El consumo de energía de IOTA 2.0

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Eficiencia energética continuada con los nuevos componentes del protocolo

TL;DR:
Las pruebas realizadas en el prototipo de IOTA 2.0 sin Coordinador (Coordinator) muestran de forma concluyente reducciones significativas en el consumo de energía para la emisión de mensajes y una continuación del bajo consumo energético general de la red, lo que convierte a IOTA en una de las tecnologías de ledger distribuido (DLT) más ecológicas y sostenibles. Una red GoShimmer de 450 nodos Raspberry Pi con una carga de red constante de 50mps sólo consumiría alrededor del 43,30% de la energía anual consumida por una persona, y consumiría el 0,000009% del consumo de energía anual actualmente estimado de la red Bitcoin.
El elevado consumo de energía de los ledgers distribuidos basados en la prueba de trabajo (PoW) se ha convertido en una importante preocupación medioambiental. En el momento de escribir este artículo, se calcula que la red Bitcoin consume 204,5 TWh al año, lo que equivale aproximadamente al consumo anual de electricidad de Sudáfrica, que es de 202 TWh. Construida sobre una arquitectura de Grafos Acíclicos Dirigidos (DAG), la DLT de IOTA implementará un novedoso algoritmo de control de acceso que evita el PoW y, por tanto, requiere menos energía. Sin embargo, con los próximos cambios en el protocolo de IOTA 2.0, las afirmaciones sobre eficiencia energética tendrán que estar continuamente respaldadas por nuevas investigaciones.
Eso es precisamente lo que el equipo de investigación de IOTA ha completado recientemente, y estamos publicando un nuevo informe que detalla los últimos hallazgos sobre el consumo de energía del prototipo de IOTA 2.0.

