Das kanadische Buchhaltungs- und Unternehmensberatungsunternehmen MNP hat kürzlich einen Bericht mit dem Titel „Blockchain and energy consumption: The quest for efficiency“ (Blockchain und Energieverbrauch: Auf der Suche nach Effizienz) herausgebracht, in dem festgestellt wird, dass die Bitcoin SV (BSV)-Blockchain weitaus energieeffizienter ist als Bitcoin Cash (BCH) und Bitcoin Core (BTC).
Und das, obwohl alle drei Blockchains denselben Proof-of-Work-Konsens-Mechanismus verwenden, bei dem die Miner Energie aufwenden müssen, um Transaktionen zu validieren und dem digitalen Ledger hinzuzufügen. In dem Bericht wird festgestellt, dass der Unterschied zwischen BSV und den anderen Protokollen, der zu dieser besseren Effizienz führt, in seiner inhärenten Skalierbarkeit liegt.
Die BSV-Blockchain basiert auf dem originalen Bitcoin-Protokoll, wie es von seinem Erfinder Satoshi Nakamoto beschrieben wurde. Im Gegensatz zu BTC und BCH, die willkürliche Beschränkungen für die maximale Blockgröße ihrer Netzwerke auferlegt haben, bietet BSV unbegrenzte Blockgrößen im Einklang mit dem ursprünglichen Design von Bitcoin. Das bedeutet, dass die Blöcke des BSV-Netzwerks viel mehr Transaktionen enthalten können als die Blöcke von BCH und BTC, und auch, dass sie viel größere Datenmengen verarbeiten können.
Mehr Transaktionen und Daten pro Block führen zu weniger Stromverbrauch für die Verarbeitung jeder Transaktion oder jedes Megabytes an Daten, was unmittelbar zu einer Steigerung der Energieeffizienz führt.
„Die drei Bitcoin-Protokolle BTC, BSV und BCH wurden verglichen, um festzustellen, welches effizienter ist. Da bei allen Bitcoin-Protokollen der Mining-Schwierigkeitsgrad durch das Rechenpotenzial der Miner beeinflusst wird, wurden als Maßstäbe für die Effizienz Kilowattstunden pro Transaktion und Kilowattstunden pro validiertem Megabyte herangezogen. Diese Messdaten verdeutlichen die wichtigsten Unterschiede zwischen den Protokollen“, so MNP in dem Bericht.
„Betrachtet man die Durchsätze der verschiedenen Netzwerke, so kann man feststellen, dass die potenziellen Kapazitätsunterschiede einen großen Einfluss auf die Effizienz haben. Der Stromverbrauch pro Transaktion und auch pro Megabyte nimmt ab, wenn die Netzwerkauslastung bei Protokollen mit einer großzügigeren Blockgröße höher ist als bei solchen mit einer restriktiveren Blockgröße.“ Die willkürlichen Begrenzungen von BTC und BCH können einen erheblichen Einfluss auf den Stromverbrauch pro Transaktion haben.“
„BSV basiert auf den im Netz verfügbaren Blockgrößen und einem entsprechend hohen Anzahl der Transaktionen (Durchsatz). Angesichts der Einschränkungen anderer Protokolle ist sie damit um ein Vielfaches effizienter. Solange die Größe oder die Anzahl der Transaktionen im BSV-Netzwerk die Begrenzung der anderen Protokolle übersteigt, ist BSV das effizienteste in dieser Gruppe,“ bestätigt der Bericht.
Modellierung des Energieverbrauchs beim Bitcoin-Mining
Das Ziel der MNP-Studie bestand darin, ein Modell zur Messung der Energieeffizienz jedes Proof-of-Work-Blockchain-Protokolls, das SHA256-basiertes Mining verwendet, zu erstellen. Diese Methodik wurde zwar auf BSV, BTC und BCH angewandt, könnte aber auch auf jedes andere Bitcoin-basierte Protokoll angewendet werden, um die Energieeffizienz zu ermitteln.
Eine der größten Hürden, auf die MNP bei der Erstellung dieses Modells stieß, war die Ermittlung des Energieverbrauchs von für das Mining verwendeten ASIC-Geräten (Application-Specific Integrated Circuit), wie sie von großen Mining-Unternehmen eingesetzt werden. Die Studie untersuchte 12 Bitcoin-Mining-Unternehmen mit Standorten in Kanada, um den Energieverbrauch im Mining-Betrieb zu messen und die verwendete Hardware sowie die Kühlungslösungen zu erfassen.
Die folgenden Bitcoin-Mining-Unternehmen wurden befragt:
- Bitfarms
- Hut8
- Hive Blockchain Technologies Ltd.
