Il ruolo delle catene layer 1 nella blockchain

La tecnologia blockchain è spesso descritta come uno stack di livelli, ciascuno con uno scopo unico. Layer 0, solitamente riferito come la blockchain delle blockchain, serve come infrastruttura hardware di base della gerarchia blockchain. Proprio sopra Layer 0 si trovano Layer 1, 2 e 3.

In questa guida, esploreremo le funzionalità core e l'utilità delle catene Layer 1. Iniziamo.

Cos'è una blockchain layer 1?

La definizione di layer 1

Una catena Layer 1 (o “L1”) è la rete fondamentale di un ecosistema blockchain che gestisce in modo indipendente l'esecuzione delle transazioni, la convalida dei dati e i meccanismi di consenso. Le L1 operano in modo indipendente da altre blockchain e contengono diversi componenti che lavorano insieme per fornire decentralizzazione, sicurezza e usabilità.

• Nodi di rete – Computer in tutto il mondo che memorizzano copie della blockchain e comunicano tra loro
• Livello di consenso – Regole su come i nodi concordano su ciò che è valido (come il mining di Bitcoin o lo staking di Ethereum)
• Livello dati – Memorizza l'intera storia della blockchain in modo che le transazioni passate non possano essere modificate o manomesse.
• Livello transazioni—Questo livello gestisce i trasferimenti di token e i contratti intelligenti per garantire che possano essere eseguiti solo secondo le regole della rete.
• Livello applicazione – Questo livello è l'interfaccia per le app decentralizzate (dApp), le piattaforme DeFi e altri servizi blockchain.
• Token nativi – Queste sono le valute che alimentano la blockchain. I token vengono utilizzati per pagare le commissioni di transazione, ricompensare i validatori e facilitare la partecipazione alla governance.

Ethereum, Solana e Bitcoin sono esempi di catene Layer 1, tutte con la propria architettura di sicurezza, token nativi e meccanismi di consenso.

Come layer 1 differisce da layer 2

Le reti Layer 1 formano la fondazione, mentre Layer 2 si basa su questa fondazione per correggere limitazioni come velocità, costo ed efficienza. Ecco come si confrontano i due:

Caratteristica	Layer 1 (L1)	Layer 2 (L2)
Dipendenza	Opera in modo indipendente come la blockchain principale	Costruita sopra una rete Layer 1
Elaborazione delle transazioni	Tutte le transazioni vengono elaborate direttamente sulla blockchain principale	Le transazioni vengono gestite off-chain, poi raggruppate* e finalizzate su L1
Velocità	Più lenta perché tutti i nodi devono convalidare ogni transazione	Molto più veloce con requisiti di convalida ridotti
Costo	Commissioni più elevate, specialmente durante la domanda picco	Commissioni più basse a causa dell'elaborazione off-chain e del raggruppamento efficiente*
Sicurezza	Si assicura da sola attraverso il proprio consenso	Eredita la sicurezza dalla rete Layer 1 sottostante
Scalabilità	Modifiche al protocollo base, come l'aumento delle dimensioni del blocco o un cambiamento nel meccanismo di consenso, possono migliorare la scalabilità	Coinvolgono l'uso di reti o servizi off-chain per migliorare la scalabilità

*Il raggruppamento significa combinare molte piccole transazioni in una e inviarle alla blockchain principale come un'unica voce invece di elaborarle individualmente.

Perché le layer 1 sono chiamate il livello base

Le catene Layer 1 sono chiamate “livello base” perché servono come livello fondamentale per l'ecosistema blockchain, su cui sono costruiti altri livelli e applicazioni. Le catene L1 forniscono servizi core come la convalida delle transazioni, il consenso e la sicurezza, e tipicamente non fanno affidamento su un'altra rete sottostante. 

Funzioni core delle catene layer 1

Convalida delle transazioni e sicurezza

Le blockchain Layer 1 sono il meccanismo fondamentale per convalidare e registrare le transazioni direttamente sulla blockchain. Ogni transazione viene esaminata rigorosamente per autenticità e legittimità prima di essere aggiunta permanentemente al registro distribuito. 

Questo processo è essenziale per prevenire attività fraudolente, come la doppia spesa o la manipolazione della cronologia delle transazioni. Le blockchain Layer 1 stabiliscono così una fondazione sicura e affidabile per i sistemi decentralizzati.

Meccanismi di consenso (PoW vs PoS)

Ogni L1 ha un meccanismo di consenso al suo core. Questi meccanismi, come Proof of Work (PoW) o Proof of Stake (PoS), definiscono come le transazioni vengono convalidate e concordate. Ad esempio, Bitcoin utilizza il meccanismo di consenso Proof of Work (PoW); i miner devono tentare di risolvere un problema crittografico (enigma matematico) per convalidare una transazione. Ethereum, d'altra parte, utilizza il meccanismo di consenso Proof of Stake (PoS); i validatori bloccheranno i token per convalidare le transazioni e proteggere la rete.

