Man mano che Bitcoin continua a guadagnare popolarità, il suo design originale, che supporta solo sette transazioni al secondo, spesso incontra difficoltà in termini di scalabilità. Ciò comporta commissioni più elevate e tempi di transazione più lenti. Per far fronte a queste sfide, sono state sviluppate le soluzioni Bitcoin Layer Two (L2). Queste soluzioni potenziano la rete Bitcoin elaborando le transazioni al di fuori della blockchain principale, aumentando così la velocità di elaborazione delle transazioni pur mantenendo la sicurezza e consentendo nuove funzionalità come gli smart contract.
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Cosa sono le soluzioni di secondo livello per Bitcoin?
Le soluzioni di secondo livello di Bitcoin (Bitcoin L2) sono protocolli secondari costruiti sulla blockchain principale di Bitcoin. Il loro scopo è quello di risolvere i problemi di scalabilità, migliorare la velocità delle transazioni e ridurre le commissioni. Alcune soluzioni L2 introducono inoltre contratto intelligente funzionalità, ampliando i potenziali casi d'uso del Bitcoin. Grazie alla creazione di un livello di esecuzione separato, queste soluzioni gestiscono le transazioni off-chain e utilizzano la blockchain principale solo per il regolamento finale.
Principali differenze tra le soluzioni di secondo livello di Bitcoin ed Ethereum
Bitcoin ed Ethereum, pur utilizzando entrambi soluzioni di secondo livello, differiscono in modo fondamentale a causa delle loro architetture sottostanti:
Eredità dei diritti di sicurezza: Le soluzioni L2 di Ethereum ereditano la sicurezza direttamente dalla mainnet di Ethereum grazie ai validatori attivi. Al contrario, le soluzioni L2 di Bitcoin si basano sui propri protocolli di sicurezza, poiché non prevedono il coinvolgimento diretto dei validatori della rete principale di Bitcoin.
Verifica della transazione: Le soluzioni L2 di Ethereum utilizzano metodi di verifica avanzati, come le prove antifrode e le prove a conoscenza zero, di cui Bitcoin attualmente è sprovvisto. Ciò limita la complessità delle soluzioni L2 che è possibile realizzare su Bitcoin rispetto a Ethereum.
Funzionalità degli smart contract: Ethereum è stato progettato per supportare nativamente gli smart contract, mentre Bitcoin no. Pertanto, le soluzioni L2 di Bitcoin mirano spesso ad aggiungere questa capacità, ampliandone le funzionalità oltre il semplice trasferimento di valore.
Livelli di insediamento: Le soluzioni di secondo livello (L2) di Bitcoin regolano le transazioni sulla blockchain di Bitcoin, avvalendosi del suo modello di consenso proof-of-work per garantire la sicurezza. Le soluzioni di secondo livello (L2) di Ethereum, invece, regolano le transazioni sulla mainnet di Ethereum, che utilizza un modello di consenso proof-of-stake.
Perché sono necessarie le soluzioni di secondo livello per Bitcoin?
La necessità di soluzioni di secondo livello per Bitcoin deriva dai limiti del livello di base di Bitcoin:
Scalabilità e produttività: Il livello di base di Bitcoin è in grado di gestire solo circa sette transazioni al secondo, il che causa congestione e commissioni elevate nelle ore di punta. Le soluzioni L2 offrono un modo per scalare il sistema senza compromettere la sicurezza di Bitcoin.
Commissioni elevate: Le elevate commissioni di transazione, che in alcuni periodi di picco di congestione hanno superato i 120 dollari, rendono poco praticabili le transazioni di piccolo importo. Le soluzioni L2 contribuiscono a ridurre tali commissioni.
Funzionalità degli smart contract: Il livello di base di Bitcoin non dispone di funzionalità avanzate relative agli smart contract, che sono essenziali per applicazioni decentralizzate (dApp) e finanza decentralizzata (DeFi) piattaforme.
Sbloccare il capitale: Una parte significativa del capitale in Bitcoin rimane sottoutilizzata, poiché il Bitcoin funge principalmente da riserva di valore. Le soluzioni L2 mirano a sbloccare questo capitale consentendo transazioni più veloci e applicazioni innovative.
