IOTA, una tecnologia distributed ledger per l'IoT | Internet 4 Things

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IOTA, tecnologia distributed ledger a prova di inganno per gli oggetti connessi

Per evitare manomissioni dei sistemi IoT occorre un sistema distribuito, non centralizzato, di controllo, per la notarizzazione. Questo sistema ora esiste e si chiama IOTA

Ci siamo spesso ritrovati a scrivere di Internet of Things come di oggetti che, grazie al dono di qualche chip e un po’ di algoritmi e una buona dose di connessione con il mondo esterno e con altri di loro, oltreché con l’Internet-of-Everything come si dice, avrebbero risolto e monitorato il mondo grazie a sensoristica, servomeccanismi, altoparlanti e microfoni, alimentati da pochi watt di energia elettrica spesso fotovoltaica. È tuttora così. Tuttavia, sempre più oggetti vengono bypassati dall’uomo quando la comodità del loro servizio si abbassa o quando diventa addirittura sconveniente. A volte vengono semplicemente spenti, altri disinseriti. In altri articoli pubblicati su questa testata si parla di internet delle cose di termostati, serrature, lavatrici, e satelliti, ma mai in questa chiave, piuttosto come oggetti che dovessero servire l’uomo, non danneggiarlo, neanche involontariamente. Ecco allora la sfida: subordinare l’IoT a una catena di controlli in modo che ciascuna unità possa essere centralizzata. Al posto di un sistema di notarizzazione centralizzato, però si può usare uno distribuito, denominato IOTA e basato su distributed ledger (DLT), spiegato più avanti.

Quello che nell'”antica” concezione poteva essere una soluzione, raggruppare tutto in un hub e trasmettere i dati a un sistema centralizzato, residente in un database, tornerebbe a porre antichi problemi di encryption e vecchie vulnerabilità a una privilege escalation sempre possibile dall’operatore malevolo che voglia intervenire a ogni costo sulla catena di produzione e cambiare i connotati dei prodotti falsificandone in ultima analisi i dati.

Dall’IoT centralizzato all’IoT distribuito

Sembra proprio che siamo arrivati ad un nuovo punto di singolarità, in cui una volta creati gli oggetti, donata loro l’interconnessione, la sensoristica per qualunque evenienza, infrarossi, gas, liquidi, stato di aggregazione, temperatura, densità, variazioni volumetriche, di colore, di forma etc. occorra renderli indipendenti e non falsificabili. E la Everything Economy: l’economia delle cose, che ci suggerisce non tanto il danaro, ma il valore che una rilevazione o che lo stato di un oggetto connesso possa avere in un dato momento, e che se perduto potrebbe rappresentare una perdita anche valutabile in termini pecuniari. Come collegare ogni oggetto distribuito in modo che non possa essere falsificato? Vengono in mente reminiscenze di blockchain: la notarizzazione.

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La notarizzazione è però un processo intrinsecamente lento, e costoso, fa uso sostanzialmente di operatori (i miners) che dovranno calcolare il prossimo blocco, oneroso in termini computazionali, e dunque in termini energetici, inoltre i miners intendono prestarsi nella distribuzione di questo calcolo a una condizione: venire remunerati.

Capiamo come sottoporre un mesh di sensori di un campo di coltivazione a dei miner collegati con un meccanismo di notarizzazione come la blockchain condurrebbe direttamente al rallentamento di ogni operazione, che non potrebbe avere luogo prima del concatenamento della precedente. I miner tendono ad aggregarsi in grandi gruppi per mettere in comune la potenza di calcolo e dividere così le ricompense. Questa dinamica porta alla centralizzazione del potere computazionale e di conseguenza anche a una centralizzazione del potere decisionale nelle mani di poche pool di miners, dando loro la facoltà di applicare vari tipi di discriminazione verso determinate transazioni. Nonostante non ci siano ancora stati casi eclatanti di abuso di potere da parte dei miners, anche se il recente dibattito sul block size di Bitcoin che potrebbe contare come precedente.

