (DpoS), che possono essere più efficienti o adatti agli scopi della sidechain. Inoltre, le sidechain introducono funzionalità avanzate come smart contract, miglioramenti della privacy e altre soluzioni di scalabilità che non sono disponibili nativamente sulla mainchain di Bitcoin.

Rollup

I rollup layer-two di Bitcoin funzionano spostando l'esecuzione delle transazioni e i dati dalla blockchain principale di Bitcoin a una catena o livello di rollup separato, pur ancorandosi a Bitcoin per la disponibilità dei dati e il consenso.

I meccanismi chiave coinvolti nella tecnologia dei rollup includono l'esecuzione delle transazioni sulla catena di rollup, la compressione dei dati e l'ancoraggio a Bitcoin layer one. Gli utenti inviano transazioni da eseguire sulla catena di rollup anziché direttamente sulla blockchain di Bitcoin. La catena di rollup elabora queste transazioni, aggiornando di conseguenza i saldi dei conti. Dopo aver elaborato molte transazioni off-chain, il rollup comprime o "rollup" i dati delle transazioni in una prova crittografica o impegno compatto, che rappresenta l'effetto netto di tutte quelle transazioni sullo stato. Questa prova compressa viene quindi periodicamente inviata alla blockchain di Bitcoin come un'unica transazione. Un contratto intelligente o un meccanismo di verifica sul layer one di Bitcoin può convalidare e applicare in modo efficiente la transizione di stato rappresentata dalla prova del rollup.

Tuttavia, i rollup su Bitcoin affrontano una sfida chiave poiché il layer base di Bitcoin manca della capacità di verificare nativamente le prove crittografiche o gli impegni prodotti dai sistemi di rollup. Esistono alcuni approcci in fase di esplorazione per abilitare i rollup su Bitcoin, inclusi i rollup sovrani e l'estensione dello script di Bitcoin.

I rollup sovrani utilizzano Bitcoin come layer di disponibilità dei dati senza affidarsi ad esso per le prove di validità. Questi rollup operano in modo indipendente, elaborando transazioni off-chain e pubblicando solo dati di transazione compressi su Bitcoin. Gestiscono i propri meccanismi di consenso e ambienti di esecuzione delle transazioni off-chain, utilizzando Bitcoin per ancorare e memorizzare i dati compressi del rollup. Per spostare asset come BTC dentro e fuori dal rollup, viene utilizzato un sistema di peg decentralizzato, come sBTC, che si basa su un gruppo decentralizzato di firmatari piuttosto che sul layer base di Bitcoin.

Estendere il linguaggio script di Bitcoin e gli opcode per abilitare i rollup di validità consente al layer base di Bitcoin di verificare e far rispettare le transizioni di stato del rollup. Ciò richiederebbe probabilmente un aggiornamento soft-fork a Bitcoin per aggiungere nuovi opcode come OP_CAT o WTC per una migliore programmabilità.

Vantaggi delle Soluzioni Layer-Two di Bitcoin

Il layer uno di Bitcoin, sebbene rinomato per la sua sicurezza e decentralizzazione, soffre di diverse limitazioni prestazionali. Le transazioni sulla mainchain di Bitcoin richiedono circa 10 minuti per essere confermate, mancano di funzionalità di smart-contract e spesso comportano alte commissioni di transazione a causa della congestione della rete. Per affrontare queste sfide, sono state sviluppate soluzioni layer-two di Bitcoin, fornendo una gamma di miglioramenti che migliorano significativamente l'usabilità e la funzionalità della rete Bitcoin.

Scalabilità: Uno dei vantaggi più significativi delle soluzioni layer-two di Bitcoin è la loro capacità di aumentare drasticamente la capacità transazionale della rete. Elaborando le transazioni al di fuori della blockchain principale, i progetti layer-two possono gestire un volume di transazioni per secondo molto più alto rispetto al livello base di Bitcoin. Questo scarico riduce la congestione sulla catena principale, risultando in operazioni di rete più fluide ed efficienti. L'aumento della scalabilità è cruciale per l'adozione diffusa di Bitcoin per le transazioni quotidiane e il trading ad alta frequenza.

Commissioni di Transazione Inferiori: Poiché le transazioni layer-two non richiedono che tutti i dati delle transazioni siano registrati sulla blockchain di Bitcoin, riducono significativamente la quantità di dati che devono essere archiviati. Ciò porta a commissioni di transazione più basse, rendendo economicamente vantaggiosi i microtrasferimenti e altri trasferimenti di piccolo valore. Gli utenti beneficiano dei costi ridotti, particolarmente importanti per applicazioni come le rimesse e i micropagamenti, dove le alte commissioni possono essere proibitive.