Come funzionano le soluzioni Layer 2 di Bitcoin
Una rete blockchain è composta da due livelli: il livello di esecuzione, che elabora le transazioni, e il livello di consenso, che convalida e approva tali transazioni. Le soluzioni 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.
Tra gli approcci più diffusi alle soluzioni Layer 2 per Bitcoin figurano:
Canali statali: Utilizzato da Lightning Network, i canali di stato consentono a due parti di effettuare numerose transazioni fuori dalla blockchain. Solo lo stato finale viene registrato sulla blockchain, aumentando la velocità e riducendo i costi.
Sidechain: Funzionando come blockchain separate ancorate a Bitcoin, le sidechain come Liquid Network consentono transazioni più veloci e funzionalità aggiuntive, con un regolamento periodico sulla mainchain di Bitcoin.
Rollup: Queste raggruppano più transazioni off-chain in un’unica transazione, creando una prova crittografica di validità che viene inviata alla blockchain di Bitcoin per il regolamento.
Canali statali
I canali di stato, come quelli utilizzati nel Lightning Network, consentono a due parti di effettuare un numero illimitato di transazioni in Bitcoin fuori catena, senza registrare ogni singola transazione sulla blockchain principale di Bitcoin. Questo approccio migliora notevolmente la velocità delle transazioni e riduce i costi.
Per aprire un canale, le due parti bloccano una certa quantità di Bitcoin in un multi-firma (multisig) indirizzo sulla blockchain di Bitcoin. Un indirizzo multisig su Bitcoin è un tipo di indirizzo che richiede l’autorizzazione e la firma di più persone per una transazione, anziché di una sola. Le parti concordano la distribuzione iniziale dei Bitcoin tra loro per questo canale. Una volta aperto il canale, le parti possono effettuare un numero illimitato di transazioni off-chain, scambiandosi i dati delle transazioni firmate per aggiornare i rispettivi saldi in Bitcoin nello stato attuale del canale. Durante questo processo, tali transazioni non vengono trasmesse alla rete Bitcoin.
Una volta completata la transazione, le due parti firmano e trasmettono lo stato finale del canale alla blockchain di Bitcoin. Questo stato finale riflette l'ultima ripartizione concordata dei Bitcoin tra le due parti. Le condizioni relative alle firme multiple sono soddisfatte, consentendo la ridistribuzione dei fondi in base ai saldi finali.
Sidechain
Le sidechain di Bitcoin, come la Liquid Network, operano su blockchain separate ancorate a Bitcoin. Queste sidechain utilizzano meccanismi di consenso propri, consentendo transazioni più veloci e funzionalità aggiuntive, mentre trasmettono e finalizzano periodicamente le transazioni sulla mainchain di Bitcoin. Ecco come funzionano le sidechain di Bitcoin:
Perno a doppia funzione: La tecnologia fondamentale che consente il trasferimento di asset tra la mainchain di Bitcoin e una sidechain è denominata “two-way peg”. Per trasferire asset dalla mainchain di Bitcoin a una sidechain, un utente deve innanzitutto bloccare i propri bitcoin in uno speciale indirizzo di output sulla blockchain di Bitcoin inviando una transazione. Questa azione immobilizza di fatto i bitcoin sulla catena principale. La sidechain rileva quindi questo evento di blocco e risponde coniando e rilasciando sulla sidechain una quantità equivalente di token, spesso denominati sBTC (sidechain BTC), che rappresentano i bitcoin bloccati provenienti dalla catena principale. 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 quindi rilascia i bitcoin originariamente bloccati all’indirizzo dell’utente sulla mainchain.
Federazione/Validatori: Per gestire e convalidare in modo sicuro il processo di ancoraggio bidirezionale, le sidechain si avvalgono di una federazione o di un gruppo di validatori. Questa federazione svolge diverse funzioni fondamentali. La federazione o il gruppo di validatori svolge un ruolo cruciale nella gestione e nella protezione del processo di ancoraggio bidirezionale tra la catena principale e la sidechain. Essi monitorano il blocco e lo sblocco delle risorse su entrambe le catene, garantendo che le transazioni siano registrate con precisione. Inoltre, verificano che l’ammontare delle risorse trasferite corrisponda su entrambi i fronti, prevenendo problemi quali la doppia spesa. Questa federazione può essere gestita da soggetti di fiducia, script multisignatura o smart contract, che operano tutti per mantenere l’integrità e la sicurezza del processo di trasferimento delle risorse.
