På et hvilket som helst tidspunkt arbejder tusindvis af computere rundt om i verden på de komplekse matematiske opgaver, der skaber og vedligeholder bitcoin.

Dette netværk giver bitcoin sin tiltrækningskraft: det er decentraliseret, altid på og let omsætteligt. Men det betyder også, at netværket konstant bruger energi – et stridspunkt for mange skeptikere og kritikere af kryptovalutaen. Og det er ikke kun et bitcoin-problem. Andre kryptovalutaer og blockchains, herunder Ethereum, har lignende problemer.

Debatten om Bitcoin miljøpåvirkning intensiveret tidligere på måneden, da Tesla CEO Elon Musk, engang en af Bitcoin mest fremtrædende bagmænd, sagde hans virksomhed ville ikke længere acceptere det for bilkøb. Han angav brugen af fossile brændstoffer til bitcoin-minedrift som årsag.

Det er et problem, som nogle blockchain-evangelister mener, at de kan løse – og potentielt åbne døren for en bredere anvendelse af teknologien.

“Det er et stort gennembrud for menneskeheden, vi kan gøre ting nu, som vi ellers ikke kunne gøre,” siger Danny Ryan, forsker ved Ethereum Foundation, om decentrale computersystemer og blockchain-teknologi. “Når folk finder nye værktøjer, bruger de dem. Så denne decentraliserede ting, denne krypto ting, er ikke på vej væk, men der er også en meget bedre måde at gøre det på.”

Denne bedre måde kaldes “proof of stake”. Og for nogle kryptovalutaer er det allerede i brug.

Proof of Work

For at forstå konsekvenserne af proof of stake er det vigtigt først at beskrive den måde, som Bitcoin fungerer på i øjeblikket: et system kaldet proof of work.

Det er almindeligt accepteret, at ideen om bitcoin stammer fra en hvidbog, der blev offentliggjort i 2008 af en anonym forfatter under pseudonymet Satoshi Nakamoto. Heri blev idéen om proof of work beskrevet, hvor individuelle parter påtager sig opgaven med at verificere registreringer og transaktioner, der er gemt i blockchainen.

Systemet er fuldstændig decentraliseret, hvilket betyder, at mange computere fra hele verden deltager i blockchain-verifikationsprocessen. Processen styres af den underliggende bitcoin-systemkode, ikke af en central myndighed.

For at deltage skal Bitcoin-minere bruge specielt designede computere og have adgang til store mængder strøm for at kunne deltage. I øjeblikket er der mangel på disse computere, men der er stor efterspørgsel efter dem. De er baseret på specialiserede computerchips og halvledere, som der er mangel på globalt set, og som allerede har påvirket produktionen af biler, bærbare computere og smartphones.

Et decentraliseret netværk af specialiserede computere, kaldet “rigs” eller “mineplatforme”, arbejder hårdt på at løse meget komplekse matematiske ligninger. Ved at løse ligningerne kontrollerer de, at blockchainen er korrekt. De personer, der deltager i denne verifikationsproces, kaldes minearbejdere og bliver belønnet for deres indsats i form af kryptovaluta, i dette tilfælde bitcoin.

Denne proces er energikrævende. Såkaldte bitcoin-minere bruger en betydelig mængde computerkraft på at verificere, at en post er korrekt. De minearbejdere, der verificerer registreringerne, bliver derefter belønnet for deres udgifter med bitcoins.

Systemets sikkerhed er indbygget i den enorme mængde computerkraft, der kræves for at køre det. For at kunne kapre registrene skal en enhed bidrage med mere end halvdelen af den samlede regnekraft. I forbindelse med Bitcoin ville dette være uoverkommeligt dyrt og umuligt at gennemføre på grund af manglen på hardware.

Derfor vil enhver kryptovaluta, der er bygget på en proof-of-work-protokol, være plaget af det, Musk kaldte “vanvittige” energikrav i større skala. Cambridge Center for Alternative Finance, der er en del af Cambridge Judge Business School, har fundet ud af, at bitcoin forbruger omkring 110 terawatt-timer om året, hvilket svarer til forbruget i Malaysia og Sverige.

Proof of Stake

Proof of stake har en anden tilgang til sikkerhed, fordi det giver tillid til en mere gammeldags valuta: penge.

For at brugerne kan deltage i blockchain-verifikationsprocessen i proof of stake, opretter de en node, som kan drives af en enkelt person eller en gruppe af personer, der arbejder sammen. Du kan betragte et knudepunkt som en computer. Knuden skal bevise sin troværdighed ved at låse et bestemt beløb i kryptovaluta af samme type som den blockchain, den verificerer, genererer. Forestil dig at placere et depositum i en deponeringskonto eller låse det i en kaution. Denne låseproces kaldes staking.

For hver blok af transaktioner, der skal verificeres, udvælges en knude af en algoritme, der tager hensyn til mange faktorer for både at belønne dem, der har flere mønter satse og forhindre, at en knude får for meget kontrol over processen. Denne node er ansvarlig for at kontrollere og offentliggøre eller tilføje en blok til kæden.

