Eine neue Studie über die Energieeffizienz von Bitcoin-basierten Blockchain-Netzwerken hat ergeben, dass Bitcoin SV (BSV) um ein Vielfaches effizienter ist als die Protokolle von Bitcoin Core (BTC) und Bitcoin Cash (BCH).
In ihrem Bericht mit dem Titel „Blockchain technology and energy consumption: The quest for efficiency“ (Energieverbrauch der Blockchain-Technologie: Das Streben nach Effizienz) untersuchte die führende kanadische Wirtschaftsprüfungs- und Unternehmensberatungsfirma, MNP, diese drei Bitcoin-basierten Blockchain-Protokolle und stellte dabei fest, dass die BSV-Blockchain weitaus energieeffizienter ist.
Die höhere Energieeffizienz von BSV ist selbst dann noch offensichtlich, wenn die Hash-Rate und das Transaktionsvolumen aller Netzwerke gleich wären, da sie einzig auf einen zentralen Unterschied zwischen dem BSV und den anderen Protokollen zurückzuführen ist: die Beseitigung der willkürlichen Beschränkungen für die maximale Blockgröße.
Die BSV-Blockchain basiert auf dem Protokoll, das der ursprünglichen Vision des Bitcoin-Schöpfers Satoshi Nakamoto am nächsten kommt. Folglich gibt es keine Begrenzung bei der maximalen Größe von Blöcken, die vom Netzwerk verarbeitet oder geminet werden, und bietet daher eine unbegrenzte Skalierung und die Möglichkeit, eine unbegrenzte Anzahl von Transaktionen zu verarbeiten.
„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 das effizienteste in dieser Gruppe“, heißt es in dem Bericht.
„Jetzt, da immer mehr Unternehmen und Verbraucher Blockchain-Technologien verwenden und die behördlichen Vorschriften für grüne und erneuerbare Energien immer strikter werden, ist es wichtig, die Auswirkungen von Blockchain auf die Umwelt zu verstehen – insbesondere in Bezug auf den Energieverbrauch.“
Der Vergleich der Energieeffizienz der Protokolle BSV, BTC und BCH erfordert die Erstellung eines Modells zur Bewertung der Effizienz des gesamten Netzwerks. Genau das hat das Unternehmen MNP in seiner Studie getan, wobei es Bezug auf die Arbeit früherer Forschungen zur Blockchain-Energieeffizienz nahm, um die Effizienz der einzelnen Protokolle anhand von Messungen zu ermitteln, die den durchschnittlichen Energieverbrauch pro Transaktion und pro Megabyte (MB) Daten umfassen.
Die Bitcoin-Protokolle und ihre Energieeffizienz
Da jedes in den Vergleich einbezogene Protokoll einen SHA-256-basierten Proof-of-Work-Konsens-Mechanismus verwendet, kann ihr relativer Energieverbrauch anhand des MNP-Modells ermittelt und hochgerechnet werden. Das Proof-of-Work-System sieht vor, dass Miner Rechenleistung (gemessen in Hashes pro Sekunde) verwenden, um ein kryptografisches Rätsel zu lösen, wodurch Transaktionsblöcke validiert und der Blockchain hinzugefügt werden. Der Schwierigkeitsgrad dieser Aktivität kann dynamisch an die Hash-Rate der jeweiligen Miner angepasst werden, die für das Schürfen von Blöcken die im Block enthaltenen Transaktionsgebühren und eine Block Subsidy erhalten.
„Der Gesamtmenge an Bitcoin ist auf 21 Millionen Coins begrenzt, wobei neue Coins über den Betreiber der erfolgreichen Nodes in Höhe des festen Subsidy-Anteils des Block-Rewards in Umlauf gebracht werden. Der Subsidy-Anteil des Block-Rewards wird alle 210.000 Blöcke (etwa alle vier Jahre) halbiert, zunächst auf 25, dann auf 12,5, 6,25, 3,125 und so weiter, bis sich der gesamte Vorrat von 21 Millionen neuen Coins im Umlauf befindet“, heißt es in dem Bericht.
MNP stellt in diesem Zusammenhang fest, dass mit der steigenden Anzahl neuer Coins im Netzwerk auch die Transaktionsgebühren steigen und als Ersatz für die regelmäßig halbierten Block-Rewards dienen müssen.
Der Energieverbrauch der Mining-Aktivitäten auf Bitcoin-Blockchains ist erheblich gestiegen, da der Wettbewerb um Block-Rewards zunimmt und neue Hardware entwickelt wird, die höhere Hash-Raten ermöglicht. Das Mining hat sich von einer von CPUs auf Verbraucherebene zur einer von großen Unternehmen ausgeführten Aktivität entwickelt. Diese Unternehmen verfügen über Unmengen an Hash-Raten, die von ASICs (Application Specific Integrated Circuits) erzeugt werden.
„Wie beim Unterschied zwischen CPUs und GPUs sind auch einige ASICs effizienter als andere. Die ersten ASICs waren im Vergleich zu den heutzutage verfügbaren Systemen sehr rechenintensiv“, heißt es in dem Bericht.
