Blockchains sind das nächste große Thema für erneuerbare Energien

Im Wesentlichen handelt es sich um ein Online-Register, das Informationen sicher speichert. Blockchain dient als ein Repertoire an Wissen, das für jeden zugänglich ist. Anstatt von einer einzigen Einheit kontrolliert zu werden, ist die Blockchain auf mehrere Computer verteilt und verwendet eine Form der Datenprotokollierung, um sicherzustellen, dass die Informationen von niemand anderem geändert oder zerstört werden können. Durch die Dezentralisierung von Daten und die Art und Weise wie sie vor Manipulation geschützt werden, fördert die Blockchain die Transparenz und den Austausch von Informationen. Als solche hat die Blockchain immenses Potenzial, eine Welle neuer Technologien und Interaktionsmöglichkeiten mitzugestalten.

Die Blockchain ist die Plattform für Online-Währungen, die als alternative Form des gesetzlichen Zahlungsmittels für einen großen Hype gesorgt haben. Blockchain ist aber weit mehr als nur eine Plattform für Kryptowährungen. Während das energieintensive Mining von Kryptowährungen zu einem Anstieg der Kohlenstoffemissionen geführt hat, ist Blockchain eine gut geeignete Basis, die Innovationen im Bereich der green technology vorantreiben kann. Start-ups und Großunternehmen sind gleichermaßen bestrebt, das Potenzial der Blockchain zu erschließen, um den Übergang zu grüner Energie zu beschleunigen.

Verbrauchergetriebene Smart Grids

Viele Start-ups nutzen Blockchain bereits als Instrument, um die Energienetze durch die Förderung des Datenaustauschs in Echtzeit zugänglicher und nachhaltiger zu machen. Die Idee, die hinter der Schaffung von Energienetzen in Verbindung mit Blockchain steht, ist ziemlich einfach: Indem man den Verbrauchern die vollständige Kontrolle darüber gibt, woher sie ihre Energie beziehen, sowie über die Informationen, die hinter der Produktion selbst stehen, treibt man den Wettbewerb an und fördert nachhaltige Energie.

Verbraucher, die ein Smart-Grid verwenden, das auf Blockchains setzt, werden ihre Energieversorger vergleichen und direkt bei ihnen kaufen können. In Estland wurde mit einem mittels Blockchain betriebenen Smart Grid namens WePower getestet, wie gut ein auswahlgesteuerter Energiemarkt funktionieren könnte – indem es sich mit einem unabhängigen Energieversorger zusammenschließt, der seine Energiedaten in Echtzeit austauscht. Verbraucher, die beim Testen des Programms mithelfen, haben sich in das Netz eingekauft und Kredite erhalten, die sie für bestimmte Energiequellen ausgeben können, so dass sie ihre Wahl auf der Grundlage der Echtzeit-Energieerzeugung und der Preise ändern können.

Estlands gänzlich digitales Netz machte es WePower leicht, sein Blockchain-Projekt zu testen und es zur Förderung sauberer Energie zu nutzen. Nick Martyniuk, CEO von WePower, sagte gegenüber Wired, dass „Blockchain das nötige Vertrauen für den Datenaustausch schafft und für Liquidität und Verantwortlichkeit zwischen Energiekäufern und -produzenten sorgt: Sollte das Blockchain-basierte Stromnetz in Gang kommen und sich stärker durchsetzen, könnte es einen ganz neuen Markt für saubere Energie eröffnen“, meint Martyniuk weiter. „Auch wenn die Kosten für erneuerbare Energien deutlich gesunken sind, haben kleine und mittlere Unternehmen keine gute Möglichkeit, mit dem Kauf grüner Energie zu beginnen".

Eine Chance für saubere Energie

Ein intelligenteres Stromnetz, das den Verbrauchern transparente Energieentscheidungen ermöglicht, könnte zu einer stärkeren Integration sauberer Energie führen. Wie Yvo Hunink betont, werden billigere Energieformen, wie etwa erneuerbare Energien, bevorzugt werden und könnten dazu beitragen, saubere Energie zu einer Mainstream-Option zu machen. 

