Investigating the Inconsistencies among Energy and Energy Intensity Estimates of the Internet – Metrics and Harmonising Values
Der Bericht präsentiert eine eingehende Analyse von Schätzungen der Energieintensität (EI) und des Gesamtenergieverbrauchs (E) des Internets. Die beiden Werte müssten über den gesamten Internetverkehr (Englisch: traffic, T) verbunden sein, da die Multiplikation von EI mit T zum Ergebnis E führen müsste. Diese Identität wird jedoch durch die heute vorhandenen Studien nicht erfüllt. Im Gegenteil, die mit den jeweiligen Methoden erzielten Ergebnisse liegen einen Faktor von 5 bis 26 auseinander. Die Studie identifiziert zwei wichtige Ursachen dieser Inkonsistenz: die unterschiedliche Behandlung von Zugangsnetzen (Englisch: access networks, ANs) und die Tendenzen hin zu Über- und Unterschätzungen, die der Top-Down- bzw. der Bottom-Up-Modellierung inhärent zugrunde liegen scheinen. Das WAN (Wide Area Network), die FANs (Fixed Access Networks) und die RANs (Radio Access Networks) einzeln betrachtend, zeigt die Studie, dass die grössten Diskrepanzen überraschenderweise nicht auf die relativ jungen und recht heterogenen RANs zurückzuführen sind, sondern auf dem schon recht etablierten WAN.
Die Studie identifiziert zudem drei Ebenen möglicher Harmonisierung von EI und E; in der Rangfolge von Strenge und Präzision, aber auch von zunehmenden Herausforderungen und Unsicherheiten, sind dies: i) eine pauschale Harmonisierung über alle Netztypen, ii) eine, die individuell innerhalb des WAN und innerhalb der Zugangsnetze harmonisiert, und iii) eine, die innerhalb jedes der drei Netztypen harmonisiert. Angesichts der Inkompatibilität innerhalb der bestehenden Literatur bezüglich der Energie- und Energieintensitätsschätzungen für das WAN konnte nur eine globale Harmonisierung erreicht werden. Infolge dieser gegenseitigen Validierung, bei der dennoch versucht wurde, so viel wie möglich auch innerhalb der einzelnen Netztypen zu harmonisieren, ergeben sich folgende Schätzwerte der heutigen Energie- und Energieintensitätswerte: der Energieverbrauch des WAN im Jahr 2020, E2020 (WAN) = 110 TWh, E2020 (FAN) = 130 TWh und E2020 (RAN) = 100 TWh; die Energieintensität des WAN im Jahr 2020, EI2020 (WAN) = 0,02 kWh/GB, EI2020 (FAN) = 0,07 kWh/GB und EI2020 (RAN) = 0,2 kWh/GB. Für kurzfristige Extrapolationen in die Zukunft erscheinen jährliche Energieintensitätsreduktionsfaktoren von 0,8 für WAN und RAN und 0,85 für das FAN sinnvoll und eine eher konservative Wahl.
Zukünftige Anstrengungen sind insbesondere erforderlich, um die Energiebewertungen des WAN zu harmonisieren. Konsistentere Ergebnisse können beispielsweise erzielt werden, indem entweder sowohl Top-Down- als auch Bottom-Up-Methoden eingesetzt werden, eine Hybridmethode angestrebt wird oder zumindest die Ergebnisse über die jeweils andere Methode validiert werden. Besonders wichtig und oft falsch interpretiert sind die Durchschnittswerte der Energieintensität des gesamten Internets. Aus Gründen der Konsistenz müssen diese i) den additiven Charakter der Intensitäten des WAN und der Zugangsnetze, ii) den alternativen Zugang über FAN oder RAN und iii) die (sich schnell ändernden) Anteile dieser beiden Arten von Zugangsnetzen berücksichtigen. Die Studie bietet Gleichungen, die sowohl zur Berechnung dieses Durchschnitts als auch zur Überprüfung der Konsistenz zwischen Schätzungen von EI und E eingesetzt werden können.
Blockchain energy consumption
Die Grundsätze der ersten Kryptowährung Bitcoin samt deren zugrundeliegenden Blockchain-Technologie wurden 2008 veröffentlicht. Blockchains bauen auf mehreren bereits bestehenden Informatikkonzepten auf (z. B. kryptografische Hashes, Hashpointer sowie Konsensmechanismen in verteilten Systemen). Sie kombinieren und ergänzen diese auf innovative Weise, um sichere und unveränderliche Transaktionen ohne eine vertrauenswürdige zentrale Autorität zu ermöglichen. Schon bald nach ihrer Einführung wurde klar, dass die Erweiterung von Blockchains um die Fähigkeit, kleine Codestücke, sogenannte Smart Contracts, automatisch auszuführen, ihre potenziellen Anwendungsbereiche weit über Kryptowährungen hinaus erweitert.
Während Blockchain-Technologien anfangs ein Begriff für Spezialisten waren, haben sie in jüngster Zeit aufgrund des Kursanstiegs mehrerer Kryptowährungen, aber auch aufgrund ihrer Fähigkeit, Eigentum durch eindeutige Token (Englisch: non-fungible tokens, NFTs), einer besonderen Art von Smart Contracts, nachzuweisen und zu übertragen, viel Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit und den Medien erhalten. Gleichzeitig wurde schnell klar, dass der vertrauenslose Konsensmechanismus, der für die Registrierung neuer Transaktionen und die Erzeugung neuer Kryptowährung erforderlich ist, das sogenannte Mining, eine große, ständig wachsende und möglicherweise nicht nachhaltige Menge an Energie benötigt.
In Anbetracht wachsender Besorgnis über diesen Energieverbrauch, aber auch angesichts der sich diversifizierenden Anwendungsbereiche der Blockchain-Technologie, wurde in dieser Studie versucht, die verschiedenen Faktoren zu analysieren, die den Energieverbrauch einer Blockchain beeinflussen, sowie die besten Hebel zu identifizieren, um diesen Energieverbrauch zu senken. Die Ergebnisse bestätigen, dass der vertrauenslose Konsensmechanismus, der auf dem so genannten Proof-of-Work basiert, den Energieverbrauch einer Blockchain mit Abstand dominiert: Während er für über 100 TWh jährlich verantwortlich sein kann, benötigt die Speicherung der Blockchain über 4-6 Größenordnungen weniger Energie (30 MWh – 3 GWh) und die über das Internet verschickten Koordinationsnachrichten über 7 Größenordnungen weniger (6 MWh). Energiesparmaßnahmen müssen daher auf den Proof-of-Work-Konsensmechanismus abzielen: Einzelne Blockchains können zu alternativen Konsensmechanismen wechseln, die sich nicht auf Proof-of-Work stützen, während Unternehmens- und öffentliche Maßnahmen darauf abzielen können, Proof-of-Work-basierte Blockchains zu entmutigen und die Akzeptanz von Blockchains mit alternativen Konsensmechanismen zu fördern.
