Die Lösung von Bitcoins „Energieproblem“

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By Jamie McKane Published: December 17, 2021
Bitcoin on an energy source

Die wachsende Beliebtheit des Bitcoin-Minings, welche durch das weltweite Interesse an spekulativen Geldanlagen in Kryptowährungen und Blockchain-basierten Token noch verschärft wurde, hat zu weit verbreiteten Bedenken über die Energie geführt, die von Bitcoin-Minern verbraucht wird. Bitcoin Core (BTC) ist für die Kritiker der Hauptschuldige, da gezeigt wurde, dass das minen übermäßige Mengen von Energie verbraucht und diese nur mit großer Ineffizienz in die Hauptfunktion von Bitcoin überführt wird.

Der Energieverbrauch von Bitcoin ist das Ergebnis seines SHA-256-„Proof of Work“-Konsensmechanismus, für den Miner komplexe kryptografische Aufgaben lösen müssen, um Transaktionsblöcke zu bestätigen, die dann an die Blockchain angehängt werden. Diese Bestätigung erfordert den Einsatz von spezialisierter Hardware durch Miner, die miteinander um die größte Rechenkraft und damit die Möglichkeit, Blöcke zu bestätigen und Belohnungen dafür zu erhalten, im Wettbewerb stehen.

Dieses Energieproblem ist allerdings kein notwendiges Ergebnis von SHA-256-„Proof of Work“-Blockchains, wie die kanadische Buchführungs-, Steuer- und Unternehmensberatungsgesellschaft MNP kürzlich gezeigt hat. Der Bericht mit dem Titel „Blockchain technology and energy consumption: The quest for efficiency“ stellt heraus, dass die Bitcoin Satoshi Vision (BSV)-Blockchain zwar auf dem originalen Bitcoin-Protokoll basiert, jedoch eine bessere Energieeffizienz bietet als Bitcoin Core (BTC) und Bitcoin Cash (BCH).

Im Bericht steht, dass die BSV Blockchain ihre deutlich bessere Energieeffizienz durch die Implementierung des Bitcoin-Protokolls erreicht, die eher der ursprünglichen Vision entspricht, die in Satoshi Nakamotos Whitepaper beschrieben ist. Der wesentliche Unterschied zwischen BSV und den anderen beiden Blockchain-Protokollen ist, dass BSV auf willkürliche Beschränkungen der Blockgröße und damit des Transaktionsdurchsatzes verzichtet, was laut MNP ein wichtiger Faktor des oft erwähnten „Energieproblems“ beim Minen von Bitcoin ist.

„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 bestätigtem Megabyte herangezogen“, stellt der Bericht fest.

„BSV ist basierend auf den derzeit im Netz verfügbaren Blockgrößen und der Anzahl der Transaktionen (Durchsatz) sowie angesichts der Einschränkungen anderer Protokolle effizienter. Solange die Größe oder die Anzahl der Transaktionen im BSV-Netzwerk die Begrenzung der anderen Protokolle übersteigt, ist BSV in dieser Gruppe am effizientesten.“

Bevor man sich ansieht, wie die Skalierbarkeit der BSV Blockchain für eine im Vergleich zu BTC und BCH stark verbesserte Energieeffizienz sorgt, ist es wichtig, die bereits geleistete Arbeit zu Energieeffizienz und dem Minen von Bitcoin zu betrachten.

 

Bitcoins Energieproblem

Beim Erstellen der Energieeffizienz-Modelle und beim Vorbereiten des Vergleichs dieser drei Bitcoin-basierten Protokolle begann MNP mit der Darlegung der bereits erfolgten Forschung auf diesem Gebiet. Viele Studien haben das Problem des Bitcoin-Minings im Bitcoin Core (BTC)-Netzwerk hervorgehoben und herausgefunden, dass es angesichts des beschränkten Transaktionsdurchsatzes der Blockchain vor allem ineffizient und übermäßig energiehungrig ist.

Eine der Studien, die im Bericht von MNP zitiert wird, ist ein Paper von Alex de Vries aus dem Jahr 2018 mit dem Titel „Bitcoin’s Growing Energy Problem“. De Vries hebt den bedeutenden Energieverbrauch durch die Miner hervor, die das BTC-Netzwerk betreiben, der mit dem von hoch entwickelten Nationen verglichen werden kann. Er weist auch auf den unverhältnismäßig niedrigen und statischen Transaktionsdurchsatz des BTC-Netzwerks hin, der im Gegensatz zum ständig steigenden Energieverbrauch steht.

„Das Bitcoin [BTC]-Netzwerk verbraucht derzeit schätzungsweise mindestens 2,55 Gigawatt und in Zukunft potenziell 7,67 Gigawatt Elektrizität, wodurch es mit Ländern wie Irland (3,1 GW) und Österreich (8,2 GW) vergleichbar ist. Ökonomische Modelle zeigen uns, dass Bitcoins Stromverbrauch sich auf die letztere Zahl zubewegen wird“, stellt de Vries fest.

„Mitte März 2018 wurden pausenlos jede Sekunde etwa 26 Trillionen Hash-Operationen vom Bitcoin-Netzwerk durchgeführt. Dabei verarbeitet das Bitcoin-Netzwerk nur 2-3 Transaktionen pro Sekunde (etwa 200.000 Transaktionen pro Tag). Das bedeutet, dass das Verhältnis von Hash-Berechnungen zu verarbeiteten Transaktionen bestenfalls 8,7 Trillionen zu 1 ist. Die wichtigste Ressource für diese Berechnungen ist elektrischer Strom.“

Die Studie von MNP findet ähnliche Beweise für die niedrige Energieeffizienz des BTC-Netwerks, vor allem bezüglich der Verarbeitung von Transaktionen durch die Proof-of-Work-Blockbestätigung. Der Bericht vergleicht BTC mit der BSV Blockchain und führt dabei aus, dass BSV eine theoretisch unbegrenzte Anzahl von Transaktionen in einen einzigen Block verpacken kann und sich so die Energieeffizienz verbessert, während der Transaktionsdurchsatz des Netzwerks wächst.