Ausgehend von Projekten in Indien veranschaulicht Hunink, wie ein Blockchain-gesteuertes Netz aussehen könnte: „Ein Biomassekraftwerk, das einem Bauern in ländlichen Gegenden Indiens gehört, könnte die Notstromversorgung aufnehmen, sobald das zentrale Netz ausfällt. Und das ganze zu einem Preis, der je nach der im System verfügbaren Restenergie dynamisch variieren kann. Wenn der Stromausfall tagsüber stattfindet, könnten auch viele Sonnenkollektoren die Last decken, doch nachts hat der Betreiber des Biomassekraftwerks eine bessere Möglichkeit, seine Energie zu einem höheren Preis zu verkaufen. Die Marktdynamik von Angebot und Nachfrage könnte in einer intelligenten Vertrags-Blockchain-Umgebung automatisch vertraglich geregelt werden.“

Die Dezentralisierung der Energiesysteme demokratisiert die Information und ermöglicht es dem Einzelnen, seine Entscheidungen auf der Grundlage besserer Informationen zu treffen. Als Instrument könnten intelligente Blockchain-Netze dazu beitragen, die Ungleichheit zu verringern und billigere, sauberere Energie sowohl für Gebiete mit entwickelten Stromnetzen als auch für Gebiete ohne Energiezugang bereitzustellen. Blockchain könnte eine der vielen Lösungen für eine langfristige Reduzierung der Kohlenstoffemissionen sein und zu einer nachhaltigen Entwicklung in der ganzen Welt beitragen. Um jedoch erfolgreich zu sein, erfordern Smart Grids eine gemeinsame Nutzung der Information – ein Schritt, den viele Unternehmen und Privatpersonen gleichermaßen abgelehnt haben. Blockchain wird jeden auf einer gemeinsamen Basis brauchen, um sein Potenzial als globales Werkzeug wirklich auszuschöpfen. Bis dahin werden Start-ups weiterhin Pionierarbeit in der Technologie leisten und kleinen Gemeinden und Entwicklungsländern helfen, die Verantwortung für die Revolution der sauberen Energie zu übernehmen.

Sicherheitsfragen, Chancen und Grenzen

Dieser Abschnitt geht auf die verschiedenen Angriffe ein, die in dem hier besprochenen Modell (Bitcoin-Blockchain im Allgemeinen) auftreten können. Die Intention des Angreifers besteht darin, das dezentralisierte Netzwerk zu stören. Dadurch werden Transaktionen manipuliert und unfaire Einnahmen erzielt.

Selfish Mining-Angriff 

2014 von Eyal und Sirer entdeckt, wurde dieser Angriff zu einem der am meisten erforschten Themen von Experten auf verschiedenen Gebieten. Der Selfish Mining-Angriff zeigt, dass Bitcoin nicht wie angenommen anreizkompatibel ist. Die Kernidee dieses Angriffs besteht darin, den Block so schnell wie möglich zu finden und den Block geheim zu halten. Dadurch ist er für das öffentliche Netzwerk nicht sichtbar und kann gespalten werden. Der Angreifer kann die Belohnung if 0≤α≤0.5 erhalten. Kürzlich zeigte Sapirshtein, dass die optimale Selfish Mining Strategie durch den Selfish Miner, der nur 0,23 der Mining-Kraft hat, die unfaire Belohnung erhalten kann. Der Selfish Miner verlässt sich völlig auf die Ressourcen, um einen Block zu finden. Darüber hinaus „überredet“ der Selfish Miner den rationalen Miner dazu, dem Selfish Mining Pool beizutreten. Im Pool gibt es nämlich vergleichsweise höhere Einnahmen.

Die Simulation dieses Angriffs lief zwischen dem ehrlichen Miner und dem unehrlichen Miner, um einen neuen Block im Blockchain-Netzwerk zu finden. Der ehrliche Miner folgt dem Bitcoin-Protokoll, während der unehrliche Miner das Selfish Mining Protokoll mit der Hash-Rate-Variante (Abbauleistung) nachahmt. Das Ziel des unehrlichen Miners ist es, den neuen Block zu entdecken, bis er zur längsten Kette wird. Schlussendlich will er nach der Veröffentlichung des Blocks seine Einnahmen erzielen. In unserer Umgebung arrangieren wir, dass die unehrlichen Miner innerhalb von 14 Tagen mit den ehrlichen Miner um die Lösung des Arbeitsnachweises und die Entdeckung des neuen Blocks konkurrieren. Das Maximum der Abbauleistung des unehrlichen Miners beträgt 0,4, und die Simulation lief 14 Tage lang zufällig von 0,0 bis 0,0.