Alle andre knudepunkter får derefter tid til at sikre, at alt ser godt ud. Hvis der opstår en fejl eller bedrageri, straffes den knude, der offentliggjorde den problematiske blok, ved at få nogle eller alle sine indsatte mønter ødelagt. Men hvis alt ser godt ud, belønnes knuden med flere mønter, hvis alt ser godt ud. Dette er både en sikkerhedsmekanisme i blockchainen og et incitament til at deltage.

“I stedet for at købe en masse hardware og brænde en masse energi, kan jeg i stedet tage dette aktiv og låse det inde som en slags sikkerhedsobligation,” siger Ryan, der er forsker ved Ethereum Foundation.

Da grundlaget for beviset for indsats ikke kræver yderligere energi for at bevise troværdighed, er det meget mere energieffektivt. I modsætning til proof of work, som kræver specialiseret computerudstyr som f.eks. avancerede grafikkort, kan proof of stake-protokollen køre på en bærbar computer. Knudepunkter er virtuelle rum, ikke fysisk udstyr.

Som følge heraf er det meget lettere at deltage i “minedriftsprocessen”, hvilket betyder, at flere mennesker kan deltage i processen. Og da decentralisering er et centralt princip i kryptovalutaer, er det at have flere mennesker involveret i blockchainens sikkerhed med til at sikre hele systemet.

Hele processen bruger lidt mere strøm, end hvis computeren bare var tændt. Forskere som Ryan mener, at strømforbruget for proof of stake derfor er 99,99 % mindre end proof of work.

I praksis

Bevis for indsats fungerer allerede. Cardano bruger proof-of-stake og har i midten af maj den fjerdestørste markedsværdi – $50 milliarder – af alle kryptovalutaer. Det er i øjeblikket den mest betydningsfulde proof-of-stake-kryptovaluta på markedet.

Cardano steg kraftigt, efter at Musk på Twitter annoncerede afslutningen af et program, der gør det muligt for folk at købe Tesla’er med bitcoins på grund af bekymringer om energieffektivitet, hvilket sendte næsten alle andre kryptovalutaer ud i kraftige fald. Siden da har den fulgt trop og er styrtdykket.

Andre kryptovalutaer, der allerede er i drift, og som anvender proof of stake, omfatter Polygon, Tezos, Polkadot og EOS.

Den måske største potentielle effekt af proof of stake er dog et projekt kaldet Ethereum 2.0.

Ethereum er den næststørste kryptovaluta og er blevet mere populær i det seneste år, da investorer har forsøgt at sprede deres portefølje væk fra Bitcoin. Og i sin kerne er Ethereum designet som en universel platform for et nyt koncept kaldet decentraliseret finans, eller brugen af smarte kontrakter til at automatisere mange af de finansielle transaktioner, der i dag kræver mellemmænd.

Ethereum, som blev lanceret i 2015, er også baseret på proof of work, men grundlæggeren Vitalik Buterin forestillede sig et skifte til proof of stake lige fra starten. Da Ethereum blev lanceret, blev fællesskabet enige om at afsætte 430.000 ether-mønter til at finansiere Ethereum Foundation, en non-profit organisation registreret i Schweiz. Dette svarer nu til ca. 1 mia. USD. Stiftelsen har støttet fællesskabet gennem tilskud i et forsøg på at gå over til et mere energieffektivt Ethereum 2.0, men er ikke førende i decentraliseringsånden.

“Der er hundredvis af mennesker, der arbejder på dette projekt,” sagde Ryan, som er en af de få forskere, der er ansat af fonden. “EF spiller helt klart en slags koordinerende rolle og forsøger at hjælpe med at lette og holde tingene i gang. Men jeg vil sige, at det bestemt ikke er centraliseret.”

Ethereums overgang til proof of stake er kompleks. Ingeniører, der arbejder på projektet, skal bygge og teste en “proof of stake”-motor og lade den køre parallelt med det eksisterende system, som fortsat kører på proof of work. Denne del er allerede begyndt at fungere langsomt.

Når først beviset for en indsats er fuldt ud online, vil det køre i et stykke tid, mens fejlene bliver udbedret. Når fejlene så er rettet, vil fællesskabet ideelt set nå til enighed og fastsætte et tidspunkt for udskiftningen. Platformsbrugere og personer med ethers vil ikke blive påvirket; alle ændringer vil ske i backend. Ifølge Ethereum Foundation skulle platformens strømforbrug falde med 99,99 procent på det tidspunkt.

Ryan siger, at målet er at være færdig i 2021, men bemærker, at 2022 også er meget sandsynligt. Og der har været forsinkelser før.

“Det er ikke en spøg. Ethereum-netværket er hundredvis af milliarder af dollars værd, og titusindvis af mennesker bruger denne platform hele tiden, og flere og flere og flere,” sagde han. “Derfor er det vigtigt at gøre det hurtigt, men det er endnu vigtigere at gøre det sikkert.”