„Die Ergebnisse zeigen, dass BTC ein Vielfaches mehr Strom verbraucht als jedes der beiden anderen getesteten Protokolle. Die Ergebnisse unseres Modells zeigen, dass die geschätzte Differenz im Energieverbrauch zwischen dem Protokoll mit dem

höchsten Verbrauch (BTC) und dem Protokoll mit dem geringsten Verbrauch (BSV) im ersten Quartal 2021 am höchsten (16.041,24 GWh) und im zweiten Quartal 2020 am geringsten (11.343,25 GWh) war“, schreibt MNP.

„Unseren Schätzungen zufolge verbraucht BTC pro Quartal zwischen 60- und 250-mal so viel Strom wie BSV.“

 

Die Skalierbarkeit von BSV als eine Lösung

Die erhöhte Energieeffizienz der BSV-Blockchain zeigt sich sowohl auf einer Pro-Transaktions- als auch auf einer Pro-Megabyte-Basis, wobei der Stromverbrauch der Blockchain für die Verarbeitung einer einzelnen Transaktion bzw. eines Megabytes an Daten zugrunde gelegt wird.

„Transaktionen sind das ultimative Maß für den Durchsatz. Die Anzahl und Größe der Transaktionen in einem Block wirken sich auf die Größe des Blocks aus. BTC hat eine streng begrenzte Blockgröße von fast 4 MB. BCH hat ein viel großzügigeres Limit von 32 MB. BSV ist nicht an eine Blockgröße gebunden“, stellt MNP in dem Bericht fest.

Da durch das Minen Energie verbraucht wird und die Blöcke das Produkt des Minens darstellen, gilt: Je mehr Transaktionen ein Block enthält, desto geringer ist der Energieverbrauch pro Transaktion. Je größer ein Block sein kann (gemessen in Megabyte), desto geringer ist der Energieverbrauch pro Megabyte.“

Dank des Fehlens einer willkürlichen Blockbegrenzung kann die BSV Blockchain unbegrenzt skalieren und ihren Transaktionsdurchsatz kontinuierlich verbessern, während sie gleichzeitig den Vorteil von „Proof of Work“ beibehält – die Gewährleistung bestätigter Blöcke durch die Rechenkraft der Miner und den Konsens des Netzwerks. Dieses einfache Fehlen der Beschränkung der Blockgröße hat jedoch bedeutende Folgen für die Energieeffizienz und damit die Auswirkungen der Blockchain auf die Umwelt.

Der Unterschied des Energieverbrauchs zwischen BSV und den beiden anderen Blockchain-Protokollen erscheint extrem klar, wenn man ihn im Zusammenhang mit dem „ultimativen Maß für den Durchsatz“ – den Transaktionen – sowie den Energiekosten der Verarbeitung von einem Megabyte an Daten durch das Netzwerk betrachtet.

Durch den Vergleich der durchschnittlichen Transaktionen und Daten pro Block wird sofort klar, dass BSV die größere Skalierbarkeit und damit Verarbeitungseffizienz als sowohl BCH als auch BTC bietet. Diese größere Effizienz ist noch besser demonstrierbar, wenn man die obere Grenze für Transaktionen und Megabytes pro Block für jedes Protokoll betrachtet.

Die Abbildungen unten zeigen die durchschnittlichen Transaktionen pro Block und Megabytes pro Block für BSV, BTC und BCH gemäß dem Bericht von MNP. Beachten Sie, dass diese Abbildungen nicht die Spitzenwerte anzeigen, was einen noch größeren Unterschied zugunsten von BSV bewirken würde.

Megabytes per blockof graph of BSV, BCH, BTC.
Average transaction per block of BTC, BCH, and BSV graph
 

Die unterschiedliche Skalierbarkeit jedes Blockchain-Protokolls ist offensichtlich, aber kann die unbegrenzte Skalierbarkeit von BSV in Effizienz übersetzt werden und das Energieproblem von Bitcoin lösen? Wenn man sich den Verbrauch von Kilowattstunden (kWh) pro Transaktion und verarbeiteten Megabyte (MB) an Daten ansieht: Ja.

MNP hat festgestellt, dass das BSV-Netzwerk nach seinen Schätzungen im Zeitraum von 2. Quartal 2020 bis 2. Quartal 2021 eine viel geringere Energiemenge als BCH und um eine ganze Menge weniger als BTC benötigt, um eine einzige Transaktion oder ein Megabyte an Daten zu verarbeiten.

„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 und vergleichsweise niedrig.

Für das BSV-Netzwerk liegt der Energieverbrauch pro Transaktion zwischen 3,3 kWh/tx im dritten Quartal 2020 und 2,4 kWh/tx im zweiten Quartal desselben Jahres. Der Verbrauch pro Megabyte lag zwischen einem Höchstwert von 12,63 MWh/MB und 0,9 MWh/MB im zweiten Quartal 2021.

Diese großen Unterschiede bei der Energieeffizienz und die Möglichkeit, dass die unbegrenzte Skalierbareit von BSV das Energieproblem von Bitcoin löst, sind in den Grafiken unten dargestellt.

 

graph of BCH, BTC, and BSV estimated usage per transaction q2 2020
graph of BCH, BTC, and BSV estimated usage per megabyte q2 2020
Klicken Sie hier, um den vollständigen Bericht von MNP zum Energieverbrauch der Blockchain-Technologie zu lesen.