Basierend auf dem Simulationsergebnis beziehen sich die Informationen auf die Blockhöhe der Transaktionen, die von den Parteien durchgeführt werden. Es werden 51 neue Blöcke im Blockchain-Netzwerk erfolgreich hinzugefügt, während der Transaktion gibt es vier verwaiste Blöcke. Die durchschnittliche Blockhöhenzeit beträgt 7,72 Minuten. Es gibt zwölf unehrliche Miner mit unterschiedlicher Mining-Leistung von 0,0 bis 0,4. Wir haben die maximale Anzahl auf 0,4 festgelegt, denn wenn der Angreifer in einem Pool über eine Mining-Leistung von 0,51 verfügt, dann ist es sicher, dass er das Netzwerk übernehmen kann. Sobald der unehrliche Miner 0,322 Mining-Leistung hat, reicht dies aus, um die ungerechtfertigten Einnahmen zu erhalten. Tatsächlich erlaubt ihm das, höhere Einnahmen als sonst möglich zu erzielen. Dies beweist, dass ein unehrlicher Miner nicht unbedingt 51 Prozent Mining-Leistung haben muss, um ein ungerechtfertigtes Einkommen zu erzielen.

Sybil-Angriff 

Dieser Angriff findet in der Peer-to-Peer-Struktur unseres Systems statt. Man kann sich den Sybil-Angriff als einen einzelnen Angreifer vorstellen, der mehrere Knoten in einem Peer-to-Peer-Netzwerk kontrolliert. Der Sybil-Angriff ist eine sehr ernste Bedrohung im Peer-to-Peer-Blockchain-System, wenn die Knoten die Informationen an die anderen Knoten im Blockchain Netzwerk weiterleiten. Daher wies Douceur darauf hin, dass der Sybil-Angriff in der Peer-to-Peer-Struktur ohne eine logisch zentralisierte Autorität immer möglich ist.

Eclipse-Angriff 

Er kann so beschrieben werden, dass der Angreifer die Kontrolle über ein Netzwerk erlangen kann. Mit der richtigen Manipulation eines Peer-to-Peer-Netzwerks kann der Gegner einen Knoten so verdunkeln, dass er nur noch mit dem Knoten des Angreifers kommuniziert. Kürzlich zeigten unter anderem Heilman, wie man Bitcoin über ein Blockchain System angreifen kann, indem man den Knoten im Blockchain Netzwerk manipuliert. Beispielsweise könnte der Angreifer über eine große Anzahl von IP-Adressen verfügen und eine große Anzahl von Rechnern steuern (zum Beispiel ein Botnetz). Der Gegner könnte ein Internet Service Provider (ISP) oder ein nationalstaatlicher Gegner sein. Bei der Verdunkelung wird der Blick des Opfers aus dem Blockchain-Netz geblendet. Darüber hinaus isoliert der Gegner den ehrlichen Knotenpunkt aus dem Blockchain-Netzwerk, indem er die Verbindung des Opfers monopolisiert.

Das Modell weist noch viele Mängel auf. Ebenso wenig geht es auf die Struktur des von Produzenten und Konsumenten genutzten intelligenten Netzes ein. Die Smart-Grid-Technologien sollen eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen den Parteien bei Handelsaktivitäten ermöglichen. Es ist eine Herausforderung für die Zukunft, eine saubere Energietransaktion für die Händler zu schaffen.

Schlussfolgerung

In diesem Beitrag wurde ein Architekturmodell für ein dezentrales Energiehandelssystem mit Blockchain-Technologie im Overlay-Netzwerk diskutiert. Die Blockchain-Struktur ermöglicht es den Parteien, die Energiehandelsaktivitäten unter den Nachbarn über das Smart Grid abzuwickeln. Mit entsprechender Ausrüstung erweist sich die Entwicklung dieses Modells als vielversprechend. So ermöglicht es eine bessere und transparente Energietransaktion mit vielen Optionen für die Händler. Die Struktur des Peer-to-Peer-Netzwerks in der Blockchain ist jedoch nach wie vor anfällig für Angriffe. Die Angreifer könnten das Netzwerk manipulieren, Hunderte von gefälschten Transaktionen ausgeben und unfaire Einnahmen erzielen. Für die künftige Arbeit müssen wir uns stärker auf die Entwicklung von Strategien zur Verhinderung von Angriffen konzentrieren, insbesondere in der Struktur des Overlay-Netzwerks. Aber auch Modelle wie das intelligente Netz, der Wechselrichter und der intelligente Zähler, müssen erforscht werden.