Tokenomics nativi (ad es. ETH, BTC, SOL)

Ogni Layer 1 ha un token nativo che alimenta il suo ecosistema. Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) e Solana (SOL) sono esempi ideali. Questi token vengono utilizzati per pagare le commissioni di transazione, incentivare i validatori o i miner e mantenere la sicurezza della rete. Formano anche la fondazione economica per le applicazioni costruite sulla blockchain.

Diployment di smart contract (Ethereum, Solana, Avalanche)

Blockchain come Ethereum, Avalanche e Solana non sono costruite solo per gestire le transazioni. Supportano il deployment di smart contract, il che significa che gli sviluppatori possono lanciare app decentralizzate (dApp), protocolli DeFi, progetti NFT e altri servizi Web3 direttamente on-chain. Queste reti si sono evolute in ambienti di sviluppo completi piuttosto che semplici registri di transazioni.

*Un smart contract? Pensatelo come un programma automatizzato che esegue azioni specifiche sulla blockchain quando determinate condizioni sono soddisfatte.

Esempi di blockchain layer 1 leader

Bitcoin – La layer 1 originale per i pagamenti

Bitcoin, lanciato nel 2009, è la prima e più utilizzata blockchain Layer 1. È stato progettato come valuta digitale decentralizzata e sistema di pagamento peer-to-peer senza banche o intermediari. Le transazioni vengono registrate su un registro pubblico e validate dai miner utilizzando Proof of Work, dove i miner competono per risolvere enigmi complessi e guadagnare ricompense Bitcoin per proteggere la rete.

Ethereum – Il pioniere degli smart contract

Ethereum ha rivoluzionato la blockchain introducendo gli smart contract, che hanno reso possibile costruire dApp on-chain. Lanciato nel 2015, Ethereum è diventato la fondazione per DeFi, NFT, DAO ed ecosistemi Web3. Ethereum ha anche la propria criptovaluta, Ether, ed è diventata la seconda più grande piattaforma blockchain al mondo per capitalizzazione di mercato.

Solana – L1 ad alte prestazioni per velocità e dApp

Solana è progettata per un alto throughput e transazioni a basso costo, capace di elaborare migliaia di transazioni al secondo. Ci riesce utilizzando un modello ibrido di Proof of Stake (PoS) e Proof of History (PoH), che fornisce un ordinamento temporale preciso delle transazioni. 

Avalanche – Subnet e catene personalizzate

Grazie alla sua architettura di subnet, Avalanche fornisce un framework Layer 0, che consente agli sviluppatori e alle imprese di lanciare blockchain personalizzabili su misura per casi d'uso specifici. Queste subnet possono avere i propri modelli di governance e token, rendendo Avalanche particolarmente attraente per le aziende che necessitano di flessibilità. 

Con la sua rapida finalizzazione delle transazioni (nell'arco di pochi secondi) e commissioni basse, Avalanche si è posizionata come concorrente di Ethereum sia per l'adozione di DeFi che per le blockchain aziendali.

Polkadot & Cosmos – Livello 1 focalizzato sull'interoperabilità

Polkadot e Cosmos hanno l'interoperabilità come caratteristica principale. Polkadot collega blockchain specializzate, chiamate parachain, alla sua catena relaying principale, consentendo loro di condividere la sicurezza e comunicare. 

Al contrario, Cosmos utilizza il protocollo Inter-Blockchain Communication (IBC) per collegare blockchain indipendenti. Entrambi mirano a risolvere il "problema dei silos" nella blockchain creando un ecosistema in cui più blockchain possono interagire senza interruzioni, scambiare asset e condividere dati.

Le sfide delle blockchain di livello 1

Limitazioni di scalabilità e throughput

Le blockchain di livello 1 spesso faticano a elaborare un alto volume di transazioni al secondo (TPS). Ad esempio, Bitcoin gestisce circa 7 TPS, mentre Ethereum gestisce 15–30 TPS sul suo livello base. Confronta questo con i sistemi di pagamento tradizionali come Visa, che elabora circa 1.700 TPS nelle operazioni normali con una capacità massima di 65.000 TPS, e quei numeri per le L1 sono lontani da ciò che è necessario per sistemi di pagamento su scala globale o per l'adozione di massa. 

Sono emerse diverse soluzioni per affrontare questa sfida, tra cui soluzioni on-chain (L1) come lo sharding, hard fork e aggiornamenti del meccanismo di consenso (come il passaggio di Ethereum da proof-of-work a proof-of-stake), nonché soluzioni off-chain (L2) come i rollup, il batching e la Lightning Network.

