Naarmate blockchains steeds populairder en wijdverspreider worden, een groeiende zorg is hun duurzaamheid. huidige ontwerpen, met name de blockchain die ten grondslag ligt aan de Bitcoin-cryptocurrency, worden beveiligd met zogenaamde "proofs of work, " wat enorme hoeveelheden rekenkracht vereist. Dit is een ecologisch probleem dat de levensvatbaarheid van cryptocurrencies op de lange termijn uitdaagt. In een voortdurende samenwerking, Instituut voor Wetenschap en Technologie Oostenrijk (IST Oostenrijk) Professor Krzysztof Pietrzak en BitTorrent-uitvinder/Chia Network CEO Bram Cohen proberen dit probleem aan te pakken door gebruik te maken van schijfruimte in plaats van computerwerk. Onderzoek naar een van de twee belangrijkste componenten van deze benadering:"bewijzen van sequentieel werk, " ook bekend als "verifieerbare vertragingsalgoritmen, " ontving dit jaar de Best Paper Award op EUROCRYPT, een van 's werelds top twee cryptografieconferenties.

Bitcoin is verreweg de meest succesvolle digitale valuta. Het gedecentraliseerde karakter onderscheidt het van alle eerder voorgestelde digitale valuta. In plaats van een centrale entiteit te hebben, alle Bitcoin-transacties worden vastgelegd in een openbare reeks blokken die bekend staat als een blockchain. Om een ​​blok aan de blockchain toe te voegen, een gebruiker (of "mijnwerker") moet een "bewijs van werk, " dat is, ze moeten een soort cryptografische puzzel of uitdaging oplossen. Zolang meer dan de helft van de rekenkracht voor het oplossen van deze puzzels wordt bijgedragen door eerlijke partijen, de blockchain fungeert als robuust, niet-vervalsbaar grootboek dat alle Bitcoin-transacties bijhoudt. Mijnwerkers worden gestimuleerd door de belofte om Bitcoins te ontvangen als beloning voor het toevoegen van blokken, momenteel ongeveer US $ 100 waard, 000 (ongeveer 80 euro, 000) voor elk gevonden blok. Dit leidt tot een enorm energieverbruik - volgens sommige schattingen het equivalent verbruik van Denemarken. Maar het probleem is niet alleen ecologisch, het is ook zuinig. De hoge beloningen die nodig zijn om miners te stimuleren zullen, op lange termijn, leiden tot inflatie of hoge transactiekosten.
,
Onderzoekers hebben gekeken naar alternatieven voor proofs of work voor het beveiligen van blockchains. "Wij geloven dat de meest veelbelovende aanpak is om schijfruimte te gebruiken, " zegt Krzysztof Pietrzak. "Er bestaan ​​enorme hoeveelheden ongebruikte schijfruimte - in datacenters, maar ook persoonlijke laptops en dergelijke - die bijna zonder marginale kosten voor mijnbouw kunnen worden gebruikt."

Het ontwerpen van blockchains die schijfruimte gebruiken in plaats van proofs of work is een uitdagend probleem. Een recent voorstel, het Chia-netwerk (chia.net), zal proofs of work vervangen door twee belangrijke componenten.

De eerste hiervan is "bewijzen van ruimte, " die door miners worden gebruikt om te bewijzen dat ze schijfruimte toewijzen. Omdat die bewijzen extreem goedkoop zijn om te genereren zodra de toegewezen ruimte is geïnitialiseerd, een andere component is nodig om een ​​dynamiek af te dwingen waarin slechts om de paar minuten nieuwe blokken verschijnen, vergelijkbaar met wat er in Bitcoin gebeurt. Deze tweede component maakt gebruik van wat een "bewijs van sequentieel werk" of "verifieerbaar vertragingsalgoritme" wordt genoemd. Eigenlijk, dit is een protocol waarbij de gebruiker kan aantonen dat hij een lange sequentiële berekening heeft gedaan bij het ontvangen van een soort uitdaging. Opeenvolgend zijn betekent dat - in tegenstelling tot "normale" werkbewijzen - het hebben van enorme hoeveelheden rekenkracht de berekening niet sneller maakt. Daarom, het dient als bewijs dat een bepaalde hoeveelheid tijd is verstreken sinds de uitdaging is ontvangen.

In hun bekroonde paper, Cohen en Pietrzak construeren het eerste praktische en publiek verifieerbare bewijs van sequentieel werk. Bij eerdere constructies moet de verificateur ofwel een geheim luik houden om een ​​bewijs te verifiëren, of de prover om een ​​enorme hoeveelheid schijfruimte te besteden aan het genereren van een bewijs.

Bestaande algoritmen waren extreem ingewikkeld, of de bewijzen konden alleen worden geverifieerd door een partij die een soort geheim luik had, of de bewijzer had een enorme hoeveelheid schijfruimte nodig om een ​​bewijs te genereren. Helaas, de nieuwe constructie kan niet gemakkelijk worden gebruikt voor de hoofdtoepassing waarin de auteurs geïnteresseerd waren - blockchain-ontwerpen - omdat het één cruciale eigenschap mist:uniciteit. Vooral, een geldig bewijs kan worden aangepast in een ander geldig bewijs zonder de opeenvolgende berekening te hoeven herhalen. Dit is een probleem omdat het proces om een ​​nieuw blok toe te voegen als een loterij is, en zonder de unieke eigenschap, een tegenstander kan veel verschillende bewijzen van sequentieel werk genereren, en kondig alleen degene aan die hem de meeste kans geeft om ook deze loterij te winnen in de volgende ronde. "Het bedenken van een ontwerp waarbij bewijzen een canonieke weergave hebben zonder zware cryptografische machines te gebruiken, is een spannende open vraag, ' zegt Pietrzak.