„Die Entscheidung über die zu verwendenden Geräte ist der Schlüsselfaktor dafür, wie viel Energie ein Bitcoin-Netzwerk in einem bestimmten Zeitraum verbraucht. Diese Zusammenstellung von Komponenten wirkt sich auch auf den Schwierigkeitsgrad eines Bitcoin-Blockchain-Protokolls sowie das Netzwerk aus, das dieses Protokoll unterstützt und ausführt.“
MNP gelangte zu einem angemessenen Anhaltspunkt der in allen Netzwerken verwendeten SHA-256-Mining-Ausrüstung, indem das Unternehmen frühere Studien zitierte, mit Mining-Unternehmen zusammenarbeitete und sich auf öffentlich zugängliche Daten bezog. Basierend auf dieser Schätzung konnte ein Modell zur Messung der Energieeffizienz der einzelnen Protokolle erstellt werden.
Transaktionsdurchsatz ist der Schlüssel zur Effizienz
Die Anwendung dieses Modells auf die BSV-, BTC- und BCH-Protokolle ergab, dass das BSV-Netzwerk in Bezug auf den Energieverbrauch pro Transaktion und pro Megabyte an Daten eine weitaus höhere Energieeffizienz aufweist als die anderen Protokolle.
Diese höhere Energieeffizienz ist nicht auf andere Geräte oder Proof-of-Work-Mechanismen zurückzuführen– alle drei Protokolle verwenden denselben Konsens-Mechanismus. Der einfache Grund dafür, dass es sich bei BSV um ein energieeffizienteres System handelt, besteht darin, dass es Transaktionen mit einem weitaus höheren Durchsatz und bei gleichem Energieaufwand pro Block verarbeiten kann.
„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 die Blockgröße gebunden. Da durch das Mining Energie verbraucht wird und die Blöcke das Produkt des Minings 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“, heißt es in dem Bericht.
MNP modellierte die Energieeffizienz der einzelnen Protokolle vom zweiten Quartal 2020 bis zum zweiten Quartal 2021 und stellte dabei fest, dass BTC in diesem Zeitraum bei weitem die meiste Energie verbraucht.
„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. Unseren Schätzungen zufolge verbraucht BTC pro Quartal zwischen 60 und 250 Mal so viel Strom wie BSV.“
Energieverbrauch pro Transaktion
Die Studie ergab, dass der Energieverbrauch pro Transaktion im BTC-Netzwerk während des Modellierungszeitraums deutlich ansteigt und dass es die bei weitem ineffizienteste Blockchain in Bezug auf den Energieverbrauch pro Transaktion (gemessen in kWh/tx) bleibt.
„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“, heißt es in dem Bericht.
Für das BCH-Protokoll erreicht der geschätzte Verbrauch pro Transaktion im dritten Quartal 2020 bis zu 183 kWh/tx und fällt im ersten Quartal 2021 auf 6,5 kWh/tx.
Zwar ist das deutlich weniger als der Energieverbrauch von BTC, vor allem in Bezug auf den Mindestverbrauch, aber diese Werte sind immer noch weit entfernt von der durchgängig effizienten Energienutzung des BSV-Netzwerkes.
Laut des Modells für das BSV-Netzwerk von MNP liegt der Energieverbrauch pro Transaktion zwischen 3,3 kWh/tx im dritten Quartal 2020 und 2,4 kWh/tx im zweiten Quartal desselben Jahres.
Die Unterschiede im Energieverbrauch pro Transaktion für diese drei Blockchain-Protokolle sind in den folgenden Diagrammen dargestellt. Das zweite Diagramm schließt BTC aus, um das Maß der Energieeffizienz von BSV und BCH besser zu veranschaulichen.
Energieverbrauch pro MB
Wenn man den Energieverbrauch dieser Blockchain-Protokolle im Verhältnis zu der von ihnen verarbeiteten Datenmenge veranschaulicht, wird der Unterschied zwischen BSV und den anderen Protokollen umso deutlicher.
MNPs Schätzung ergab, dass der durchschnittliche Spitzenenergieverbrauch pro Megabyte (MB) im BTC-Netzwerk 991 MWh beträgt. Das entspricht der Energie, um ein Wohnhaus fast 100 Jahre lang mit Strom zu versorgen.
Der geschätzte Verbrauch pro Megabyte folgt demselben Muster [wie der Verbrauch pro Transaktion] und steigt von etwa 757 MWh/MB im zweiten Quartal 2020 auf 991 MWh/MB im zweiten Quartal 2021“, heißt es in dem Bericht.
Der geschätzte Verbrauch pro Megabyte für das BCH-Netzwerk sieht etwas besser aus. Die Modellschätzungen von MNP ergaben einen maximalen Energieverbrauch von 194 MWh/MB im dritten Quartal 2020 und einen minimalen Energieverbrauch von 20,5 MWh/MB im ersten Quartal 2021.
Aber auch hier ist die Energieeffizienz von BSV den Protokollen, mit denen es verglichen wurde, um Längen voraus: MNP schätzt, dass der Verbrauch pro Megabyte im BSV-Netzwerk zwischen einem Höchstwert von 12,63 MWh/MB im dritten Quartal 2020 und 0,9 MWh/MB im zweiten Quartal 2021 lag.
Diese Unterschiede im Energieverbrauch pro MB sind in den nachstehenden Diagrammen dargestellt. Auch hier wurde BTC im zweiten Diagramm nicht berücksichtigt, um die Größenordnung des Unterschieds zwischen BSV und BCH besser zu veranschaulichen.
