Bitcoin is een cryptomunt en een zogeheten open-source peer-2-peer blockchainprotocol. Opgericht in 2009, wordt het beschouwd als de tot dusver meest succesvolle digitale munt in de geschiedenis. Maar erg duurzame is de bitcoin niet. Dat kan anders, zegen Oostenrijkse wetenschappers.
De uitvinder van de bitcoin is bekend onder het pseudoniem Satoshi Nakamoto. De ware identiteit(en) erachter zijn in het duister. In tegenstelling tot eerdere digitale munten is Bitcoin gedecentraliseerd en open (zonder toestemming). Dit betekent dat transacties niet worden vastgelegd door een centrale entiteit, maar in een openbare reeks blokken die de blockchain wordt genoemd. Iedereen kan transacties invoeren en bijdragen tot de validatie. Hiervoor moeten proofs of work (PoW) worden aangemaakt.
De blokken van de blockchain zijn openbare lijsten van transacties die aan elkaar worden gekoppeld tot een keten. De geschiedenis van de transacties kan niet worden gewijzigd. Om mogelijke aanvallen te voorkomen, wordt het toevoegen van blokken zeer rekenintensief gemaakt. De rekenkracht hiervoor wordt geleverd door zogenaamde prospectors. Beloningen in de vorm van cryptocurrency-munten bieden een stimulans. Zolang meer dan de helft van de rekenkracht die gebruikt wordt om deze taken op te lossen, geleverd wordt door eerlijke partijen, functioneert de blockchain als een robuust en niet-manipuleerbaar register dat alle Bitcoin-transacties vastlegt.
Verergering van de klimaatcrisis
“Ondanks het enorme succes is het systeem gebrekkig, waardoor de levensvatbaarheid van cryptomunten op lange termijn in twijfel wordt getrokken,” zegt Professor Krzysztof Pietrzak. Hij geeft leiding aan de cryptogradie-groepvan het Institute of Science and Technology, IST Austria en heeft een belang in het Chia Network. Bram Cohen, de CEO van Chia en uitvinder van de Bittorrent, gebruikt ideeën uit zijn basisonderzoek om een duurzame cryptomunt te realiseren.
Ook interessant: Facebooks Libra als aanval op banken en het monetaire systeem van de staat
Het ecologische probleem is ook het meest dringende. De berekeningen vergen een enorm energieverbruik. Die energie wordt – afhankelijk van de plaats van de hardware – opgewekt met behulp van fossiele brandstoffen. Dit veroorzaakt CO2-uitstoot. Volgens Digiconomist is dit momenteel 81,8 miljoen ton per jaar. Dat is ongeveer gelijk aan de CO2-voetafdruk van Roemenië. Bovendien is de centrale verwerkingseenheid en besturingseenheid van een computer (CPU) niet bijzonder efficiënt bij het zoeken naar blokken. Gespecialiseerde hardware is efficiënter en verbruikt minder energie.
Intussen zijn er grote spelers die deze hardware gebruiken en zo de democratische gedecentraliseerde aanspraak ondermijnen. Nakamoto’s oorspronkelijke idee om normale gebruikers hun overtollige CPU-cycli te laten gebruiken om Bitcoin te delven, kon niet worden gerealiseerd. Dit komt omdat bij normale CPU’s de elektriciteitskosten veel hoger zijn dan de verwachte winst. Op lange termijn zullen de hoge premies als stimulans voor Bitcoin-prospectoren waarschijnlijk ook problematisch worden. Omdat zij ofwel tot inflatie van de munt leiden, ofwel tot hoge transactiekosten.
Proof of space
De cryptografiegroep van IST Austria heeft in 2013 in een paper al een alternatief bewijssysteem voor een gedecentraliseerd valutasysteem voorgesteld: het proof of space (PoSpace). In tegenstelling tot het proof of work (PoW), is dit niet gebaseerd op constante berekeningen, maar op vrije opslagruimte op de harde schijf. Deze alternatieve constructie lost alle bovengenoemde tekortkomingen op. Zij is veel efficiënter en maakt het mogelijk om voor alle deelnemers met heel weinig energie naar blokken te zoeken. Bovendien is er een enorme hoeveelheid aan ongebruikte opslagruimte, zowel in datacentra, als in privécomputers en dergelijke. Zij kunnen dus door iedereen worden gebruikt en bijna zonder extra kosten voor prospectie. De opslagruimte hoeft maar één keer geïnitialiseerd te worden om het zoeken naar blokken mogelijk te maken.
