Die Neuinterpretation des Kryptowährungs-Mining mit Chrisimos

Die Energie, die in traditionellen Kryptowährungen wie Bitcoin für das Mining verwendet wird, ist ein grosses Problem. Das kommt aus einem System namens Proof-of-Work (PoW), das Minern abverlangt, komplizierte mathematische Rätsel zu lösen. Leider führt das zu hohem Energieverbrauch und Ressourcenverschwendung. In diesem Artikel stellen wir eine neue Methode namens Chrisimos vor, die die Art und Weise, wie Mining funktioniert, ändert, indem sie Minern die Aufgabe gibt, ein reales Problem zu lösen, anstatt einfach eine zufällige Zahl, bekannt als nonce, zu finden.

#Das Problem mit traditionellem Mining

Traditionelles Mining bei Bitcoin bedeutet, dass Miner gegeneinander antreten, um schwierige Gleichungen auf Basis einer Hash-Funktion zu lösen. Das ist nicht nur rechenintensiv, sondern verbraucht auch jede Menge Energie – mehr Energie als einige kleine Länder. Zum Beispiel wird geschätzt, dass das Bitcoin-Mining jährlich rund 127 Terawattstunden (TWh) Strom benötigt.

Es wurden andere Methoden wie Proof-of-Stake und Proof-of-Authority entwickelt, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Diese Alternativen haben jedoch oft ihre eigenen Probleme, wie die Konzentration von Macht bei wohlhabenden Personen oder den Bedarf an umfangrem Speicherplatz.

#Vorstellung von nützlichem Proof-of-Work

Um die Mängel traditioneller Mining-Methoden anzugehen, schauen wir uns das Konzept des Proof-of-Useful-Work (PoUW) an. Diese Methode erlaubt es Minern, ihre Rechenleistung zur Lösung komplexer Probleme einzusetzen, die praktische Anwendungen haben. Die Idee ist, dass die Energie, die Miner aufwenden, sinnvoll genutzt wird, während sie diese nützlichen Probleme lösen.

Viele frühere Versuche mit PoUW haben sich auf berühmte mathematische Probleme konzentriert, aber viele davon bieten keine praktischen Vorteile. Unser Ansatz mit Chrisimos zielt darauf ab, diese Lücke zu schliessen, indem wir das Dominating Set Problem wählen – ein gut untersuchtes Thema der Graphentheorie, das viele Anwendungen in der realen Welt hat.

#Was ist das Dominating Set Problem?

In der Graphentheorie geht es beim Dominating Set Problem darum, eine Menge von Knoten zu finden, sodass jeder Knoten im Graphen entweder in dieser Menge enthalten ist oder direkt mit einem der Knoten in der Menge verbunden ist. Dieses Problem mag abstrakt erscheinen, hat jedoch wichtige Anwendungen in verschiedenen Bereichen.

Zum Beispiel kann die Wahl eines minimalen Dominating Set in Wireless Sensor Networks (WSNs) zu effizienterer Kommunikation, besserer Bandbreitennutzung und vermindertem Energieverbrauch führen. Ähnlich können soziale Netzwerke davon profitieren, zu verstehen, wie Informationen unter den Nutzern verbreitet werden, und dominierende Mengen können diesen Prozess optimieren.

#Der Chrisimos-Ansatz

#Überblick

Chrisimos verändert die Art und Weise, wie Mining betrieben wird, indem es nützlich gemacht wird. Statt einfach nur zufällige Zahlen zu generieren, werden Miner jetzt ein minimales Dominating Set für einen gegebenen Graphen in einem festgelegten Zeitraum finden. Derjenige, der das kleinste Dominating Set findet, gewinnt die Mining-Belohnung.

#Wie Chrisimos funktioniert

1. Transaktions-Erstellung: Miner erstellen einen neuen Block, der eine Menge gültiger Transaktionen und eine Transaktionsgebühr enthält, die von einem Versorgungsunternehmen bereitgestellt wird.