Commissioni gas elevate e congestione della rete

Quando la domanda di rete aumenta, i costi delle transazioni possono diventare proibitivamente costosi. Gli utenti di Ethereum hanno sperimentato questo in prima persona durante il DeFi Summer del 2020 e il boom degli NFT del 2021, quando azioni semplici come lo scambio di token o l'acquisto di un NFT potevano costare $50-200+ in commissioni gas. Questi costi elevati hanno efficacemente escluso gli utenti più piccoli e hanno spinto molti a cercare alternative come Binance Smart Chain o nuove soluzioni Layer 2 come Arbitrum e Polygon, che elaborano le transazioni in modo più economico costruendo su Ethereum.

Compromessi tra sicurezza e decentralizzazione

Bitcoin ed Ethereum mantengono la sicurezza e la fiducia coinvolgendo migliaia di partecipanti decentralizzati nel consenso, ma questo rallenta le velocità delle transazioni. 

Al contrario, Binance Smart Chain offre transazioni più veloci ed economiche ma si affida a un set di validatori molto più piccolo (circa 21), sollevando questioni sulla centralizzazione e sul rischio di censura. Questo piccolo gruppo di validatori potrebbe colludere o essere pressato per bloccare transazioni specifiche, rendendo la rete vulnerabile al controllo centralizzato.

Preoccupazioni per l'efficienza energetica e la sostenibilità

Il mining Proof-of-Work di Bitcoin ora consuma circa 187 TWh di elettricità all'anno, circa equivalente all'uso annuale di energia della Thailandia e circa lo 0,6% del consumo globale di elettricità. Questo ha attirato crescenti critiche da gruppi ambientalisti e regolatori.

In risposta a queste preoccupazioni, Ethereum ha completato "The Merge" nel 2022, passando da Proof-of-Work a Proof-of-Stake e riducendo il suo consumo energetico di oltre il 99%. Tuttavia, questo cambiamento ha innescato nuovi dibattiti sul fatto che la rete sia predisposta a un aumento della centralizzazione come compromesso per la sostenibilità. Con un meccanismo di consenso Proof-of-Stake, grandi pool di staking potrebbero potenzialmente concentrare il controllo della rete.

Livello 1 vs livello 2: differenze chiave

Liquidazione, sicurezza e finalizzazione

• Layer 1: La blockchain di base (ad es. Bitcoin, Ethereum) è responsabile della convalida delle transazioni, del mantenimento del registro e dell'assicurazione del consenso. Il regolamento e la finalità avvengono direttamente on-chain, il che significa che le transazioni registrate qui sono considerate l'ultima “fonte di verità.”
• Layer 2: Costruito sopra il Layer 1, il Layer 2 eredita le garanzie di sicurezza e regolamento del livello base ma elabora le transazioni off-chain in piccoli batch. I risultati vengono successivamente raggruppati e restituiti al Layer 1 per il regolamento finale.

Arbitrum e Optimism eseguono migliaia di transazioni off-chain, ma i risultati vengono periodicamente liquidati sulla mainnet di Ethereum.

Costo e velocità delle transazioni

• Layer 1: Lo spazio limitato dei blocchi significa che un'alta domanda porta a commissioni più elevate e conferme più lente. Ad esempio, le commissioni gas schizzano durante i picchi di attività NFT o DeFi su Ethereum, rendendo le piccole transazioni impraticabili.
• Layer 2: Gestendo le transazioni off-chain o raggruppandole insieme, i L2 riducono drasticamente i costi e accelerano l'elaborazione. Invece di competere direttamente per lo spazio dei blocchi L1, gli utenti beneficiano di regolamenti aggregati.

Uno swap che potrebbe costare oltre 30 $ di gas su Ethereum Layer 1 può costare meno di 1 $ su Arbitrum. Allo stesso modo, la Lightning Network di Bitcoin consente pagamenti istantanei con commissioni quasi zero rispetto alla catena Bitcoin base più lenta e costosa.

Esempi di accoppiamenti L1/L2 (Ethereum + Arbitrum/Optimism, Bitcoin + Lightning Network)

• Ethereum + Arbitrum/Optimism: Ethereum fornisce sicurezza e regolamento. Arbitrum e Optimism (rollup) forniscono scalabilità eseguendo le transazioni off-chain e poi regolando nuovamente su Ethereum.
• Bitcoin + Lightning Network: Bitcoin offre un regolamento sicuro e immutabile, e la Lightning Network abilita micropagamenti rapidi off-chain, che possono essere utilizzati per cose quotidiane come mance o pagamenti al dettaglio.
• Polygon (PoS Chain) + Ethereum: Polygon offre transazioni più veloci ed economiche con ponti verso Ethereum, rendendola una soluzione di scalabilità ibrida Layer 2/sidechain.