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, tra cui tempi di blocco e dimensioni dei blocchi diversi, nonché una capacità di elaborazione delle transazioni ottimizzata per i loro specifici casi d’uso. Utilizzano algoritmi di consenso unici come Proof-of-Authority (PoA) o Delegated Proof-of-Stake (DpoS), che possono risultare più efficienti o più adatti agli scopi della sidechain. Inoltre, le sidechain introducono funzionalità avanzate come gli smart contract, miglioramenti alla privacy e altre soluzioni di scalabilità che non sono disponibili in modo nativo sulla mainchain di Bitcoin.
Rollup
I rollup di secondo livello di Bitcoin funzionano trasferendo l'esecuzione delle transazioni e i dati dalla blockchain principale di Bitcoin a una catena o a un livello di rollup separato, pur rimanendo ancorati a Bitcoin per quanto riguarda la disponibilità dei dati e il consenso.
I meccanismi chiave della tecnologia rollup includono l’esecuzione delle transazioni sulla catena rollup, la compressione dei dati e l’ancoraggio al livello uno di Bitcoin. Gli utenti inviano le transazioni affinché vengano eseguite sulla catena rollup anziché direttamente sulla blockchain di Bitcoin. La catena rollup elabora queste transazioni, aggiornando di conseguenza i saldi dei conti. Dopo aver elaborato numerose transazioni off-chain, il rollup comprime o “raggruppa” i dati delle transazioni in una prova crittografica compatta o “commitment”, che rappresenta l’effetto netto di tutte quelle transazioni sullo stato. Questa prova compressa viene poi inviata periodicamente alla blockchain di Bitcoin come un’unica transazione. Uno smart contract o un meccanismo di verifica sul livello uno di Bitcoin può convalidare e applicare in modo efficiente la transizione di stato rappresentata dalla prova del rollup.
Tuttavia, i rollup su Bitcoin devono affrontare una sfida fondamentale, poiché il livello di base di Bitcoin non è in grado di verificare in modo nativo le prove crittografiche o gli impegni generati dai sistemi rollup. Sono al momento allo studio diversi approcci per rendere possibili i rollup su Bitcoin, tra cui i rollup sovrani e l’estensione dello script di Bitcoin.
I rollup sovrani utilizzano Bitcoin come livello di disponibilità dei dati senza fare affidamento su di esso per le prove di validità. Questi rollup operano in modo indipendente, elaborando le transazioni off-chain e pubblicando su Bitcoin solo i dati compressi delle transazioni. Gestiscono i propri meccanismi di consenso e gli ambienti di esecuzione delle transazioni off-chain, utilizzando Bitcoin per ancorare e archiviare i dati compressi del rollup. Per trasferire asset come il BTC da e verso il rollup, viene utilizzato un sistema di ancoraggio decentralizzato, come sBTC, che si affida a un gruppo decentralizzato di firmatari anziché al livello di base di Bitcoin.
L'estensione del linguaggio di script e dei codici operativi di Bitcoin per consentire i rollup di validità permette al livello base di Bitcoin di verificare e garantire le transizioni di stato del rollup. Ciò richiederebbe molto probabilmente un aggiornamento tramite soft fork a Bitcoin per aggiungere nuovi codici operativi come OP_CAT o WTC, al fine di migliorare la programmabilità.
Vantaggi delle soluzioni Layer 2 per Bitcoin
Il layer 1 di Bitcoin, pur essendo rinomato per la sua sicurezza e decentralizzazione, presenta diverse limitazioni in termini di prestazioni. Le transazioni sulla mainchain di Bitcoin richiedono circa 10 minuti per essere confermate, non dispongono della funzionalità degli smart contract e spesso comportano commissioni di transazione elevate a causa della congestione della rete. Per affrontare queste sfide, sono state sviluppate soluzioni di secondo livello per Bitcoin, che offrono una serie di miglioramenti che aumentano significativamente l’usabilità e la funzionalità della rete Bitcoin.