2. Graph-Instance-Auswahl: Ein Ausschuss wählt eine Graph-Instance, an der die Miner arbeiten werden. Dieser Graph wird durch seine Knoten (Ecken) und Kanten (Verbindungen) definiert.

3. Mining-Phase: Miner arbeiten daran, das minimale Dominating Set für den gewählten Graphen zu finden. Sie haben eine begrenzte Zeit dafür.

4. Verifizierung: Nachdem die Miner ihre Ergebnisse eingereicht haben, überprüft das Netzwerk die eingereichten Mengen. Der Miner, der die wenigsten Knoten im Dominating Set bereitstellt, gewinnt und erhält die Belohnung.

#Machbarkeit und Effektivität

Wir haben durch Experimente gezeigt, dass das Finden eines minimalen Dominating Set innerhalb angemessener Zeitlimits möglich ist. Unsere Methode stellt sicher, dass die Miner ein Problem lösen, das echte Anwendungen hat, und nutzt somit ihre Energie effektiv.

#Sicherheit in unserem Protokoll

Die Sicherheit von Chrisimos kommt durch die Art und Weise, wie es gestaltet ist. Um böswillige Aktivitäten zu verhindern, führen wir eine Regel zur Kettenauswahl ein, die auf der Menge an Arbeit basiert, die in den vorherigen Blöcken geleistet wurde. Statt einfach nur der längsten Kette zu folgen, werden Miner die Kette wählen, die die meiste geleistete Arbeit zeigt.

#Umgang mit potenziellen Angriffen

In permissionless Blockchains besteht die Gefahr von Sybil-Angriffen, bei denen ein Angreifer gefälschte Konten erstellt, um das Netzwerk zu kontrollieren. Unsere Methode kontert dies, indem sie es Angreifern kostspielig macht, das System zu manipulieren. Zudem verlassen wir uns auf ehrliche Miner, um einen Wettbewerb zu schaffen, der Kollusion entmutigt, indem er bessere Lösungen fördert.

#Experimentelle Analyse

Um die Effektivität unserer Methode zu validieren, haben wir Experimente mit Python und einem Netzwerk-Analysetool durchgeführt. Wir haben synthetische Graphen generiert, die den Eigenschaften realer Netzwerke folgen.

#Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Grösse des Graphen sowohl die Zeit, um einen neuen Block vorzuschlagen, als auch die Zeit zur Verifizierung des Blocks steigen. Bei kleineren Graphen beträgt die Blockgenerierungszeit nur wenige Sekunden, kann jedoch für grössere Graphen erheblich ansteigen.

#Fazit

Chrisimos bietet einen innovativen Ansatz für das Mining und verwandelt einen Prozess, der oft wegen seiner Verschwendung kritisiert wird, in einen, der reale Nutzen hat. Indem wir die traditionelle Suche nach nonces durch die Herausforderung ersetzen, ein minimales Dominating Set zu finden, nutzen wir die Energie, die beim Mining verwendet wird, für praktische Vorteile.

Während wir weiterhin an der Entwicklung und Verfeinerung dieser Methode arbeiten, besteht das Potenzial für breitere Anwendungen über Kryptowährungen hinaus, was letztlich den Weg für eine effizientere Zukunft ebnet. Wir planen, Funktionen wie Pool-Mining in zukünftigen Arbeiten zu integrieren, um das System weiter zu skalieren und den Wettbewerb unter den Minern zu fördern.

#Zukünftige Richtungen

Wenn wir nach vorne blicken, bestehen unsere nächsten Schritte darin, ein mathematisches Modell zu entwickeln, das besser die Rechenleistung von Gegnern bewerten und deren Chancen gegen ehrliche Miner einschätzen kann. Dies wird es uns ermöglichen, unsere Methode gegen verschiedene Angriffe zu testen und zu erkunden, wie Miner sich an verschiedene NP-vollständige Probleme anpassen können, um die Nützlichkeit und Effektivität von Chrisimos zu verbessern.