Ein energieeffizientes Proof-of-Work-Blockchain-System

Kernkonzepte

Ein Proof-of-Technology-System, das Hashcash oder andere Proof-of-Work-Methoden durch ein Lotterie- und Proof-of-VM-Emulations-System ersetzt, um den CO2-Fußabdruck von Blockchain-Netzwerken zu reduzieren.

Zusammenfassung

Das Papier beschreibt ein Proof-of-Technology-System, das darauf abzielt, den CO2-Fußabdruck von Proof-of-Work-Blockchains zu reduzieren, indem Hashcash oder andere Proof-of-Work-Methoden durch ein Lotterie- und Proof-of-VM-Emulations-System ersetzt werden.

Das System verwendet Docker-Container, die von unabhängigen Kubernetes-Instanzen orchestriert werden. Jede Kubernetes-Instanz verwaltet Container, die als virtuelle Maschinen (VMs) für die Proof-of-VM-Emulation fungieren. Diese VMs können als komplexe Netzwerke von Containern von Kubernetes angeordnet werden. Skupper verwaltet die Kubernetes-Instanzen und sendet Aufträge an die Kubernetes-Instanzen, die dann die Aufträge auf den Docker-Containern ausführen.

Anstelle von Proof-of-Work-Berechnungen führen diese VMs nützliche Arbeit aus, die von Kunden an die Auftragswarteschlange gesendet wird. Die von diesen VMs geleistete Arbeit dient als Proxy für Proof-of-Work. Idealerweise würden diese Kundenaufträge auch dann ausgeführt, wenn die Blockchain nicht existieren würde, was das Potenzial hat, den CO2-Fußabdruck zu verringern.

Das Papier diskutiert auch technische Lücken, die noch geschlossen werden müssen, um ein vollständiges praktisches System zu schaffen, wie z.B. die Validierung der Einhaltung von Service-Level-Agreements (SLAs), die Validierung eines ordnungsgemäß konfigurierten Systems und die Validierung, dass eine VM kontinuierlich gemäß dem SLA arbeitet.

Statistiken

Der Bitcoin-Netzwerk verbraucht so viel Strom wie kleine Länder.
Proof-of-Stake-Blockchains erfordern von den Teilnehmern, Vermögenswerte als Sicherheit einzubringen, was weniger Ressourcen verbraucht und somit weniger CO2 produziert.

Zitate

"Proof-of-work (PoW) blockchains consume a lot of energy. For instance, the bitcoin network uses as much power as small countries [18]."
"Proof-of-stake (PoS) blockchains require their participants to put up assets as collateral. Usually, this collateral is in cryptocurrency. These participants validate the blocks in the blockchain. This validation is akin to building the blocks in a PoW blockchain. A winner (who gets paid) is randomly selected from the participants who put up collateral. This may be done by a multiparty lottery. This requires less resources and thus produces less CO2."

Wichtige Erkenntnisse aus

Towards a low carbon proof-of-work blockchain

by Agron Gemajl... um arxiv.org 04-09-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.04729.pdf

Tiefere Fragen

Wie könnte ein Ansatz aussehen, der die Vorteile von Proof-of-Stake und Proof-of-Work kombiniert, um die Energieeffizienz weiter zu verbessern?

Um die Energieeffizienz weiter zu verbessern, könnte ein Ansatz verfolgt werden, der die Vorteile von Proof-of-Stake (PoS) und Proof-of-Work (PoW) kombiniert. Eine Möglichkeit wäre die Implementierung eines hybriden Konsensmechanismus, der sowohl PoS als auch PoW-Elemente enthält. Dies könnte wie folgt umgesetzt werden:

PoW für Initialisierung und Sicherheit: PoW wird verwendet, um neue Blöcke zu erstellen und die Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten. Dieser Prozess erfordert Rechenleistung und Energie, um die Integrität des Netzwerks zu schützen.

PoS für Validierung und Transaktionsbestätigung: PoS wird verwendet, um Transaktionen zu validieren und Blöcke zu bestätigen. Teilnehmer mit einem bestimmten Anteil an Kryptowährung können als Validator fungieren und Transaktionen überprüfen. Dies reduziert den Energieverbrauch im Vergleich zu reinen PoW-Systemen.

