Medición del consumo energético y la eficiencia de Bitcoin

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By Jamie McKane Published: enero 12, 2022
energy consumption and efficiency of Bitcoin

Canadian accounting and business consulting firm MNP recently released a report titled ‘Blockchain and energy consumption: The quest for efficiency’, which found that the Bitcoin SV(BSV) blockchain is far more energy-efficient than Bitcoin Cash (BCH) and Bitcoin Core (BTC).

Esto es así aun cuando las tres cadenas de bloques comparten el mismo mecanismo de consenso de la prueba de trabajo, que requiere que los mineros consuman energía para validar las transacciones y añadirlas al ledger digital. El informe constata que la diferencia entre BSV y los demás protocolos que se traduce en una mayor eficacia es su escalabilidad inherente.

La cadena de bloques de BSV se basa en el protocolo original de Bitcoin descrito por su creador, Satoshi Nakamoto. A diferencia de BTC y BCH, que han impuesto límites arbitrarios al tamaño máximo de bloque en sus redes, BSV permite tamaños de bloque ilimitados, tal y como se establecía en el diseño original de Bitcoin. Esto significa que los bloques de la red de BSV pueden contener muchas más transacciones y procesar cantidades de datos mucho mayores que los de BCH y BTC.

Un mayor número de transacciones y de datos por bloque implica una menor cantidad de energía necesaria para procesar cada transacción o megabyte de datos, lo que se traduce directamente en una mejora de la eficiencia energética.

“Se compararon los tres protocolos de Bitcoin (BTC, BSV y BCH) para ver cuál era el más eficiente. Dado que todos los protocolos de Bitcoin están supeditados a que la dificultad de la minería se vea afectada por el potencial informático de los mineros en dichos protocolos, las métricas de eficiencia se basaron en los kilovatios/hora por transacción y los kilovatios/hora por megabyte validado. Esto pone de manifiesto las principales diferencias entre los protocolos”, afirma el informe de MNP.

“Al observar los rendimientos de las distintas redes, podemos ver cómo las posibles diferencias de capacidad tienen un gran efecto en la eficiencia. El consumo de energía por transacción, e igualmente, por megabyte, disminuye cuando la utilización de la red es mayor en los protocolos con un tamaño de bloque más permisivo que en los protocolos más restrictivos. Las limitaciones arbitrarias de BTC y BCH pueden tener un impacto enorme en el consumo de energía por transacción”.

“BSV es más eficiente debido al tamaño de los bloques y al número de transacciones (rendimiento) disponibles actualmente en la red, así como a las limitaciones de otros protocolos. Siempre que el tamaño o el número de transacciones en la red de BSV supere la limitación de los otros protocolos, BSV es la más eficiente de este grupo”, añade el informe.

 

Modelo de consumo energético de la minería de Bitcoin

El objetivo del estudio de MNP era crear un modelo que pudiera utilizarse para medir la eficiencia energética de la prueba de trabajo de cualquier protocolo de la cadena de bloques que emplee minería basada en SHA256. Este marco se aplicó a BSV, BTC y BCH, pero podría aplicarse a cualquier otro protocolo basado en Bitcoin para medir su eficiencia energética.

Uno de los mayores obstáculos que MNP encontró a la hora de desarrollar este modelo fue determinar el consumo energético de los equipos mineros de circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC por sus siglas en inglés) que emplean las principales empresas mineras. El estudio solicitó a 12 empresas de minería de Bitcoin radicadas en Canadá que calculasen la energía utilizada en sus operaciones de minería e indicasen tanto el hardware como las soluciones de refrigeración empleadas.

