På vej mod bæredygtige blockchains

Efterhånden som blockchains bliver stadig mere populære og udbredte, en voksende bekymring er deres bæredygtighed. Nuværende designs, mest bemærkelsesværdigt blockchainen, der ligger til grund for Bitcoin kryptovaluta, er sikret ved hjælp af såkaldte "arbejdsbeviser, " som kræver enorme mængder af regnekraft. Dette er et økologisk problem, der udfordrer kryptovalutaernes langsigtede levedygtighed. I et løbende samarbejde, Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig) Professor Krzysztof Pietrzak og BitTorrents opfinder/Chia Network CEO Bram Cohen søger at løse dette problem ved at gøre brug af diskplads frem for beregningsarbejde. Forskning i en af ​​de to nøglekomponenter i denne tilgang - "beviser for sekventielt arbejde, "også kendt som" verificerbare forsinkelsesalgoritmer, "modtog årets bedste papirpris på EUROCRYPT, en af ​​verdens to bedste kryptografikonferencer.

Bitcoin er langt den mest succesrige digitale valuta. Dens decentraliserede karakter adskiller den fra alle tidligere foreslåede digitale valutaer. I stedet for at have en central enhed, alle Bitcoin -transaktioner registreres i en offentlig sekvens af blokke kendt som en blockchain. For at tilføje en blok til blockchain, en bruger (eller "minearbejder") skal fremlægge et "bevis for arbejde, " det er, de skal løse en slags kryptografisk puslespil eller udfordring. Så længe mere end halvdelen af ​​den beregningskraft, der er dedikeret til at løse disse gåder, bidrages af ærlige parter, blockchain fungerer som robust, ikke-manipulerbar hovedbog, der holder styr på alle Bitcoin-transaktionerne. Minearbejdere tilskyndes af løftet om at modtage Bitcoins som en belønning for at tilføje blokke, i øjeblikket værd omkring 100 USD, 000 (ca. EUR 80, 000) for hver fundet blok. Dette fører til massivt energiforbrug - ifølge nogle skøn, det tilsvarende forbrug i Danmark. Men problemet er ikke kun økologisk, det er også økonomisk. De høje belønninger, der kræves for at stimulere minearbejdere, vil i det lange løb, føre til enten inflation eller høje transaktionsomkostninger.
,
Forskere har undersøgt alternativer til beviser for arbejde for at sikre blockchains. "Vi mener, at den mest lovende tilgang er at bruge diskplads, "siger Krzysztof Pietrzak." Der findes enorme mængder ubrugt diskplads - i datacentre, men også personlige bærbare computere og lignende - som kunne bruges til minedrift til næsten ingen marginale omkostninger. "

At designe blockchains, der bruger diskplads i stedet for beviser på arbejde, er et udfordrende problem. Et nyligt forslag, Chia-netværket (chia.net), vil erstatte arbejdsbeviser med to nøglekomponenter.

Den første af disse er "beviser på plads, " som bruges af minearbejdere til at bevise, at de dedikerer diskplads. Da disse beviser er ekstremt billige at generere, når først den dedikerede plads er blevet initialiseret, en anden komponent er påkrævet for at gennemtvinge en dynamik, hvor nye blokke kun vises med få minutters mellemrum, ligner det, der forekommer i Bitcoin. Denne anden komponent bruger det, der kaldes et "bevis for sekventielt arbejde" eller "verificerbar forsinkelsesalgoritme." I det væsentlige, dette er en protokol, hvor brugeren kan vise, at de har foretaget en lang sekventiel beregning efter at have modtaget en form for udfordring. At være sekventiel betyder, at - i modsætning til "normale" beviser for arbejde - at have enorme mængder regnekraft til rådighed ikke gør beregningen hurtigere. Derfor, det tjener som bevis på, at der er gået en given tid, siden udfordringen er modtaget.

I deres prisvindende papir, Cohen og Pietrzak konstruerer det første praktiske og offentligt verificerbare bevis på sekventielt arbejde. Tidligere konstruktioner kræver enten, at verifikatoren holder en hemmelig faldlem for at verificere et bevis, eller beviseren til at dedikere en enorm mængde diskplads til at generere et bevis.

Eksisterende algoritmer var ekstremt komplicerede, eller beviserne kunne kun verificeres af en part, der havde en form for hemmelig faldlem, eller proveren krævede en enorm mængde diskplads for at generere et bevis. Desværre, den nye konstruktion kan ikke uden videre bruges til den hovedapplikation, forfatterne var interesserede i - blockchain-design - da den mangler en afgørende egenskab:unikhed. I særdeleshed, et gyldigt bevis kan tilpasses til et andet gyldigt bevis uden at skulle gentage den sekventielle beregning. Dette er et problem, da processen med at tilføje en ny blok er som et lotteri, og uden den unikke egenskab, en modstander kunne generere mange forskellige beviser for sekventielt arbejde, og kun annoncere den, der giver ham den bedste chance for også at vinde dette lotteri i næste runde. "At komme med et design, hvor beviser har en kanonisk repræsentation uden brug af tungt kryptografisk maskineri, er et spændende åbent spørgsmål, " siger Pietrzak.