- Blockstream
- DMG
- Argo
- Ocean Falls Blockchain
- MAAS Blockchain
- Miningsky
- Plexus
- ADMCO
- Quotecolo
MNP befasste sich zudem mit neuen Kühlungslösungen, die von einigen Mining-Unternehmen eingeführt wurden, um die Hash-Rate zu verbessern und gleichzeitig die Kühlungskosten zu senken. Dazu gehört die Tauchkühlung, die von DMG Blockchain mit großem Erfolg eingesetzt wird.
Der Modellansatz von MNP vergleicht den Stromverbrauch von BSV, BTC und BCH in kWh pro Block, kWh pro Transaktion (tx) und kWh pro Megabyte (MB), wobei die beiden letzteren entscheidend für die Bestimmung der Energieeffizienz der Transaktionsverarbeitung im Netzwerk sind.
„Die hier erörterten Durchsatzraten sind für die Blöcke von untergeordneter Bedeutung. Die Durchsätze in Relation zur Energieeffizienz werden in Bezug auf den Energieverbrauch zu eine bedeutenden Unterscheidungsmerkmal zwischen den verschiedenen Protokollen. Da ein Block mit einer minimalen Dichte gemint werden kann, der eine minimale Speichergröße hat und keine Transaktionen enthält; oder aber ein Block mit der maximalen Dichte“, so MNP.
„Die Anzahl der Miner in einem Netzwerk, ihre Hash-Leistung und die Energieeffizienz ihrer Ausrüstung wirken sich direkt auf den für das Mining eines Blocks erforderlichen Verbrauch aus. Der Energieverbrauch, der für das Mining eines Blocks erforderlich ist, wirkt sich wiederum direkt auf den Verbrauch der beiden anderen Metriken aus.“
Die Zahlen für kWh/tx und kWh/MB stehen in Beziehung zueinander, unterscheiden sich jedoch je nach Nutzerverhalten und Auswahl der Miner, fügt MNP hinzu.
„Wenn keine Benutzertransaktionen in einem Block enthalten sind, ist der Verbrauch pro Transaktion gleich dem Verbrauch pro Block, da der Coinbase-Reward die einzige Transaktion darstellt. Wenn ein Miner eine ungewöhnlich große Transaktion zur Validierung in einem Block mit maximaler Kapazität auswählt, wird der Verbrauch pro Transaktion im Verhältnis zum Verbrauch pro Megabyte hoch erscheinen, da weniger Transaktionen enthalten sind.“
Das MNP-Modell und die darauf basierenden Schätzungen
Das von MNP entwickelte Modell berücksichtigt die oben genannten Daten bei der Bewertung des Energieverbrauchs des gesamten Netzwerkes. Es verwendet die von Blockchair erfassten Blockdaten als Grundlage für die Netzwerkdaten vom 1. April 2020 bis zum 13. Juni 2021 und bewertet die Hash-Power des Netzwerks basierend auf dem Schwierigkeitsgrad des Blocks jedes Netzwerks.
Was die Berücksichtigung der Geräteeffizienz angeht, so wählte MNP unterschiedliche Effizienzwerte für die Unter- und Obergrenze der Hardwarekapazitäten.
„Die Untergrenze des Energieverbrauchs geht davon aus, dass es sich bei allen im Netz betriebenen Geräten um die effizientesten handelt, die zum jeweiligen Zeitpunkt verfügbar sind. Es wurden die am oder vor dem 13. Juni 2021 verfügbaren Geräte verwendet. Dieses Datum wurde gewählt, um sicherzustellen, dass kein Gerät auf der Grundlage der Gerätespezifikationen effizienter sein und somit einen geringeren Verbrauch aufweisen konnte. Diese Entscheidung trägt auch dazu bei, Techniken wie die Übertaktung mit Immersionskühlung auszugleichen, die Miner verwenden, um die Effizienz ihrer Geräte zu verbessern“, so MNP.
„Die Obergrenze des Verbrauchs bezieht sich auf Geräte, die als am wenigsten rentabel eingeschätzt werden. Die Hayes-Gleichung für die Gewinnschwelle des Miners wurde verwendet, um zu ermitteln, welche Ausrüstung am wenigsten profitabel ist. Die Gleichung berechnet den Mindestwert an Bitcoin, die erforderlich ist, um ein Gerät profitabel zu machen, basierend auf der Hash-Rate und der Effizienz eines Miners, der Anzahl der Bitcoins im Block-Reward und dem Schwierigkeitsgrad eines Blocks.“
Die von MNP ermittelte Geräteeffizienz wird als Grundlage für die Verbrauchsschätzung verwendet, indem ein unverzerrter Durchschnitt der Geräte zwischen den oben beschriebenen Ober- und Untergrenzwerten gebildet wird. Zu dieser Ausrüstung gehörten verschiedene ASICs der Hersteller Bitmain, Ebang, Canaan, MicroBT, StrongU, Innosilicon und ASICminer.