Duurzame blockchain
“Je kunt echter Proof of Work niet zomaar vervangen door Proof of Space in een blockchain als Bitcoin. Dat zou hartstikke onveilig zijn”, legt Pietrzak uit. In plaats daarvan bouwden de onderzoekers hun eigen blockchain, die ze Spacemint noemden. Maar er moest veel onderzoek worden gedaan voordat het serieus kon worden uitgevoerd. De technische uitdaging was om een beveiliging te garanderen die ten minste vergelijkbaar is met die van Bitcoin. Ervan uitgaande dat een meerderheid van de opslagruimte wordt gecontroleerd door eerlijke partijen.
Je kunt Proof of Work niet zomaar vervangen door Proof of Space in een blockchain als Bitcoin, dat zou hartsikke onveilig zijn.
Professor Krzystof Pietrzak, IST Austria
Een van de problemen die Spacemint moest oplossen was het garanderen van de veiligheid van de blockchain onder dynamische beschikbaarheid. De opslagruimte wordt gebruikt om de blockchain te beveiligen. Als er grote schommelingen zijn in de beschikbaarheid van opslagruimte, komt de veiligheid van de blockchain in gevaar. In Bitcoin op PoW-basis, waar de veiligheid van de blockchain wordt gegarandeerd door rekenkracht, is dynamische beschikbaarheid echter geen probleem. Dit werd duidelijk toen de rekenkracht van Bitcoin binnen een paar jaar met enkele ordes van grootte toenam. Bovendien hadden de eerste ruimtebewijzen een interactieve initialisatiefase, die van cruciaal belang bleek te zijn.
Pietrzak: “In de context van blockchains betekent dit dat een prospector de ruimte die hij wil gebruiken eerst moet registreren. In de blockchain die wij voor PoSpace hebben geconstrueerd, gebeurt dit door middel van een speciale transactie die in de blockchain wordt vastgelegd. Dit is problematisch omdat een meerderheid van de bestaande prospectors bijvoorbeeld zou kunnen besluiten geen nieuwe registraties meer toe te staan”.
Geen uniforme oplossing
Ondertussen maken ten minste twee van de grote blockchainprojecten gebruik van PoSpace: het gedecentraliseerde opslagnetwerk Filecoin en de blockchain Chia. In samenwerking met Chia zouden de bovengenoemde problemen kunnen worden opgelost. Bram Cohen, de oprichter van Bittorrent en Chia, stelde voor om PoSpace te combineren met proofs of time. Een systeem dat nu bekend staat als unieke bewijzen van sequentieel werk of verifieerbare vertragingsfuncties. Het probleem met interactieve initialisatie werd opgelost door de cryptografiegroep van IST Austria door de invoering van een nieuwe klasse van PoSpace.
Dat PoSpace de dominante standaard in blockchaintechnologie zal worden is niet bijzonder waarschijnlijk, maar wel realistisch, zegt Pietrzak. “Het moet onderhand wel duidelijk zijn dat proofs of work geen toekomstgerichte oplossing zijn. In de toekomst zullen waarschijnlijk een paar zeer verschillende systemen parallel lopen. Het best bestudeerde alternatief voor open blockchains zijn momenteel proofs of stake (PoStake). Het is echter moeilijk om op basis hiervan een blockchain te bouwen. Ethereum probeert al meer dan vijf jaar over te stappen op PoStake, maar is daar tot nu toe niet in geslaagd vanwege technische problemen. Experts als Bram Cohen beweren dat een op PoStake gebaseerde open blockchain om fundamentele redenen niet kan werken.”
Het moet onderhand wel duidelijk zijn dat proofs of work geen toekomstgerichte oplossing zijn. In de toekomst zullen waarschijnlijk een paar zeer verschillende systemen parallel lopen
Krzystof Pietrzak, Professor am IST Austria
Vertragingsfuncties
In ieder geval zal de cryptografiegroep van IST Austria blijven werken aan PoSpace en zich bezighouden met complexe kwesties. Zo zijn er nog verifieerbare vertragingsfuncties nodig die ook kunnen worden gebruikt in de schaalbare kwantumcomputers van de toekomst. De onderzoekers pleiten er ook voor om af te stappen van het idee van ‘eerlijke deelnemers’. Momenteel kunnen zij alleen bewijzen dat een blockchain als Bitcoin, Chia enzovoort veilig is als een meerderheid van de middelen wordt gecontroleerd door partijen die zich eerlijk gedragen, dat wil zeggen zich aan het protocol houden. Pietrzak: “Het zou realistischer zijn ervan uit te gaan dat de partijen niet eerlijk, maar rationeel zijn. Voor cryptocurrency miners betekent dit dat zij hun winst trachten te maximaliseren.“
Ook interessant: Start-up of the day: blockchain eenvoudig en veilig maken
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
