Nieuwe algoritmen zijn veilig zoals blockchains, maar eenvoudiger, sneller en energiezuiniger

Een bijna energieneutraal alternatief voor Bitcoin en andere op blockchain gebaseerde cryptocurrencies dat evenveel veiligheid maar veel grotere snelheden belooft, wordt nu in Europa ontwikkeld, zo blijkt uit een nieuwe studie.

Cryptocurrencies zoals Bitcoin zijn digitale munteenheden die gebruikmaken van cryptografie om financiële transacties tussen individuen te beschermen en mogelijk te maken, waardoor tussenpersonen zoals banken of creditcardmaatschappijen overbodig worden. De explosieve belangstelling voor Bitcoin maakte het de snelst groeiende valuta ter wereld in jaren.

Een groot zwak punt van Bitcoin is echter de buitengewone hoeveelheid energie die het vergt, en de enorme hoeveelheden van het broeikasgas kooldioxide die het als gevolg daarvan uitspuwt. Bitcoin heeft naar verluidt een wereldwijd elektriciteitsverbruik dat vergelijkbaar is met dat van heel Oostenrijk, en een wereldwijde CO2-voetafdruk die vergelijkbaar is met die van Denemarken.

In hun zoektocht naar alternatieve benaderingen voor cryptocurrency merkten computerwetenschappers op dat in het paper uit 2008 waarin Bitcoin voor het eerst werd beschreven, werd uitgelegd dat het hart van het protocol ligt in het voorkomen van dubbel geld uitgeven. Deze potentiële fout in elk digitaal geldschema zou toestaan dat een digitaal token meer dan eens wordt uitgegeven.

Om dit probleem op te lossen, zendt Bitcoin berichten uit naar het hele netwerk om iedereen elke transactie te laten bevestigen, dit alles om te voorkomen dat kwaadwillende zogenaamde “Byzantijnse” spelers vals kunnen spelen. Bitcoin bereikt een dergelijke consensus door een blockchain te implementeren, wat een veilig grootboek is van alle transacties in het systeem dat wordt onderhouden door de gemeenschap van gebruikers in plaats van een tussenpersoon zoals een bank.

Om blockchains consensus te laten bereiken over de geldigheid van alle transacties, moeten gebruikers complexe, energie-intensieve reken-“proof of work”-taken uitvoeren. De vele andere cryptocurrencies die na de opkomst van Bitcoin zijn ontwikkeld, zijn over het algemeen ook allemaal op blockchains gebaseerd.

De hoofdauteur van de studie, Rachid Guerraoui, een computerwetenschapper aan de Federale Polytechnische School van Lausanne in Zwitserland, en zijn collega’s stellen echter dat Bitcoin en andere cryptocurrencies die op blockchains zijn gebaseerd, in wezen overkill zijn. Zij suggereren dat voor het oplossen van het probleem van dubbel geldgebruik niet de complexe taak van het bereiken van consensus nodig is. In plaats daarvan kunnen veel eenvoudigere, snellere en minder energie-intensieve algoritmen volstaan.

De nieuwste algoritmen die de wetenschappers hebben ontwikkeld, zenden berichten uit over elke transactie op een manier die lijkt op roddelen: één gebruiker vertelt een kleine groep over de transactie, en zij gaan verder om anderen erover te informeren, enzovoort, waarbij het bericht zich op exponentiële wijze verspreidt over een groeiend aantal deelnemers aan het systeem. Als het om miljarden gebruikers gaat, zijn er slechts enkele tientallen communicatierondes nodig voor een bericht om elk ander lid van het systeem te bereiken, zeggen de onderzoekers.

In plaats van voor elke transactie consensus te zoeken bij elke deelnemer in het systeem, controleren de algoritmen of een willekeurige steekproef van gebruikers berichten over elke transactie heeft ontvangen. Als deze steekproef voldoende groot is, is de kans dat kwaadwillende aanvallers het systeem kunnen misleiden door te denken dat een andere transactie heeft plaatsgevonden, voldoende verlaagd om ervoor te zorgen dat dergelijke hacks niet voorkomen binnen de leeftijd van het universum, zeggen de onderzoekers.

De onderzoekers zeggen dat hun consensusloze algoritmen niet alleen veilig zijn, maar ook verwaarloosbare hoeveelheden elektriciteit verbruiken, met transacties die elk ongeveer evenveel energie kosten als het uitwisselen van e-mails.

“Het is zeker minder energie-intensief dan Bitcoin,” zegt Guerraoui. De wetenschappers hebben hun nieuwste bevindingen beschreven in een studie die op 16 oktober zal worden gepresenteerd op het International Symposium on Distributed Computing in Boedapest en die al de Best Paper Award van die bijeenkomst heeft gewonnen.

De consensusloze algoritmen genereren ook slechts een paar gram kooldioxide per transactie, vergeleken met een geschatte 300 kilogram per Bitcoin-transactie. Bovendien, terwijl het oorspronkelijke Bitcoin-protocol tot een uur nodig had om te bevestigen dat een transactie correct was verlopen, kunnen de prototype-algoritmen van het Zwitserse team dit in minder dan een seconde doen.

De algoritmen kunnen niet alleen worden toegepast op valuta, maar kunnen ook helpen bij het veilig overdragen van eigendom van elke andere vorm van activa, zoals land, zegt Guerraoui. De onderzoekers onderzoeken momenteel hoeveel hun algoritmen kunnen bereiken met betrekking tot andere soorten transacties waartoe blockchains in staat zijn, zoals het implementeren van “slimme contracten”. Dat zijn convenanten waarbij deelnemers overeenkomen om een taak uit te voeren op basis van een reeks voorwaarden.