Argomenti a favore dell’aumento della dimensione del blocco per ottenere più transazioni al secondo, visto che le transazioni off-chain non sono ancora pronte a togliere il carico dalla blockchain principale, i nodi completi di Bitcoin sono costretti a utilizzare più risorse che non supportano Bitcoin, avere piccoli blocchi alla fine richiederanno commissioni più elevate per conferme rapide e le commissioni non saranno pari a zero e se saranno elevate faranno risultare la moneta meno attraente…

Senza considerare la intrinseca debolezza di una notarizzazione centralizzata, che porta con sé un rischio di fallimento catastrofico in caso di consenso non efficacie e la mera possibilità che ciò accada in un sistema monetario alla base di una industria multimiliardaria è inaccettabile. Senza contare che la qualunque soluzione di espansione dei blocchi non sarebbe mai stabile semplicemente per il motivo che nessuna quantità di dimensione massima del blocco supporterebbe tutte le transazioni future del mondo sulla blockchain principale.

Possiamo riepilogare (dettagliandoli in seguito) tutti i punti deboli di una soluzione blockchain per poter notarizzare efficacemente un sistema IoT: crittografie obsolete, difficoltà nelle microtransazioni e nella gestione delle partizioni, la discriminazione degli utenti, i limiti di scalabilità, alti requisiti hardware e illimitata crescita dei dati. Vediamo separatamente perché.

I punti deboli di una soluzione blockchain per notarizzare un sistema IoT

Crittografia obsoleta

Nonostante i computer quantistici non siano ancora prodotti di consumo, è opportuno iniziare già a sviluppare soluzioni che siano quantum-resistant da un punto di vista crittografico. Per quanto riguarda la sicurezza, è ragionevole ipotizzare che hardware capace di craccare algoritmi crittografici classici possa essere presto disponibile a chi vorrà cimentarsi ad aggredire la codifica blockchain classica.

Difficoltà nel gestire microtransazioni

I costi di transazione delle criptovalute Blockchain sono necessari per ricompensare i miner e per evitare spam del network, tuttavia allo stesso tempo stabiliscono una soglia sotto alla quale diventa antieconomico inviare pagamenti.

Difficoltà nel gestire le partizioni

Le criptovalute basate su Blockchain hanno difficoltà a sopravvivere a lungo nel caso di ripetute partizioni della rete, per via del rischio che quest’ultime portino all’annullamento di grandi quantità di transazioni. Risulta anche difficile eseguire partizioni deliberate quando necessario.

Discriminazione degli utenti

Le criptovalute esistenti sono sistemi eterogenei con chiare separazioni dei ruoli fra gli utenti, le quali rendono inevitabili successive discriminazioni e conseguenti conflitti.

Limiti di scalabilità

Alcune criptovalute hanno limiti immutabili per quanto riguarda il numero di transazioni, e tali limiti non possono essere rimossi in modo decentralizzato. Risulta inoltre quasi impossibile, al momento della creazione di una criptovaluta, riuscire a stimare con esattezza i valori di tali limiti che saranno ideali nel momento in cui il sistema sarà in esecuzione alla sua massima capacità.

Alti requisiti di hardware

Le criptovalute basate su Bitcoin utilizzano l’approccio originale basato su script per l’implementazione di numerosi casi d’uso. Altre criptovalute invece utilizzano approcci più simili a quelli di istituzioni come banche, aggiungendo caratteristiche addizionali. Entrambi tali approcci comportano requisiti hardware sostanzialmente alti, per via della complessa logica di gestione delle transazioni.

Illimitata crescita dei dati

L’immagazzinamento di tutti gli stati di transizione porta alla repentina crescita dei dati, senza però aumentare significativamente le informazioni sui saldi registrate. Questa inefficienza non può essere rimossa nemmeno tramite tecniche di data pruning, e la diffusione esplosiva di una criptovaluta afflitta da tale problema potrebbe portare al suo fallimento.

IOTA, un distributed ledger adatto all’IoT

Introdurremo qui, con l’aiuto di alcuni use case e una bibliografia e sitografia di riferimento, una soluzione che sta prendendo piede sempre più nel mondo IoT per la notarizzazione delle transazioni su oggetti interconnessi.