Scalabilità: Uno dei vantaggi più significativi delle soluzioni di secondo livello di Bitcoin è la loro capacità di aumentare notevolmente la capacità di transazione della rete. Elaborando le transazioni al di fuori della blockchain principale, i progetti di secondo livello possono gestire un volume di transazioni al secondo molto più elevato rispetto al livello base di Bitcoin. Questo alleggerimento riduce la congestione sulla catena principale, garantendo un funzionamento della rete più fluido ed efficiente. La maggiore scalabilità è fondamentale per l’adozione diffusa di Bitcoin nelle transazioni quotidiane e nel trading ad alta frequenza.
Commissioni di transazione più basse: Poiché le transazioni di secondo livello non richiedono che tutti i dati della transazione vengano registrati sulla blockchain di Bitcoin, riducono in modo significativo la quantità di dati da archiviare. Ciò comporta commissioni di transazione più basse, rendendo economicamente sostenibili le microtransazioni e altri trasferimenti di piccolo valore. Gli utenti traggono vantaggio dalla riduzione dei costi, aspetto particolarmente importante per applicazioni quali le rimesse e i micropagamenti, dove commissioni elevate possono risultare proibitive.
Conferme più rapide: Le soluzioni di secondo livello offrono conferme delle transazioni quasi istantanee, in netto contrasto con il tempo medio di creazione di un blocco di 10 minuti sulla mainchain di Bitcoin. Questo tempo di conferma rapido è essenziale per i casi d’uso che richiedono un regolamento veloce, come le transazioni nei punti vendita e il commercio online. La possibilità di ottenere conferme più rapide migliora l’esperienza utente e amplia la gamma di applicazioni pratiche per Bitcoin.
Maggiore privacy: Alcune implementazioni di secondo livello offrono funzionalità avanzate per la tutela della privacy. Tecniche quali l’onion routing e l’anonimato dei canali di pagamento rendono più difficile tracciare le transazioni, garantendo agli utenti un livello più elevato di privacy.
Funzionalità degli smart contract: Alcuni progetti di secondo livello basati su Bitcoin consentono l'utilizzo di smart contract su Bitcoin. Questa novità apre la strada a nuovi casi d'uso, tra cui le dApp e i protocolli DeFi.
Sicurezza ereditaria: Le soluzioni di secondo livello traggono parte della loro sicurezza dalla blockchain di Bitcoin sottostante. Ancorando le transazioni al solido e decentralizzato consenso proof-of-work di Bitcoin, le reti di secondo livello possono beneficiare dell’enorme potenza di calcolo che garantisce la sicurezza della rete Bitcoin.
Le sfide delle soluzioni di secondo livello per Bitcoin
Nonostante i loro vantaggi, le reti L2 di Bitcoin devono affrontare alcune sfide, in particolare per quanto riguarda la sicurezza dei ponti tra Bitcoin e le reti L2, nonché la velocità e la capacità di regolare le prove sulla rete Bitcoin. I ponti possono essere soggetti a rischi per la sicurezza, mentre per garantire la scalabilità futura sono necessari miglioramenti nella velocità e nei costi di regolamento.
Tra le principali sfide che le soluzioni L2 di Bitcoin devono affrontare figurano:
Collegamento sicuro tra Bitcoin e le reti L2: Le reti L2 di Bitcoin, come le sidechain, utilizzano dei bridge per connettersi alla mainchain di Bitcoin. Questi bridge funzionano bloccando gli asset su Bitcoin e coniando token equivalenti sulla catena L2. Tuttavia, questa struttura dei bridge presenta rischi per la sicurezza e problemi legati all’esperienza utente. Molti attacchi hacker e perdite di criptovalute si sono verificati a causa di vulnerabilità nei bridge cross-chain.
Velocità e costo delle transazioni sulla rete Bitcoin: Sebbene le soluzioni L2 elaborino le transazioni off-chain, alla fine devono comunque registrare lo stato finale sulla mainchain di Bitcoin. La velocità e il costo di questo processo di registrazione sul livello base di Bitcoin sono fattori significativi che influenzano l’efficienza delle reti L2.
Garantire la sicurezza senza una convalida diretta dei Bitcoin: A differenza delle soluzioni L2 di Ethereum, in cui i validatori verificano le transazioni L2, le soluzioni L2 di Bitcoin non ereditano interamente la sicurezza dai nodi di Bitcoin, che convalidano le transazioni. Le soluzioni L2 di Bitcoin devono fare affidamento sui propri protocolli di sicurezza indipendenti, il che rende difficile raggiungere lo stesso livello di sicurezza del livello base di Bitcoin.