Las empresas de minería de Bitcoin consultadas fueron las siguientes:

  • Bitfarms
  • Hut8
  • Hive Blockchain Technologies Ltd.
  • Blockstream
  • DMG
  • Argo
  • Ocean Falls Blockchain
  • MAAS Blockchain
  • Miningsky
  • Plexus
  • ADMCO
  • Quotecolo

MNP también se fijó en las nuevas soluciones de refrigeración que están aplicando algunas empresas mineras con el objetivo de mejorar la tasa de hash y reducir los costes de refrigeración. Entre ellas se encuentra la refrigeración por inmersión, que ya está aplicando con gran éxito DMG Blockchain.

El enfoque del modelo de MNP compara el consumo eléctrico de BSV, BTC y BCH en kWh por bloque, kWh por transacción (tx) y kWh por megabyte (MB).

Estos dos últimos son esenciales a la hora de determinar la eficiencia energética de las operaciones de procesamiento de transacciones de cada red. “Los rendimientos, tal y como ya hemos señalado, dependen de los bloques. Dado que un bloque puede ser minado con una densidad mínima que tenga un tamaño de almacenamiento mínimo y no contenga transacciones (o una densidad máxima que variará en función del protocolo), los rendimientos se convierten en un factor determinante a la hora de distinguir los diferentes protocolos en función de su consumo energético”, asegura MNP.

“El número de mineros de una red, su tasa de hash y la eficiencia energética de sus equipos tienen un efecto directo sobre el consumo necesario para minar un bloque. A su vez, el consumo de energía necesario para minar un bloque tiene un efecto directo sobre el consumo de las otras dos métricas”.

Las cifras de los kWh/tx y kWh/MB están relacionadas, pero difieren según el comportamiento del usuario y la elección del minero, añade MNP.

“Si no se incluyen transacciones del usuario en un bloque, el consumo por transacción será

igual al consumo por bloque, ya que la recompensa de Coinbase será la única transacción. Si un minero elige validar una transacción inusualmente grande en un bloque de capacidad máxima, el consumo por transacción parecerá alto respecto al consumo por megabyte, ya que habrá menos transacciones”.

 

Modelo y estimaciones de MNP

El modelo desarrollado por MNP tiene en cuenta los datos anteriores a la hora de estimar el consumo energético de toda la red. Emplea los datos de bloques recogidos por Blockchair como base para los datos de la red desde el 1 de abril de 2020 hasta el 13 de junio de 2021 y utiliza la dificultad de los bloques de cada red para estimar su poder de hash.

A la hora de juzgar la eficiencia de los equipos, MNP seleccionó diferentes eficiencias para el límite inferior y superior de las capacidades del hardware.

“El límite inferior del consumo energético supone que todos los equipos de la red son los más eficientes que hay disponibles en ese momento. Se utilizó el equipo disponible a fecha 13 de junio de 2021. La elección de esta fecha garantizaba que ningún equipo pudiese ser más eficiente según sus especificaciones y, por extensión, tener un menor consumo. Esta elección también ayuda a compensar técnicas como el overclocking con refrigeración por inmersión que algunos mineros emplean para mejorar la eficiencia de sus equipos”, asegura MNP.

“El límite superior de consumo utiliza los equipos que se estima que son los menos rentables. Para determinar cuáles eran los equipos menos rentables se usó la ecuación de Hayes para el punto de equilibrio del minero. Esta ecuación calcula el valor mínimo de Bitcoin necesario para que un equipo sea rentable, basándose en la tasa de hash y la eficiencia de un minero, el número de bitcoins de la recompensa del bloque y la dificultad de ese bloque”.

La eficiencia de los equipos estimada por MNP sirve de base para calcular el consumo empleando una media no sesgada de los equipos entre los límites superior e inferior descritos anteriormente. Entre estos equipos hubo varios ASIC de fabricantes como Bitmain, Ebang, Canaan, MicroBT, StrongU, Innosilicon o ASICminer.

El consumo total de energía entre el 1 de abril de 2020 y el 13 de junio de 2021 se calculó mediante la siguiente función:

Blockchain technology and energy consumption: The quest for efficiency
Fuente: Estudio de MNP “Cadena de bloques y consumo energético: la búsqueda de la eficiencia”

A partir de ahí, MNP pudo estimar el consumo energético según sus tres criterios principales.