Conferme Più Veloci: Le soluzioni layer-two offrono conferme delle transazioni quasi istantanee, in netto contrasto con il tempo medio di blocco di 10 minuti sulla mainchain di Bitcoin. Questo tempo di conferma rapido è essenziale per i casi d'uso che richiedono un regolamento rapido, come le transazioni presso i punti vendita e il commercio online. La capacità di ottenere conferme più rapide migliora l'esperienza dell'utente e amplia la gamma di applicazioni pratiche per Bitcoin.

Privacy Migliorata: Alcune implementazioni layer-two offrono funzionalità di privacy migliorate. Tecniche come il routing a cipolla e l'anonimato dei canali di pagamento rendono più difficile tracciare le transazioni, offrendo agli utenti un livello di privacy più elevato.

Capacità di Smart Contract: Alcuni progetti layer-two di Bitcoin abilitano la funzionalità di smart contract sopra Bitcoin. Questa aggiunta sblocca nuovi casi d'uso, inclusi dApps e protocolli defi.

Sicurezza Ereditata: Le soluzioni layer-two derivano una certa quantità della loro sicurezza dalla blockchain sottostante di Bitcoin. Ancorando le transazioni al robusto e decentralizzato consenso proof-of-work di Bitcoin, le reti layer-two possono beneficiare della massiccia potenza di calcolo che protegge la rete Bitcoin.

Sfide delle Soluzioni Layer-Two di Bitcoin

Nonostante i loro vantaggi, le reti L2 di Bitcoin affrontano sfide, in particolare nel collegamento sicuro tra Bitcoin e le reti L2 e nella velocità e capacità di regolare le prove sulla rete Bitcoin. I ponti possono essere soggetti a rischi di sicurezza e sono necessari miglioramenti nella velocità di regolazione e nei costi per la scalabilità futura.

Alcune delle più grandi sfide che le soluzioni L2 di Bitcoin devono affrontare includono:

Collegamento Sicuro tra Bitcoin e le Reti L2: Le reti L2 di Bitcoin come le sidechain utilizzano ponti per connettersi con la mainchain di Bitcoin. Questi ponti funzionano bloccando asset su Bitcoin e mintando token equivalenti sulla catena L2. Tuttavia, questo design di bridging presenta rischi di sicurezza e problemi di esperienza utente. Molti hack e perdite di criptovalute sono avvenuti a causa di vulnerabilità nei ponti cross-chain.

Velocità e Costo del Regolamento sulla Rete Bitcoin: Sebbene le soluzioni L2 elaborino le transazioni off-chain, devono infine regolare lo stato finale sulla mainchain di Bitcoin. La velocità e il costo di questo processo di regolamento sul livello base di Bitcoin sono fattori significativi che influenzano l'efficienza delle reti L2.

Mantenere la Sicurezza Senza Validazione Diretta di Bitcoin: A differenza degli L2 di Ethereum dove i validator verificano le transazioni L2, gli L2 di Bitcoin non ereditano completamente la sicurezza dai nodi di Bitcoin, che convalidano le transazioni. Gli L2 di Bitcoin devono fare affidamento sui propri protocolli di sicurezza indipendenti, rendendo difficile raggiungere lo stesso livello di sicurezza del livello base di Bitcoin.

Rischi di Centralizzazione Aumentati: Alcune soluzioni L2 richiedono l'istituzione di canali di pagamento e nodi di rilancio, o l'esecuzione del proprio meccanismo di consenso. Questo potrebbe portare alla concentrazione del controllo nelle mani di pochi enti, potenzialmente minando i principi decentralizzati di Bitcoin.

Complessità Tecniche e Sfide di Integrazione: Integrare soluzioni L2 con l'infrastruttura esistente di Bitcoin comporta notevoli complessità tecniche, come garantire la compatibilità, mantenere gli standard di sicurezza e raggiungere il consenso all'interno della comunità sugli aggiornamenti proposti.

Progetti Chiave di Layer-Two di Bitcoin

Man mano che Bitcoin continua a evolversi, sono emersi diversi progetti Layer-2 per affrontare i suoi problemi di scalabilità, efficienza e funzionalità. Ecco alcuni dei progetti L2 di Bitcoin più importanti che attualmente stanno plasmando il panorama:

1. Lightning Network La Lightning Network è probabilmente la soluzione Layer-2 di Bitcoin più conosciuta. Utilizza canali di stato per facilitare transazioni off-chain tra due parti. Questo consente transazioni quasi istantanee e a basso costo, migliorando significativamente l'usabilità di Bitcoin per i pagamenti quotidiani.

Caratteristiche Principali:

Transazioni off-chain
Basse commissioni
Regolamenti di pagamento istantanei
Privacy migliorata tramite routing a cipolla

Leggi ["Cos'è Lightning Network?"](https://www.bitcoin.com/get-started/what-is-lightning-network

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