Skynet Core: il chip per supportare Blockchain e IoT

Blockchain e Internet of Things (IoT) sono tra le più importanti tecnologie in grado di guidare e implementare le soluzioni digitali più innovative. In quest’ottica, il progetto Skynet mira a realizzare un chip che combina le proprietà tipiche dell’architettura blockchain con quelle dell’IoT, favorendo la realizzazione di soluzioni interconnesse con un grado di scalabilità e decentralizzazione senza precedenti Introduzione

Blockchain e Internet of Things (IoT) sono due tra le più importanti tecnologie in grado di guidare e implementare le soluzioni digitali più innovative. In quest’ottica, il progetto Skynet mira a realizzare un chip che combina le proprietà tipiche dell’architettura Blockchain con quelle del mondo IoT, favorendo la realizzazione di soluzioni interconnesse con un grado di scalabilità e decentralizzazione senza precedenti. 

Introduzione

Skynet indica sia il nome di un progetto che di un’azienda, attualmente nello stadio ICO (Initial Coin Offering), che mira a risolvere i principali problemi e limitazioni derivanti dall’adozione della tecnologia Blockchain nelle applicazioni di Internet of Things (IoT). L’obiettivo dei progettisti e degli sviluppatori del team Skynet è infatti quello di realizzare una rete IoT super scalabile basata sulla tecnologia blockchain e supportata a livello hardware dal primo “chip blockchain” al mondo. Questo circuito integrato, denominato Skynet Core, non ha nulla in comune con gli attuali chip custom e ASIC sviluppati esclusivamente per risolvere efficientemente gli algoritmi di hash e accelerare quindi l’operazione di mining di una criptovaluta. Si tratta infatti di un componente completamente innovativo, che non richiede alcuna licenza e nato per supportare, attraverso una rete di migliaia o milioni di unità, la rete blockchain Skynet. Essendo liberamente utilizzabili, i chip Skynet Core potranno essere incorporati in una miriade di dispositivi utilizzati nelle applicazioni IoT, a partire dai più semplici sensori di temperatura o umidità fino alle più complesse apparecchiature e robot per applicazioni industriali. Il loro collegamento alla rete Skynet consentirà la realizzazione di un'infrastruttura operante in tempo reale comprendente tutti i vantaggi della tecnologia blockchain.

Superare i limiti della blockchain

Nonostante la tecnologia blockchain presenti numerosi punti di forza e sia stata largamente utilizzata per realizzare l’infrastruttura di numerose criptovalute (tra cui, la più importante, il Bitcoin), esistono dei limiti e degli svantaggi (soprattutto a livello di performance) che ne limitano fortemente l’utilizzo nelle applicazioni IoT, dove efficienza, bassi costi e comportamento real-time sono requisiti fondamentali. La blockchain ufficiale di Bitcoin, ad esempio, è cresciuta in modo esponenziale come numero di blocchi. L’operazione di validazione delle transazioni è diventata sempre più complessa e inefficiente, molto onerosa sia dal punto di vista computazionale che in termini di tempo richiesto per il suo completamento. Non vanno inoltre trascurate le implicazioni a livello ambientale, con mining farm che assorbono milioni di Watt a discapito dell’intero ecosistema. Una tale architettura non sarebbe in grado di gestire una rete potenzialmente in grado di generare milioni di transazioni su base giornaliera, volumi tipici delle applicazioni IoT sviluppate su larga scala. Bitcoin ed Ethereum, ad esempio, hanno fondato la propria architettura di rete sul concetto di competitività, nel senso che i miner sono posti in stretta competizione tra loro, una soluzione che come effetto collaterale comporta una bassa efficienza sul tempo di validazione delle transazioni. I nuovi blocchi sono infatti inseriti nella rete blockchain a una velocità molto ridotta (dell’ordine di 7-20 transazioni al secondo) e il costo per transazione non è trascurabile (mediamente compreso tra 0,5 e 1 dollaro statunitense). I nuovi progetti in ambito blockchain che mirano a supportare le applicazioni IoT hanno quindi delle importanti sfide da affrontare. Anzitutto devono dimostrare un’elevata efficienza: il costo per transazione deve essere minimo, come il tempo richiesto per confermare ogni nuova transazione inserita nella rete. Come già accennato in precedenza, questa caratteristica si traduce anche in un’elevata efficienza energetica. Il sistema deve inoltre presentare una compatibilità con gli schemi di infrastruttura classici, basati sulla catena di blocchi o sui grafi aciclici diretti (DAG).

