Man mano che le blockchain diventano sempre più popolari e diffuse, una preoccupazione crescente è la loro sostenibilità. disegni attuali, in particolare la blockchain alla base della criptovaluta Bitcoin, sono assicurati mediante le cosiddette "prove di lavoro, " che richiede enormi quantità di potenza di calcolo. Questo è un problema ecologico che sfida la redditività a lungo termine delle criptovalute. In una collaborazione in corso, Il professor Krzysztof Pietrzak dell'Istituto di scienza e tecnologia austriaco (IST Austria) e l'inventore di BitTorrent/amministratore delegato di Chia Network Bram Cohen cercano di affrontare questo problema utilizzando lo spazio su disco anziché il lavoro computazionale. Ricerca su uno dei due componenti chiave di questo approccio:"prove di lavoro sequenziale, " noto anche come "algoritmi di ritardo verificabili, " ha ricevuto il Best Paper Award di quest'anno a EUROCRYPT, una delle due principali conferenze di crittografia al mondo.

Bitcoin è di gran lunga la valuta digitale di maggior successo. La sua natura decentralizzata lo distingue da tutte le valute digitali proposte in precedenza. Invece di avere un'entità centrale, tutte le transazioni Bitcoin sono registrate in una sequenza pubblica di blocchi nota come blockchain. Per aggiungere un blocco alla blockchain, un utente (o "minatore") deve fornire una "prova di lavoro, " questo è, devono risolvere una sorta di enigma o sfida crittografica. Finché più della metà della potenza di calcolo dedicata alla risoluzione di questi enigmi è fornita da parti oneste, la blockchain agisce come robusta, registro inalterabile che tiene traccia di tutte le transazioni Bitcoin. I minatori sono incentivati ​​dalla promessa di ricevere Bitcoin come ricompensa per l'aggiunta di blocchi, attualmente vale circa US $ 100, 000 (circa 80 euro, 000) per ogni blocco trovato. Ciò porta a un massiccio consumo di energia:secondo alcune stime, il consumo equivalente della Danimarca. Ma il problema non è solo ecologico, è anche economico. Gli alti premi necessari per incentivare i minatori saranno, a lungo termine, portare all'inflazione o ad alti costi di transazione.
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I ricercatori hanno cercato alternative alle prove di lavoro per proteggere le blockchain. "Crediamo che l'approccio più promettente sia quello di utilizzare lo spazio su disco, " afferma Krzysztof Pietrzak. "Esistono enormi quantità di spazio su disco inutilizzato, nei data center, ma anche laptop personali e simili, che potrebbero essere utilizzati per il mining quasi senza costi marginali."

Progettare blockchain che utilizzano spazio su disco invece di prove di lavoro è un problema impegnativo. Una proposta recente, la rete Chia (chia.net), sostituirà le prove di lavoro con due componenti chiave.

Il primo di questi è "prove di spazio, " che vengono utilizzati dai minatori per dimostrare di dedicare spazio su disco. Poiché tali prove sono estremamente economiche da generare una volta che lo spazio dedicato è stato inizializzato, è necessario un altro componente per imporre una dinamica in cui i nuovi blocchi compaiono solo ogni pochi minuti, simile a ciò che accade in Bitcoin. Questo secondo componente utilizza quello che viene chiamato "prova di lavoro sequenziale" o "algoritmo di ritardo verificabile". Essenzialmente, questo è un protocollo in cui l'utente può dimostrare di aver eseguito un lungo calcolo sequenziale dopo aver ricevuto una sorta di sfida. Essere sequenziali significa che, a differenza delle "normali" prove di lavoro, avere a disposizione enormi quantità di potenza di calcolo non rende il calcolo più veloce. Perciò, serve come prova che è trascorso un determinato periodo di tempo dal ricevimento della contestazione.

Nella loro carta premiata, Cohen e Pietrzak costruiscono la prima prova pratica e pubblicamente verificabile del lavoro sequenziale. Le costruzioni precedenti richiedono che il verificatore tenga una botola segreta per verificare una prova, o il prover di dedicare una quantità enorme di spazio su disco per generare una prova.

Gli algoritmi esistenti erano estremamente complicati, o le prove potevano essere verificate solo da una parte che aveva una specie di botola segreta, o il prover ha richiesto una quantità enorme di spazio su disco per generare una prova. Sfortunatamente, la nuova costruzione non può essere prontamente utilizzata per l'applicazione principale a cui gli autori erano interessati - i design blockchain - poiché manca di una proprietà cruciale:l'unicità. In particolare, una dimostrazione valida può essere adattata in un'altra prova valida senza dover ripetere il calcolo sequenziale. Questo è un problema poiché il processo per aggiungere un nuovo blocco è come una lotteria, e senza la proprietà di unicità, un avversario potrebbe generare molte diverse prove di lavoro sequenziale, e annuncia solo quello che gli dà le migliori possibilità di vincere anche questa lotteria nel turno successivo. "Elaborare un progetto in cui le prove abbiano una rappresentazione canonica senza l'utilizzo di pesanti macchinari crittografici è una domanda aperta entusiasmante, "dice Pietrzak.