Der Gesamtenergieverbrauch vom 1. April 2020 bis zum 13. Juni 2021 wurde nach der folgenden Funktion berechnet:
Auf dieser Grundlage konnte MNP den Energieverbrauch basierend auf seinen drei Hauptkriterien bewerten.
„Bei unseren Berechnungen wurde der Output für die drei wichtigsten Metriken jeder der Protokollketten sowohl auf der Ebene der Miner als auch auf der Ebene des Netzwerks gemessen: der Durchschnittsverbrauch pro Block, der Durchschnittsverbrauch pro validierter Transaktion und der Durchschnittsverbrauch pro validiertem Megabyte. Darüber hinaus werden die Gesamtzahlen der geminten Blöcke, der validierten Transaktionen und der validierten Megabytes für jeden der Zeiträume in den vorherigen Abschnitten addiert“, heißt es in dem Bericht.
Zunächst werden die Gesamtsummen wie folgt berechnet:
Aus diesen Gesamtzahlen lassen sich die wichtigsten Kennzahlen für den MNP-Vergleich berechnen, indem einfach nach Bedarf der Gesamtverbrauch durch die Gesamtzahl der Transaktionen, Megabytes oder Blöcke geteilt wird:
Das Ergebnis: BSV ist die energieeffizienteste Blockchain
Bei der Anwendung dieses Modells auf die verwendeten Schätzungen stellte MNP fest, dass die BSV-Blockchain aufgrund ihrer größeren Skalierbarkeit und Blockgröße weitaus energieeffizienter ist als BTC oder BCH.
„Bei BTC steigt der Energieverbrauch pro Transaktion mit der Zeit stetig an. Die Schätzung ab dem zweiten Quartal 2020 geht von einem durchschnittlichen Verbrauch von 430 kWh/tx bis zu 706 kWh/tx im zweiten Quartal 2021 aus. Der geschätzte Verbrauch pro Megabyte folgt demselben Muster und steigt von etwa 757 MWh/MB im zweiten Quartal 2020 auf 991 MWh/MB an“, heißt es in dem Bericht.
„Der geschätzte Verbrauch pro Transaktion erreicht für BCH im dritten Quartal 2020 bis zu 183 kWh/tx und fällt im ersten Quartal 2021 auf 6,5 kWh/tx. Der geschätzte Verbrauch pro Megabyte folgt demselben Muster, mit einem maximalen Verbrauch von 194 MWh/MB im dritten Quartal 2020 und einem Minimum von 20,5 MWh/MB im ersten Quartal 2021.
Bei BSV hingegen bleibt der geschätzte Verbrauch sowohl beim Transaktions- als auch beim Megabyte-Durchsatz relativ konstant. Der Energieverbrauch pro Transaktion liegt zwischen 2,4kWh/tx und 3,3kWh/tx und der Verbrauch pro Megabyte zwischen 0,9MWh/MB und 12,63MWh/MB.
Das Modell von MNP bietet einen aufschlussreichen Vergleich der Effizienz von Blockchain-Protokollen für SHA256 Proof-of-Work-Blockchains und zeigt, dass BSV aufgrund seiner höheren Skalierbarkeit eine viel höhere Energieeffizienz als konkurrierende Blockchains aufweist.
In dem Bericht wird darauf hingewiesen, dass das Modell auch auf andere Blockchains angewandt werden kann, die denselben Konsens-Mechanismus verwenden, in dieser Studie entschied man sich jedoch, nur die drei in der Branche am weitesten verbreiteten Bitcoin-basierten Blockchain-Protokolle mit einzubeziehen.
„… diese Studie ergab, dass es möglich ist, den Stromverbrauch eines Blockchain-Netzwerks zu schätzen. Außerdem können wir diese Schätzungen verwenden, um zu beurteilen, welche Umsetzungen effizienter sind“, heißt es in dem Bericht.
Von den drei Kryptowährungen, die in der Studie untersucht wurden, weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass BSV im Vergleich zu den beiden anderen Proof-of-Work-Blockchains mit SHA-256-Hashfunktion ein effizienteres Blockchain-Netzwerk ist.“
In einer Welt, in der angesichts der Auswirkungen des Klimawandels die Energieeffizienz und die Umweltauswirkungen eines übermäßigen Stromverbrauchs zu einem immer bedeutenderen Anliegen werden, befindet sich BSV dank der Fähigkeit, die Effizienz linear mit dem Transaktionsdurchsatz zu skalieren, in einer viel besseren und leistungsfähigeren Position als die anderen Protokolle.