Questo Distributed Ledger, chiamata IoT-A o più semplicemente “IOTA” possiede elevate velocità di transazione ed è “gratuito”, vale a dire che non richiede il pagamento, per la generazione di ciascun prossimo blocco, di alcuna commissione di rete su larga scala, utilizzando il “Tangle” (che è un nome che definisce la sua topologia, detta a “grafico aciclico diretto” o GAD).

Un GAD (DAG in Eng.) è un’alternativa di consenso alla blockchain: in un GAD, come nel “Tangle” di IOTA, ogni punto nel grafo è una transazione (o un insieme correlato di transazioni in bundle), e ogni punto nel grafo accetta ogni transazione che provenga dalla convalida di due precedenti transazioni che utilizzano un hash o una firma crittografica e dunque non modificabile a ritroso. Esiste poi un controllo per garantire che le due transazioni precedenti non siano tra loro in conflitto: l’algoritmo è fatto in modo che posso selezionare due transazioni precedenti né casualmente, ma neanche quelle subito più recenti, per fare in modo di garantire che tutte le transazioni vengono omogeneamente approvate il più velocemente possibile, evitando di lasciare transazioni “orfane” – cioè non approvate per un periodo di tempo troppo lungo. Questa architettura supera i colli di bottiglia delle Blockchain tradizionali e mantiene l’obiettivo di decentralizzazione, consenso scalabile, e una efficienza dal punto di vista energetico.

 

È interoperabile tra applicazioni e dispositivi qualora venisse accolta (come del resto sta accadendo) come modalità standard per concepire il colloquio tra oggetti IoT a livello industriale (automotive, etc.) in quanto esistono già partnership con enti governativi e industriali, nonché società come Jaguar Land Rover, Bosch e Volkswagen grazie a una conveniente economia di start-up e first adoption della soluzione per quei fornitori che creano parti speciali o uniche e che desiderano notarizzare le transazioni che queste svolgono utilizzando IOTA come livello di comunicazione.

Attualmente il sistema IOTA sfrutta un supervisore per garantire il sincronismo tra i nodi, chiamato coordinatore. La rete sarà completamente decentralizzata con il rilascio previsto per i primi mesi del 2021 della versione 2.0. Ogni nodo del sistema (l’IoT) si identificherà attraverso una sua “reputazione”, guadagnata svolgendo la propria funzione e fornendo una catena di sicurezza agli altri nodi di rete che guadagneranno reputazione a loro volta attraverso la cronologia di convalida estesa

Il valore di questa soluzione tecnologica, si sostanzia nell’essere “feeless” (senza commissioni da pagare ai miner e dunque gratuita) e “permissionless” per quanto detto finora e dunque consente rapidamente di collezionare un gran numero di transazioni per tutti gli oggetti, sicure, crittografate, e con basso costo o a costo zero.

Ciò dà il via libera alle micro-transazioni per la condivisione dei dati tra gli utenti (ad esempio, le auto potrebbero condividere le condizioni stradali tra loro e con i gestori della città) ed esistono già molti esempi chiave e casi d’uso che riguardano applicazioni on-field: logistica, routing intelligente, gestione predittiva delle infrastrutture, manutenzione sul campo etc.

Si possono immaginare innumerevoli casi di monitoraggio di risorse IT / OT / HR perché il sistema può garantire e notarizzare operazioni collegate a attraverso applicazioni di assistenza in loco, gestione di asset, manutenzione di asset, inventario, e gestione complessa del personale.

Come è perché è stato concepito IOTA

Questo token crittografico di nuova generazione è nativamente lightweight e viene utilizzato nell’Internet of Things, contrariamente alle altre criptovalute, native per altri scopi e che sono basate su blockchain complesse e gravose. Dalla stima che nella prossima decade ci saranno più di 50 miliardi di dispositivi connessi a Internet, i quali renderanno disponibili servizi dall’utilità inimmaginabile, dovranno però allo stesso tempo affrontare problematiche molto complicate, fra cui quella delle microtransazioni notarizzate e certificate per i motivi spiegati all’inizio di questo articolo. Tali dispositivi, infatti, dovranno poter anche occasionalmente essere in grado di scambiare tra loro minuscole quantità di denaro, in modo immediato e, possibilmente, senza costringere i produttori a scendere a compromessi nel design e nella dotazione di hardware. Proprio per questo scopo è stato concepito IOTA, che tuttavia rimane adatto anche a qualsiasi altro scenario in cui ci sia necessità di gestire microtransazioni oltre all’IoT.

