I takt med att blockchains blir allt mer populära och utbredda, en växande oro är deras hållbarhet. Nuvarande mönster, framför allt blockchain som ligger till grund för Bitcoin -kryptovalutan, är säkrade med så kallade "bevis på arbete, "som kräver enorma beräkningskraft. Detta är ett ekologiskt problem som utmanar kryptovalutornas långsiktighet. I ett pågående samarbete, Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) Professor Krzysztof Pietrzak och BitTorrent uppfinnare/Chia Network VD Bram Cohen försöker lösa detta problem genom att använda diskutrymme snarare än beräkningsarbete. Forskning om en av de två nyckelkomponenterna i detta tillvägagångssätt - "bevis på sekventiellt arbete, "även känd som" verifierbara fördröjningsalgoritmer, "fick årets bästa papperspris på EUROCRYPT, en av världens två bästa kryptokonferenser.

Bitcoin är den absolut mest framgångsrika digitala valutan. Dess decentraliserade karaktär skiljer den från alla tidigare föreslagna digitala valutor. Istället för att ha en central enhet, alla Bitcoin -transaktioner registreras i en offentlig sekvens av block som kallas en blockchain. För att lägga till ett block i blockchain, en användare (eller "gruvarbetare") måste tillhandahålla ett "bevis på arbete, " det är, de måste lösa ett slags kryptografiskt pussel eller utmaning. Så länge mer än hälften av beräkningskraften som är avsedd för att lösa dessa pussel bidrar av ärliga parter, blockchain fungerar som robust, icke-manipulerbar huvudbok som håller reda på alla Bitcoin-transaktioner. Gruvarbetare stimuleras av löftet att ta emot Bitcoins som en belöning för att lägga till block, för närvarande värt cirka US $ 100, 000 (cirka 80 euro, 000) för varje block som hittas. Detta leder till massiv energianvändning - enligt vissa uppskattningar, motsvarande konsumtion i Danmark. Men problemet är inte bara ekologiskt, det är också ekonomiskt. De höga belöningarna som krävs för att stimulera gruvarbetare kommer att i det långa loppet, leda antingen till inflation eller höga transaktionskostnader.
,
Forskare har letat efter alternativ till bevis på arbete för att säkra blockchains. "Vi tror att det mest lovande tillvägagångssättet är att använda diskutrymme, "säger Krzysztof Pietrzak." Det finns massor av oanvänt diskutrymme - i datacenter, men också personliga bärbara datorer och liknande - som skulle kunna användas för gruvdrift till nästan ingen marginalkostnad. "

Att designa blockchains som använder diskutrymme istället för bevis på arbete är ett utmanande problem. Ett förslag nyligen, Chia -nätverket (chia.net), kommer att ersätta bevis på arbete med två nyckelkomponenter.

Det första av dessa är "bevis på rymden, "som används av gruvarbetare för att bevisa att de avsätter diskutrymme. Eftersom dessa bevis är extremt billiga att generera när det dedikerade utrymmet har initierats, en annan komponent krävs för att tillämpa en dynamik där nya block bara visas varannan minut, liknande det som förekommer i Bitcoin. Denna andra komponent använder det som kallas ett "bevis på sekventiellt arbete" eller "verifierbar fördröjningsalgoritm". Väsentligen, detta är ett protokoll där användaren kan visa att de har gjort en lång sekventiell beräkning efter att ha fått någon form av utmaning. Att vara sekventiell innebär att - till skillnad från "normala" arbetsbevis - att ha enorma mängder beräkningskraft tillgänglig inte gör beräkningen snabbare. Därför, det fungerar som ett bevis på att en viss tid har gått sedan utmaningen har mottagits.

I deras prisbelönta tidning, Cohen och Pietrzak konstruerar det första praktiska och offentligt verifierbara beviset på sekventiellt arbete. Tidigare konstruktioner kräver antingen att verifieraren håller en hemlig falldörr för att verifiera ett bevis, eller bevisaren att ägna en enorm mängd diskutrymme för att generera ett bevis.

Befintliga algoritmer var extremt komplicerade, eller bevisen kunde bara verifieras av en part som hade någon form av hemlig falldörr, eller provaren krävde en enorm mängd diskutrymme för att generera ett bevis. Tyvärr, den nya konstruktionen kan inte lätt användas för huvudapplikationen som författarna var intresserade av - blockchain -design - eftersom den saknar en avgörande egenskap:unikhet. Särskilt, ett giltigt bevis kan anpassas till ett annat giltigt bevis utan att behöva upprepa den sekventiella beräkningen. Detta är ett problem eftersom processen att lägga till ett nytt block är som ett lotteri, och utan den unika egenskapen, en motståndare kan generera många olika bevis på sekventiellt arbete, och meddela bara den som ger honom den bästa chansen att också vinna detta lotteri i nästa omgång. "Att komma på en design där bevis har en kanonisk representation utan att använda tunga kryptografiska maskiner är en spännande öppen fråga, säger Pietrzak.