Belohnungsstruktur: Teilnehmer, die sowohl PoW als auch PoS-Aufgaben erfolgreich ausführen, erhalten Belohnungen in Form von Kryptowährung. Dies fördert die Beteiligung am Netzwerk und belohnt diejenigen, die zur Sicherheit und Effizienz des Systems beitragen.

Durch die Kombination von PoW und PoS können die Sicherheit und Effizienz des Blockchain-Netzwerks verbessert werden, während gleichzeitig der Energieverbrauch reduziert wird.

Welche Herausforderungen müssen bei der Entwicklung eines vollständig dezentralisierten Blockchain-Systems, das auf Proof-of-VM basiert, noch gelöst werden?

Bei der Entwicklung eines vollständig dezentralisierten Blockchain-Systems, das auf Proof-of-VM basiert, gibt es mehrere Herausforderungen, die noch gelöst werden müssen:

Validierung von VM-Computations: Es ist entscheidend, sicherzustellen, dass die von den VMs durchgeführten Berechnungen korrekt sind und den erwarteten Ergebnissen entsprechen. Mechanismen zur Validierung und Überprüfung der Computations müssen implementiert werden.

Sicherheit und Integrität: Da das System auf verteilten VMs basiert, müssen Sicherheitsmaßnahmen implementiert werden, um die Integrität des Systems zu gewährleisten und Angriffe oder Manipulationen zu verhindern.

Skalierbarkeit: Ein Proof-of-VM-System muss in der Lage sein, mit zunehmender Anzahl von VMs und Transaktionen zu skalieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Skalierbarkeitslösungen müssen entwickelt werden.

SLA-Management: Die Implementierung und Durchsetzung von Service-Level Agreements (SLAs) zwischen den VMs und den Kunden ist entscheidend. Mechanismen zur Überwachung und Einhaltung von SLAs müssen etabliert werden.

Reputationssystem: Ein Reputationssystem zur Bewertung der Zuverlässigkeit und Leistung der VMs sowie der Kunden ist erforderlich, um Vertrauen im System aufzubauen.

Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist entscheidend für den Erfolg eines vollständig dezentralisierten Blockchain-Systems, das auf Proof-of-VM basiert.

Wie könnte man die Idee der Proof-of-VM auf andere Anwendungsfälle außerhalb von Blockchains übertragen, um die Energieeffizienz von verteilten Computersystemen im Allgemeinen zu verbessern?

Die Idee der Proof-of-VM kann auf andere Anwendungsfälle außerhalb von Blockchains übertragen werden, um die Energieeffizienz von verteilten Computersystemen im Allgemeinen zu verbessern, indem sie in folgenden Bereichen angewendet wird:

Cloud Computing: Unternehmen könnten Proof-of-VM verwenden, um die Energieeffizienz in Cloud-Computing-Umgebungen zu verbessern, indem sie VMs basierend auf spezifischen Anforderungen und SLAs bereitstellen.

Forschung und Wissenschaft: In wissenschaftlichen Bereichen könnten Proof-of-VM-Systeme eingesetzt werden, um verteilte Berechnungen und Simulationen durchzuführen, wodurch Energie gespart und die Effizienz verbessert wird.

Edge Computing: Im Bereich des Edge Computing könnten Proof-of-VM-Systeme verwendet werden, um die Rechenleistung und Energieeffizienz von Edge-Geräten zu optimieren, indem sie spezifische Aufgaben und Workloads effizient verteilen.

IoT-Netzwerke: In IoT-Netzwerken könnten Proof-of-VM-Systeme dazu beitragen, die Energieeffizienz von verteilten Geräten zu verbessern, indem sie die Ressourcennutzung optimieren und die Bereitstellung von Diensten effizienter gestalten.

Durch die Anwendung der Proof-of-VM-Idee auf verschiedene Anwendungsfälle außerhalb von Blockchains können verteilte Computersysteme energieeffizienter gestaltet und die Gesamteffizienz verbessert werden.