È stato proprio per raggiungere questo obiettivo, che al momento della progettazione di IOTA si è scelto di prendere le distanze dalle criptovalute basate su blockchain di cui mantengono soltanto la visione legata a un consenso distribuito. Il diverso approccio rende il network scalabile nell’ambito di un ecosistema di IoT, in cui saranno presenti decine di miliardi di dispositivi connessi. L’evoluzione di IOTA ha portato questa tecnologia ad essere oggi dominante nelle applicazioni che fanno largo uso di sensoristica, abbattendo drasticamente i costi di investimento, o brevetto tradizionali (si calcola una crescita nel mercato di IOTA di circa 700 mld  di euro entro il 2030). Se l’adozione come standard di IOTA nel 2020 avrà luogo come previsto, allora ci sarà – come sta già accadendo – una accelerazione degli use-case e proof of concept e una auspicabile riprogettazione “in silicio” di molte parti attualmente rese software all’interno di microcomputer general-purpose (attualmente l’implementazione di IOTA è in Java, oltre che in Python, C ++, Rust e Go), trasferendo direttamente by-design su semiconduttore la parte più matura degli algoritmi. Questo porterà negli anni successivi a progetti di soluzione complete e a un vasto impulso di sviluppo con soluzioni vincenti direttamente rilasciate nativamente sul mercato. Interoperabilità, entro il 2030, dovrebbe portare alla penetrazione sulle parti applicative ed essere usata anche su progetti e pubblicazioni accademiche, e dal 2035 in poi si attende una crescita stabile anche in quelli che vengono chiamati “machine IOTA wallets” che oggi sono gli equivalenti dei BitCoin wallets.

I motivi fondamentali di questa penetrazione nel mercato a step successivi va ricercata nel fatto che, benché le alte velocità di transazione, la forte scalabilità, il carico computazionale efficiente e il bassissimo costa di convalida veloce su larga scala, un carico computazionale efficiente senza consente commissioni e basso costo di convalida e il codice open source, abbiamo di contro una tecnologia ancora non stressata a dovere: il volume delle transazioni attuali è ancora relativamente basso e principalmente in fase di test, l’attuale TPS (transaction per second) in tempo reale è circa 7 (vedi https://thetangle.org/) che è una frazione davvero piccola rispetto alla capacità teorica, la conferma richiede più tempo a causa della mancanza di volume di transazioni successive per convalidare un dato di transazione e ancora abbiamo la centralizzazione di un nodo Coordinatore, che può rappresentare un single point of failure.

Use Case

Sanitrust® DLT

Piattaforma SANITRUST, una soluzione digitale Teleconsys per la certificazione certa e immutabile delle attività di pulizia e sanificazione degli ambienti di lavoro a tutela della salute dei dipendenti e a garanzia del datore di lavoro dal contagio da covid-19.

Rifiuti speciali DLT

Piattaforma TIM-telecomitalia per recupero certificato e notarizzato distribuito di rifiuti sul territorio, attraverso IoT certification (Bilance DLT, timestamp, blockchain veicolo e smartphone, georeferenziazione)

AgrIoT

Il progetto consiste nello sviluppo di una piattaforma in grado di raccogliere, aggregare ed analizzare i dati derivanti dall’implementazione di sensoristica IoT all’agricoltura e all’allevamento. L’Agricoltura 4.0 è ritenuto un paradigma emergente che cambierà gli equilibri del settore primario e abiliterà l’adozione di nuovi comportamenti di vendita e consumo sull’alimentazione.

Conclusioni

In ogni caso IOTA non punta a rimpiazzare completamente le applicazioni blockchain, piuttosto può concorrere all’espansione dell’attuale ecosistema svolgendo il ruolo di oracolo per piattaforme di smart contract come Ethereum e Rootstock. Inoltre, IOTA può aumentare la sicurezza delle blockchain, offrendo loro la possibilità di includere checkpoint per le transazioni.

 

(Bibliografia: “IOTA 2.0: superare il trilemma della blockchain” Della Valle, Nardella, 2018)

 

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