The Energy Consumption of Blockchain Technology: Beyond Myth

Sedlmeir, Johannes; Buhl, Hans Ulrich; Fridgen, Gilbert; Keller, Robert M.

doi:10.1007/s12599-020-00656-x

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“…However, this work did not propose theoretical analysis and optimise the energy consumption. Sedlmeir et al [ 24 ] thoroughly studied the PoW consensus mechanism, and in particular the upper and lower bound. They, also, argued that PoW cryptocurrencies are not likely to become a major threat to the climate in the future.…”

Section: Related Workmentioning

confidence: 99%

Hybrid Blockchain for IoT—Energy Analysis and Reward Plan

Reed

Al-Naday

et al. 2021

Sensors

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Blockchain technology has brought significant advantages for security and trustworthiness, in particular for Internet of Things (IoT) applications where there are multiple organisations that need to verify data and ensure security of shared smart contracts. Blockchain technology offers security features by means of consensus mechanisms; two key consensus mechanisms are, Proof of Work (PoW) and Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT). While the PoW based mechanism is computationally intensive, due to the puzzle solving, the PBFT consensus mechanism is communication intensive due to the all-to-all messages; thereby, both may result in high energy consumption and, hence, there is a trade-off between the computation and the communication energy costs. In this paper, we propose a hybrid-blockchain (H-chain) framework appropriate for scenarios where multiple organizations exist and where the framework enables private transaction verification and public transaction sharing and audit, according to application needs. In particular, we study the energy consumption of the hybrid consensus mechanisms in H-chain. Moreover, this paper proposes a reward plan to incentivize the blockchain agents so that they make contributions to the H-chain while also considering the energy consumption. While the work is generally applicable to IoT applications, the paper illustrates the framework in a scenario which secures an IoT application connected using a software defined network (SDN). The evaluation results first provide a method to balance the public and private parts of the H-chain deployment according to network conditions, computation capability, verification complexity, among other parameters. The simulation results demonstrate that the reward plan can incentivize the blockchain agents to contribute to the H-chain considering the energy consumption of the hybrid consensus mechanism, this enables the proposed H-chain to achieve optimal social welfare.

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Section: Related Workmentioning

confidence: 99%

Hybrid Blockchain for IoT—Energy Analysis and Reward Plan

Reed

Al-Naday

et al. 2021

Sensors

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“…Daraus erhält man für den Strombedarf von Bitcoin Anfang 2020 eine untere Schranke von jährlich ca. K 60 TWh [11], was dem jährlichen Stromverbrauch von ca. 15 Mio.…”

Section: Grundlagen Von Bitcoin Und Blockchain-technologieunclassified

“…Eine untere Schranke für Kosten der elektrischen Energie in Ländern mit nennenswerter Beteiligung am Mining wird üblicherweise mit 0,05 USD pro Kilowattstunde beziffert [22,23] und dadurch erhält man für Anfang 2020 bei einem Bitcoin-Preis von knapp 10.000 USD hochgerechnet eine Obergrenze des Stromverbrauchs von jährlich ca. 120 TWh, was etwa 20 % des deutschen Stromverbrauchs entspricht [11].…”

Section: Grundlagen Von Bitcoin Und Blockchain-technologieunclassified

“…Man stellt zudem fest, dass wegen im Allgemeinen ähnlicher Parameter bei verschiedenen PoW-Kryptowährungen eine sehr hohe Korrelation zwischen Marktkapitalisierung und Stromverbrauch vorhanden ist. Da die Marktkapitalisierung von Bitcoin höher ist als die kumulierte aller übrigen Kryptowährungen, kann man vermuten, dass der kumulierte Stromverbrauch aller PoW-Kryptowährungen nicht viel mehr als doppelt so hoch ist wie der von Bitcoin, und ein Best Guess liegt bei einem Faktor von etwa 1,5 [4,11].…”

Section: Grundlagen Von Bitcoin Und Blockchain-technologieunclassified

“…Zum anderen untersuchen wir auch einen erheblich größeren Teil des wie beschrieben sehr heterogenen Spektrums von Blockchains als nur einige technisch eng mit Bitcoin verwandte Kryptowährungen. Damit erweitern wir einen von uns in der Zeitschrift Business & Information Systems Engineering veröffentlichten Beitrag [11] zum Energieverbrauch von Blockchains, welcher bereits einige der in diesem Artikel angesprochenen Punkte diskutiert und sich dabei stärker auf die Nachhaltigkeitsdiskussion über Kryptowährungen hinausgehender Anwendungen von Blockchain-Technologie fokussiert. Im Vergleich dazu gehen wir hier auf einige dort nur kurz andiskutierte Aspekte wesentlich detaillierter ein, insbesondere analysieren wir neben dem Bitcoin Halving quantitativ die Implikationen der Verwendung sogenannter ZK-Rollups auf den Stromverbrauch von Blockchains.…”

Section: Introductionunclassified

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Ein Blick auf aktuelle Entwicklungen bei Blockchains und deren Auswirkungen auf den Energieverbrauch

Sedlmeir

Buhl

Fridgen

et al. 2020

Informatik Spektrum

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Zusammenfassung Der enorme Stromverbrauch von Bitcoin hat dazu geführt, dass in Wissenschaft und Praxis oft eher undifferenziert Diskussionen über die Nachhaltigkeit von Blockchain- bzw. Distributed-Ledger-Technologie allgemein geführt werden. Allerdings ist die Blockchain-Technologie bereits heute alles andere als homogen – nicht nur hinsichtlich ihrer Anwendungen, die mittlerweile weit über Kryptowährungen hinaus in Wirtschaft und öffentlichen Sektor reichen, sondern auch bezüglich ihrer technischen Charakteristika und insbesondere ihres Stromverbrauchs. Dieser Beitrag fasst den Status quo des Stromverbrauchs verschiedener Implementierungen von Blockchain-Technologie zusammen und geht dabei besonders auf das kürzlich erfolgte Bitcoin Halving sowie sogenannte ZK-Rollups ein. Wir argumentieren, dass Bitcoin und andere Proof-of-Work-Blockchains zwar in der Tat sehr viel Strom verbrauchen, aber bereits heute alternative Blockchain-Lösungen mit deutlich geringerem Stromverbrauch verfügbar sind und weitere vielversprechende Konzepte erprobt werden, die gerade den Stromverbrauch von großen Blockchain-Netzwerken in naher Zukunft noch einmal deutlich senken könnten. Daraus schließen wir, dass die Kritik am Stromverbrauch von Bitcoin zwar legitim ist, jedoch daraus nicht eine Energieproblematik von Blockchain-Technologie generell abgeleitet werden darf. In vielen Fällen, in denen mithilfe von energieeffizienteren Blockchain-Varianten Prozesse digitalisiert oder verbessert werden können, darf sogar per Saldo durchaus mit Energieeinsparungen gerechnet werden.

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