Rischi legati alla maggiore centralizzazione: Alcune soluzioni L2 richiedono la creazione di canali di pagamento e nodi di inoltro, oppure l’utilizzo di un proprio meccanismo di consenso. Ciò potrebbe portare a una concentrazione del controllo nelle mani di poche entità, minando potenzialmente i principi di decentralizzazione di Bitcoin.
Complessità tecniche e sfide di integrazione: L'integrazione delle soluzioni L2 con l'infrastruttura esistente di Bitcoin comporta notevoli complessità tecniche, quali garantire la compatibilità, mantenere gli standard di sicurezza e raggiungere un consenso all'interno della comunità sugli aggiornamenti proposti.
Principali progetti Layer 2 per Bitcoin
Con la continua evoluzione del Bitcoin, sono emersi diversi progetti Layer-2 volti ad affrontare i problemi legati alla scalabilità, all’efficienza e alla funzionalità della rete. Ecco alcuni dei progetti L2 più importanti che stanno attualmente plasmando il panorama del Bitcoin:
1. Lightning NetworkIl Lightning Network è senza dubbio la soluzione Layer-2 più nota per Bitcoin. Utilizza i canali di stato per facilitare le transazioni off-chain tra due parti. Ciò consente transazioni quasi istantanee e a basso costo, migliorando in modo significativo l'usabilità di Bitcoin per i pagamenti quotidiani.
Caratteristiche principali:
- Transazioni off-chain
- Commissioni contenute
- Liquidazioni istantanee dei pagamenti
- Maggiore privacy grazie all'onion routing
Leggi "Che cos'è Lightning Network?" nel nostro Centro di formazione per approfondire la conoscenza della rete Lightning di Bitcoin.
2. Liquid NetworkLiquid Network, sviluppata da Blockstream, è una sidechain di Bitcoin progettata per transazioni veloci e riservate. Consente l'emissione e il trasferimento di asset, tra cui Bitcoin e stablecoin, con commissioni inferiori e tempi di regolamento più rapidi rispetto alla blockchain principale di Bitcoin.
Caratteristiche principali:
- Peg bidirezionale per il trasferimento di Bitcoin
- Operazioni riservate
- Emissione e gestione degli asset
- Tempi di regolamento rapidi
3. PortainnestoRootstock è una sidechain di Bitcoin compatibile con la Macchina Virtuale Ethereum (EVM) che utilizza il consenso Proof-of-Work e il merged mining. Consente agli utenti di Bitcoin di bloccare BTC e coniare RBTC, potenziando le funzionalità di Bitcoin con avanzate capacità di smart contract.
Caratteristiche principali:
- Funzionalità degli smart contract
- Ancoraggio bidirezionale al Bitcoin
- Compatibile con il linguaggio Solidity di Ethereum
- Maggiore sicurezza grazie all’hash rate di Bitcoin
4. PileStacks è una soluzione Layer-2 unica nel suo genere che si integra con la blockchain di Bitcoin per consentire l'utilizzo di smart contract, applicazioni decentralizzate e asset digitali. Utilizza un innovativo meccanismo di consenso denominato Proof of Transfer (PoX) che si aggancia a Bitcoin per garantire la sicurezza. La rete Stacks integra inoltre un token nativo, Stacks (STX).
Caratteristiche principali:
- Contratti intelligenti
- Consenso Proof of Transfer (PoX)
- Applicazioni decentralizzate
- Integrazione con il modello di sicurezza di Bitcoin
5. Bitcoin avvolto (WBTC) su EthereumWrapped Bitcoin (WBTC) è una soluzione di secondo livello (Layer-2) che funge da ponte tra Bitcoin ed Ethereum. Consente agli utenti di "avvolgere" i propri BTC in un token ERC-20, rendendo così possibile l'utilizzo di Bitcoin nell'ecosistema DeFi di Ethereum.
Caratteristiche principali:
- Collega Bitcoin a Ethereum
- Consente l'utilizzo di Bitcoin nelle applicazioni DeFi
- Compatibilità con i token ERC-20