Il futuro delle catene di livello 1

Roadmap di Ethereum e sharding

Ethereum inizialmente prevedeva di utilizzare lo sharding, dividendo la blockchain in catene parallele più piccole per aumentare la velocità delle transazioni. Tuttavia, questo approccio è stato abbandonato quando i rollup di Layer 2 (soluzioni che elaborano le transazioni off-chain) si sono dimostrati più efficaci per la scalabilità.

Invece, Ethereum ha adottato una strategia centrata sui rollup. L'obiettivo è rendere Ethereum il livello base più sicuro fornendo allo stesso tempo archiviazione dati economica per i rollup. Questo nuovo approccio è chiamato danksharding – non divide Ethereum in shard di elaborazione delle transazioni, ma aumenta la quantità di dati dei rollup che la rete può gestire in modo efficiente.

Il primo passo, proto-danksharding (EIP-4844), è stato lanciato il 13 marzo 2024 con l'aggiornamento Dencun. Ha introdotto i “blob” – un modo più economico per memorizzare i dati dei rollup, che ha già ridotto le commissioni Layer 2 di 10-100 volte.

Nel tempo, Ethereum espanderà la capacità dei blob e implementerà pienamente il danksharding, mirando a oltre 100.000 transazioni al secondo attraverso i rollup mantenendo decentralizzazione e sicurezza.

Crescita degli ecosistemi multi-chain

Lo spazio blockchain si sta spostando verso reti specializzate invece di fare affidamento su una singola chain per fare tutto. Bitcoin agisce come oro digitale per le istituzioni. Ethereum guida il DeFi con oltre 90 miliardi di dollari di valore totale bloccato (TVL), Solana alimenta giochi e NFT a ritmo sostenuto, e Avalanche attira le imprese con subnet personalizzabili.

I principali protocolli come Aave e Uniswap non sono più limitati a una singola blockchain. Invece, funzionano su diverse reti simultaneamente, consentendo agli utenti di scegliere dove interagire. Su Polygon, beneficiano di commissioni basse; su Solana, ottengono un'esecuzione più veloce; ed su Ethereum, guadagnano massima sicurezza e decentralizzazione. In pratica, un utente potrebbe memorizzare la ricchezza su Bitcoin, guadagnare rendimenti su Ethereum e giocare su Solana, tutto all'interno dello stesso ecosistema.

Questo crea un'economia blockchain più forte ed efficiente piuttosto che costringere una singola rete a gestire contemporaneamente sicurezza, scalabilità e basso costo.

Ruolo dell'interoperabilità (Ponti cross-chain, IBC)

Man mano che varie blockchain si specializzano in varie funzioni, gli utenti hanno bisogno di metodi per spostare i propri asset e dati tra le blockchain. I ponti cross-chain fungono da autostrade digitali che collegano più reti blockchain. Con un ponte cross-chain, gli utenti possono trasferire token da una blockchain più costosa come Ethereum a blockchain più economiche come Polygon o più veloci come Solana e viceversa quando desiderato. 

Alcuni dei ponti più popolari sono il PoS Bridge di Polygon che fornisce trasferimenti da Ethereum a Polygon, mentre protocolli come l'Inter-Blockchain Communication (IBC) di Cosmos collegano dozzine di blockchain e creano un ecosistema con un focus principale. Ci sono anche servizi come LayerZero e Wormhole che forniscono servizi di ponte cross-chain su una varietà di reti.

Tuttavia, questi ponti hanno un grande problema: sono bersagli primari per gli hacker perché detengono grandi quantità di criptovaluta. Attacchi importanti come il Ronin Bridge (625 milioni di dollari rubati) e Wormhole (320 milioni di dollari rubati) mostrano che la sicurezza dei ponti è ancora in sviluppo. Nonostante questi rischi, i ponti rimangono essenziali per gli utenti che desiderano utilizzare le diverse forze delle blockchain.

Adozione istituzionale delle reti di livello 1

Bitcoin rimane la Layer 1 più profondamente adottata tra le istituzioni. Corporazioni come Strategy (ex MicroStrategy), Metaplanet e MARA Holdings detengono quantità significative di Bitcoin nei loro tesori, trattandolo come "oro digitale" e copertura contro l'inflazione.

Ethereum ha anche mostrato un forte slancio istituzionale. Le società quotate detengono quasi 966.000 ETH, valutati circa 3,5 miliardi di dollari. Ether Machine, Bitmine Immersion Technologies e altri hanno preso posizioni forti in Ethereum come riserva di valore alternativa e piattaforma di finanza decentralizzata.

Un'utilizzazione istituzionale significativa potrebbe consentire continuamente alle Layer 1 di svilupparsi in un'infrastruttura più forte, più sicura e globalmente integrata per la finanza digitale, con le Layer 2 e i protocolli di interoperabilità che espandono le loro capacità.