Kryptovalutan Bitcoin begränsas av dess astronomiska elförbrukning och överdimensionerade koldioxidavtryck. Ett nästan nollenergialternativ låter för bra för att vara sant, men som professor Rachid Guerraoui vid School of Computer and Communication Sciences (IC) förklarar, allt handlar om vår förståelse för vad som gör transaktioner säkra.

För att förklara varför systemet som utvecklats i hans Distributed Computing Lab (DCL) representerar ett paradigmskifte i hur vi tänker om kryptovalutor – och om digitalt förtroende i allmänhet – använder professor Rachid Guerraoui en juridisk metafor:alla spelare i detta nya system är "oskyldiga tills bevisat skyldig."

Detta i motsats till den traditionella Bitcoin-modellen som först beskrevs 2008 av Satoshi Nakamoto, som förlitar sig på att lösa ett svårt problem som kallas "konsensus" för att garantera säkerheten för transaktioner. I denna modell, alla i ett distribuerat system måste komma överens om giltigheten av alla transaktioner för att förhindra illvilliga spelare från att fuska – till exempel, genom att spendera samma digitala polletter två gånger (dubbla utgifter). För att bevisa sin ärlighet och uppnå konsensus, spelare måste utföra komplexa – och energikrävande – datoruppgifter som sedan verifieras av de andra spelarna.

Men i deras nya system, Guerraoui och hans kollegor vänder på antagandet att alla spelare är potentiella fuskare.

"Vi har ett minimalistiskt tillvägagångssätt. Vi inser att spelare inte behöver nå konsensus, de behöver bara förhindra skadligt beteende när det visar sig, " förklarar han. "Så, vi antar att alla är ärliga, och om spelare ser någon försöka göra något fel, de ignorerar den spelaren - och bara den spelaren."

Med konsensuskravet ur vägen, DCL:s nya system, kallad Bysantine Reliable Broadcast, kan uppnå säkra kryptovalutatransaktioner i stor skala med en energikostnad på praktiskt taget noll - "ungefär motsvarande den för att utbyta e-post, " säger Guerraoui - och bara några gram CO ₂ jämfört med uppskattningsvis 300 kg för en enskild Bitcoin-transaktion.

Det kan vara en stor fördel gentemot Bitcoin, som har rapporterats ha en global elförbrukning som närmar sig Österrikes, och ett globalt koldioxidavtryck som är jämförbart med Danmarks.

Kommunikation är nyckeln

Så, hur kan användare vara säkra på att kryptovalutatransaktioner är säkra om de inte är säkra på vilka de skadliga spelarna är? Guerraoui säger:spelare behöver bara kommunicera med varandra.

"Om en illvillig spelare vill göra en betalning, till exempel, detta system skulle inte tillåta någon att ta emot pengar från den spelaren förrän ett slumpmässigt valt urval har bekräftat att spelaren inte har skickat pengar till någon annan; annat, betalningen kommer inte att accepteras, " förklarar han. "I grund och botten, vi säger att du bara behöver utbyta information med ett urval av spelare för att implementera en kryptovaluta."

Det centrala elementet i att kommunicera, eller sändning, information är vad som ger det bysantinska tillförlitliga sändningssystemet sitt namn. Efter att ha publicerat de teoretiska resultaten bakom systemet tidigare i år i samband med 2019 ACM Symposium on Principles of Distributed Computing (ACM PODC), en av de två mest prestigefyllda konferenserna inom området, Guerraoui och hans kollegor har nyligen publicerat en andra artikel som beskriver implementeringen och uppskalningen av deras algoritm.

För sin beskrivning av den första skalbara lösningen till ett konsensusalternativ, det andra DCL-papperet har redan väckt intresse från industrin, och vann priset för bästa papper på fältets andra toppkonferens, DISC 2019 (det 33:e internationella symposiet om distribuerad datoranvändning). Priset kommer att delas ut i Budapest, Ungern i mitten av oktober.

Från bank till bikeshares

Förutom lägre kostnader och energiförbrukning, det bysantinska Reliable Broadcast-systemet offrar ingenting när det gäller transaktionssäkerhet. Även om det har ett snävare utbud av applikationer än Bitcoin – är det endast lämpligt för kryptovalutor, och inte för mer komplexa transaktioner som smarta kontrakt – systemet kan hantera andra former av valuta förutom pengar.

"Det kan användas för en abstrakt kryptovaluta för att byta varor, som cyklar i ett cykeldelningsprogram till exempel, säger Guerraoui.

Han och hans kollegor planerar att släppa sitt nya system som en öppen källkod för alla att ladda ner och använda i slutet av 2020.