Skynet Open Network

Con il termine Skynet Open Netowork (SON) si intende una sorta di 'ombrello modulare' sotto il quale sono concentrate una serie di reti di tipo blockchain, ognuna rivolta a un particolare tipo di applicazione. Come schematizzato in Figura 1, SON è pertanto una rete modulare in cui i singoli elementi possono essere combinati in modo tale da soddisfare i requisiti dello specifico dominio applicativo.

Figura 1. L’architettura modulare di Skynet Open Network

Si immagini uno scenario futuro in cui una moltitudine di dispositivi intelligenti possano interagire, su larga scala, in modo autonomo e in completa sicurezza, implementando soluzioni applicabili a diverse realtà della vita di tutti i giorni. Questo scenario è fondamentalmente lo stesso previsto dall’Internet of Things, la cui diffusione sta diventando, anno dopo anno, sempre più capillare. La tecnologia blockchain avrebbe tutti i requisiti per supportare questa realtà, ma attualmente non dispone di un adeguato livello di prestazioni e scalabilità. Il progetto Skynet si pone l’obiettivo di superare queste limitazioni tramite l’utilizzo combinato di un System-on-a-Chip (SoC) ottimizzato per applicazioni di intelligenza artificiale e una rete blockchain con un elevato grado di scalabilità. Il concetto relativo a un'ipotetica rete di macchine intelligenti non è nuovo, avendo ispirato numerosi romanzi e pellicole del genere Science-Fiction (forse è un caso, ma Skynet è proprio il nome dell’immaginaria rete di supercomputer descritta nel ciclo di film Terminator). In realtà, l’unione tra le tecnologie IoT e AI (intelligenza artificiale) non va intesa come una minaccia per l’umanità, ma come un’opportunità per creare applicazioni che aiutino a migliorare il benessere e la qualità della vita dell’intera comunità. I rischi e le implicazioni non vanno tuttavia sottovalutati, a cominciare dagli aspetti legati alla privacy e alla sicurezza delle informazioni. Introdotta con il Bitcoin nel 2009, la tecnologia blockchain può fornire un livello di comunicazione sicuro e affidabile per collegare i dispositivi IoT, garantendo allo stesso tempo altre importanti funzionalità quali: riconoscimento univoco dell’identità dei dispositivi connessi, transazioni di pagamento sicure e decentralizzate e integrità dei dati. Inoltre, i dispositivi possono crearsi una propria reputazione basata sul numero di transazioni precedentemente processate. I nodi della rete IoT potrebbero anche distribuire tra loro il carico di lavoro, condividere dei dati e utilizzare dei micro-pagamenti M2M (Machine To Machine) come ricompensa per il servizio offerto. Il nodo dolente riguarda tuttavia l’elevato volume di transazioni che la rete deve supportare, con tempi di conferma quasi istantanei e scalabilità potenzialmente infinita (le prestazioni non devono cioè degradare con il crescere dei dispositivi connessi). Nessuna implementazione di blockchain è oggi in grado di soddisfare tutti questi requisiti ed è proprio questo l’obiettivo che Skynet si prefigge di raggiungere, combinando i vantaggi insiti nella blockchain con un hardware “IoT-ready” appositamente progettato per soddisfare i requisiti di scalabilità e volume di transazioni tipico delle più moderne applicazioni IoT. L’approccio seguito da SON consiste nel combinare più reti blockchain, integrate attraverso una blockchain di origine detta “root” o “SON Fabric” (si osservi la Figura 2).

Figura 2. Skynet Open Network: un approccio innovativo basato su blockchain multiple

SON Fabric è la blockchain di origine, a sua volta composta da tre ledger:

  • SON Nova, una piattaforma per gli smart contract compatibile con Ethereum e in grado di supportare la creazione di applicazioni decentralizzate;
  • SON Idex, una soluzione in grado di stabilire l’identità univoca dei dispositivi connessi, oltre a funzionalità per la ricerca di nodi sicuri e per la gestione dei dispositivi IoT;
  • SON Singularity, una infrastruttura con lo scopo di fornire meccanismi di intelligenza artificiale, in particolare per applicazioni decentralizzate di machine learning, consentendo lo scambio di informazioni tra più dispositivi.

Dal punto di vista implementativo, SON si basa su Tendermint Core, uno strumento software in grado di replicare un’applicazione, in modo sicuro e consistente, su diverse macchine. In modo sicuro significa che Tendermint continua a funzionare anche se fino a un terzo delle macchine è affetto da guasti o malfunzionamenti di vario tipo. In modo consistente significa che ogni macchina non affetta da guasti vede lo stesso insieme di transazioni ed è in grado di determinare nello stesso modo lo stato futuro della rete. Sicurezza e consistenza sono due requisiti fondamentali [...]

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