“Nuestros cálculos midieron los resultados de las tres métricas principales para cada una de las cadenas de protocolos, tanto en el ámbito del minero como en el de la red: consumo medio por bloque, consumo medio por transacción validada y consumo medio por megabyte validado. A ello se suman los totales de bloques minados, transacciones validadas y megabytes validados para cada uno de los períodos de las secciones anteriores”, señala el informe.

En primer lugar, las sumas totales se calculan como sigue:

‘Blockchain technology and energy consumption: The quest for efficiency’
Fuente: Estudio de MNP “Cadena de bloques y consumo energético: la búsqueda de la eficiencia”

A partir de estas cifras totales, el cálculo de las principales métricas empleadas por MNP en su comparación resulta tan sencillo como dividir el consumo total entre el total de transacciones, megabytes o bloques, según sea necesario:

Blockchain technology and energy consumption:
Fuente: Estudio de MNP “Cadena de bloques y consumo energético: la búsqueda de la eficiencia”

 

Los resultados: BSV es la cadena de bloques más eficiente energéticamente

Al aplicar este modelo a sus cálculos estimados, MNP constató que la cadena de bloques de BSV era mucho más eficiente energéticamente que BTC o BCH, gracias a su mayor escalabilidad y tamaño de bloque.

“En el caso de BTC, el consumo por transacción aumenta constantemente con el paso del tiempo. Los cálculos sitúan el consumo medio entre los 430 kWh/tx del segundo trimestre de 2020 y los 706 kWh/tx del segundo trimestre de 2021. El consumo estimado por megabyte sigue el mismo patrón y pasa de unos 757 MWh/MB en el segundo trimestre de 2020 a 991 MWh/MB”, señala el informe.

“El consumo estimado por transacción alcanza su punto máximo en el tercer trimestre de 2020 con 183 kWh/tx y desciende hasta 6,5 kWh/tx en el primer trimestre de 2021. El consumo estimado por megabyte sigue el mismo patrón, con un máximo de 194 MWh/MB en el tercer trimestre de 2020 y un mínimo de 20,5 MWh/MB en el primer trimestre de 2021”.

En BSV, sin embargo, el consumo estimado tanto para las transacciones como para los megabytes se mantiene relativamente constante. El consumo energético por transacción oscila entre 2,4 kWh/tx y 3,3 kWh/tx, mientras que el consumo por megabyte lo hace entre 0,9 MWh/MB y 12,63 MWh/MB.

El modelo de MNP sirve como esclarecedora comparación entre la eficiencia energética del protocolo de distintas cadenas de bloques de prueba de trabajo SHA-256, de la cual se deduce que BSV ofrece una eficiencia energética mucho mayor que las cadenas de bloques de la competencia gracias a su mayor escalabilidad.

El informe señala que este modelo se puede aplicar a otras cadenas de bloques que utilicen el mismo mecanismo de consenso, aunque en este estudio se ha optado por incluir únicamente los tres protocolos de cadena de bloques basados en Bitcoin más relevantes del sector.

“…este estudio ha descubierto que es posible estimar el consumo de energía de una red de cadena de bloques. Además, podemos usar estas estimaciones para evaluar qué implementaciones son más eficientes”, afirma el informe.

“De las tres criptomonedas muestreadas, nuestros resultados indican que BSV es la red de cadena de bloques más eficiente en comparación con las otras dos cadenas de bloques de prueba de trabajo SHA-256 incluidas en la muestra”.

En un mundo en el que la preocupación por la eficiencia energética y el impacto medioambiental del consumo excesivo de electricidad crece cada día por culpa de los efectos del cambio climático, BSV se erige por encima de sus competidores gracias a su capacidad para escalar su eficiencia en línea con el rendimiento de las transacciones.