Nya algoritmer är säkra som blockkedjor, men enklare, snabbare och mer energieffektiva
Ett nästan energilöst alternativ till Bitcoin och andra blockkedjebaserade kryptovalutor som lovar lika stor säkerhet men mycket högre hastigheter håller nu på att utvecklas i Europa, visar en ny studie.
Kryptovalutor som Bitcoin är digitala valutor som använder kryptografi för att skydda och möjliggöra finansiella transaktioner mellan individer, vilket gör tredjepartsmellanhänder som banker eller kreditkortsföretag onödiga. Det explosionsartade intresset för Bitcoin gjorde den till världens snabbast växande valuta under flera år.
En av Bitcoins stora svagheter är dock de extraordinära energimängder som den kräver, och de enorma mängder av den globala uppvärmningsgasen koldioxid som den spottar ut som ett resultat. Bitcoin uppges ha en global elförbrukning som närmar sig hela Österrikes och ett globalt koldioxidavtryck som är jämförbart med Danmarks.
I sökandet efter alternativa tillvägagångssätt för kryptovalutor noterade datavetare att den artikel från 2008 som först beskrev Bitcoin förklarade att kärnan i protokollet ligger i att förhindra dubbelutnyttjande. Denna potentiella brist i alla system för digitala pengar skulle göra det möjligt för en digital token att spenderas mer än en gång.
För att lösa detta problem sänder Bitcoin meddelanden till hela sitt nätverk för att få alla att bekräfta varje transaktion, allt för att förhindra att illasinnade så kallade “bysantinska” spelare fuskar. Bitcoin uppnår sådan konsensus genom att implementera en blockkedja, som är en säker huvudbok över alla transaktioner i systemet som upprätthålls av dess användargemenskap i stället för av någon mellanhand, t.ex. en bank.
För att blockkedjor ska kunna nå konsensus om alla transaktioners giltighet måste användarna utföra komplexa, energikrävande beräkningsuppgifter, s.k. “proof of work”. De många andra kryptovalutor som utvecklats efter bitcoins framväxt är i allmänhet också alla baserade på blockkedjor.
Det är dock så att studiens huvudförfattare Rachid Guerraoui, datavetare vid Federal Polytechnic School of Lausanne i Schweiz, och hans kollegor hävdar att bitcoin och andra kryptovalutor som är baserade på blockkedjor i huvudsak är överflödiga. De menar att det för att lösa problemet med dubbelutnyttjande inte krävs den komplexa uppgiften att uppnå konsensus. I stället kan mycket enklare, snabbare och mindre energikrävande algoritmer räcka.
De senaste algoritmerna som forskarna utvecklade sänder ut meddelanden om varje transaktion på ett sätt som liknar skvaller: en användare berättar för en liten grupp om transaktionen, som sedan informerar andra om den, och så vidare, och meddelandet sprids exponentiellt till ett växande antal deltagare i systemet. När det gäller miljarder användare krävs det bara några dussin kommunikationsrundor för att ett meddelande ska nå någon annan deltagare i systemet, säger forskarna.
Istället för att söka konsensus från alla deltagare i systemet för varje transaktion kontrollerar algoritmerna om ett slumpmässigt urval av användare har fått meddelanden om varje transaktion. Om detta urval är tillräckligt stort sänks chansen att illasinnade angripare kan lura systemet att tro att en annan transaktion har ägt rum tillräckligt för att säkerställa att sådana hackningar inte sker inom universums ålder, säger forskarna.
Forskarna säger att deras konsensuslösa algoritmer inte bara är säkra, utan också förbrukar försumbara mängder elektricitet, där transaktionerna var och en kräver ungefär lika mycket energi som att utbyta e-post.
“Det är definitivt mindre energiintensivt än Bitcoin”, säger Guerraoui. Forskarna redogjorde för sina senaste resultat i en studie som kommer att presenteras den 16 oktober vid International Symposium on Distributed Computing i Budapest och som redan har vunnit det mötets pris för bästa artikel.
De konsensuslösa algoritmerna genererar också bara några få gram koldioxid per transaktion, jämfört med uppskattningsvis 300 kilo per Bitcoin-transaktion. Medan det ursprungliga Bitcoin-protokollet tog upp till en timme att bekräfta att en transaktion gick rätt till kan det schweiziska teamets prototypalgoritmer dessutom göra det på mindre än en sekund.
Algoritmerna kan inte bara tillämpas på valuta, utan kan också hjälpa till att på ett säkert sätt överföra äganderätten till någon annan typ av tillgång, till exempel mark, säger Guerraoui. Forskarna undersöker för närvarande hur mycket deras algoritmer kan åstadkomma när det gäller andra typer av transaktioner som blockkedjor kan genomföra, till exempel att implementera “smarta kontrakt”. Det är avtal där deltagarna kommer överens om att utföra en uppgift utifrån en rad villkor.