Nuestro estudio

El prototipo de software de nodo que está probando las aguas de IOTA 2.0 sin Coordinador se llama GoShimmer. Para medir el consumo de energía de una red privada GoShimmer, realizamos varias pruebas en una Raspberry Pi 4B, que es un ordenador pequeño y de baja potencia.
Figure 1: Raspberry Pi device
Figura 1: Dispositivo Raspberry Pi
Nuestros resultados revelan que alimentar una sola transacción en el próximo prototipo de IOTA 2.0 requiere menos energía que encender una luz festiva durante un segundo.
Esta es una de las sorprendentes implicaciones de la nueva investigación sobre las optimizaciones de ahorro de energía que incluye el prototipo IOTA 2.0. En concreto, la investigación descubre que al simular la eliminación de Proof of Work (PoW) como método de protección contra el spam de la red con el Algoritmo de Control de Congestión de IOTA (ICCA), el consumo de energía necesario para emitir un mensaje en GoShimmer mejora significativamente.
Los resultados de las pruebas realizadas con GoShimmer muestran que el consumo de energía de una sola transacción de datos en un nodo con una actividad de red de 50 mensajes por segundo (mps) es de sólo 0,00678 julios. Un julio equivale a un vatio-segundo, que es la energía necesaria para iluminar la luz de un árbol de Navidad durante un segundo. Un julio es también la cantidad de energía cinética que se obtiene al dejar caer un tomate desde una altura de aproximadamente un metro. La siguiente tabla muestra los resultados de las dos principales métricas de consumo de energía en comparación con el funcionamiento de un LED de 1W durante un segundo.
Figura 2 – Comparación de las métricas de consumo energético de GoShimmer
Hay que tener en cuenta que cuando se comparan las métricas de energía por mensaje y por nodo, también hay que tener en cuenta el consumo de energía del dispositivo de hardware en el que se ejecutan los nodos. Un mensaje no puede ser procesado sin el necesario consumo de energía del hardware. Por ejemplo, la tabla anterior muestra que la Raspberry Pi consume un poco más de 2W, lo que sigue siendo muy bajo.
El bajo consumo de energía del prototipo IOTA 2.0 se pone de manifiesto también en nuestros cálculos, que muestran que una hipotética red IOTA formada por 450 nodos Raspberry Pi trabajando a una carga de red constante de 50 mps sólo consumiría alrededor del 43,30% del consumo anual de energía de un individuo medio en Alemania (donde se realizaron las pruebas).
Figura 3 – Comparación de GoShimmer con el consumo per cápita
Desde otro punto de vista, pero igualmente alentador, la misma red hipotética sólo consumiría el 0,000009% del consumo de energía anual de la red Bitcoin estimado actualmente, que es de 204,5 TWh en el momento de escribir estas líneas.
La reciente actualización Chrysalis del protocolo IOTA trajo consigo mejoras en el consumo de energía del protocolo. Para confirmar que IOTA 2.0 seguirá siendo eficiente energéticamente en comparación con Chrysalis, hemos realizado varias pruebas.
Estas pruebas estudian un escenario en el que no hay PoW en IOTA 2.0. Nuestros resultados muestran que el consumo de energía necesario para procesar una transacción de datos a un rendimiento de 50 mps es de 0,00678 julios, lo que supone un 99,83% menos que la energía consumida al emitir una transacción con PoW en Chrysalis, la actualización más reciente de IOTA (que consume 4.025 [J] por transacción, como se muestra en la Tabla 1). A continuación se muestra una comparación de los resultados con la anterior evaluación comparativa de Chrysalis.
Cuadro 1 – Comparación del consumo de energía por mensaje
Al comparar GoShimmer con Chrysalis con PoW, observamos una drástica reducción de la energía consumida al emitir una transacción. Sin embargo, el nivel de consumo de energía al procesar un mensaje es mayor en GoShimmer como se ve en la columna de Chrysalis sin PoW. Esto puede explicarse por los nuevos módulos relacionados con el consenso y otros componentes de GoShimmer. Anteriormente, el consenso en la red Chrysalis se consigue cuando un mensaje es referenciado por un mensaje de hito del Coordinador. Con la eliminación del Coordinador en GoShimmer, ahora hay procesos más complejos que pueden requerir más energía.
La reducción en el consumo de energía para emitir un mensaje al comparar GoShimmer con Chrysalis es particularmente significativa en redes pequeñas, mientras que para redes muy grandes y la dificultad actual de PoW, el consumo de energía en Chrysalis puede ser menor que en GoShimmer.  Consideremos una red de 100 nodos: cuando un nodo emite un mensaje, éste debe ser procesado también 99 veces por los nodos receptores aunque sólo tenga que ser emitido una vez. En consecuencia, el consumo de energía necesario para procesar un mensaje en redes más grandes puede anular cualquier reducción de la energía necesaria para emitir el mensaje. Además del tamaño de la red, el consumo energético global de una red también depende del hardware que se utilice. De hecho, la mayoría de los nodos de la red principal de IOTA se ejecutan en servidores de proveedores de centros de datos, mientras que se considera que los nodos de nuestra red hipotética se ejecutan en ordenadores Raspberry Pi de bajo consumo. En consecuencia, debe entenderse que el estudio sólo proporciona una impresión de la escala de consumo de energía a la que funcionará IOTA 2.0.
Para ver qué efecto tiene la mejora en el consumo de energía para la emisión de un mensaje en el consumo de energía global, comparamos la red GoShimmer utilizada anteriormente con una red Chrysalis con los mismos parámetros, como se muestra en el siguiente gráfico.
Figura 4 – Comparación entre GoShimmer y Chrysalis
El gráfico muestra un escenario con 450 nodos a un rendimiento de 50 mps, en el que las dos redes consumen aproximadamente la misma energía. Este ejemplo pone de manifiesto el efecto mencionado anteriormente, en el que la mejora en el consumo de energía de la emisión de un mensaje se vuelve insignificante en las redes más grandes. Aunque esto pueda parecer decepcionante a primera vista, estos resultados son en realidad una gran noticia, porque demuestra que, a pesar de que GoShimmer ha aumentado su complejidad debido a los nuevos componentes del protocolo, ¡sigue consumiendo aproximadamente la misma energía que Chrysalis! Además, el código del prototipo todavía tiene que experimentar mejoras similares a las actuales actualizaciones del software del nodo de la red principal que se produjeron con Chrysalis. Por lo tanto, la solución IOTA 2.0 tiene espacio adicional para mejorar la eficiencia energética. Además, es posible que la dificultad del PoW en Chrysalis tenga que ser aumentada si la red es objeto de ataques de spam, aumentando así la energía consumida.
En general, los resultados son una gran noticia, ya que la red principal de IOTA actual muestra una cantidad de nodos y una actividad de red similares a los valores utilizados en los cálculos de la red hipotética de IOTA. Además, GoShimmer es un prototipo de investigación, y aún puede ser optimizado para mejorar su eficiencia. Esto proporciona una perspectiva optimista para el futuro, ya que podemos esperar nuevas mejoras en el consumo de energía de IOTA.

Una DLT más ecológica

Estos hallazgos son una buena noticia para cualquiera que esté preocupado por el impacto medioambiental de blockchain y otras DLT. Y la gente tiene razón al preocuparse por los ledger distribuidos que utilizan la Prueba de Trabajo (PoW) como mecanismo de consenso: se sabe que estos sistemas contribuyen en gran medida a los problemas medioambientales, ya que consumen inmensas cantidades de energía y producen muchos residuos electrónicos. Especialmente dada la urgencia del cambio climático, debemos reevaluar el consumo de energía y la eficiencia de los productos y servicios que sustentan nuestra vida cotidiana, incluyendo, cada vez más, la DLT.
Con la publicación de nuestra nueva investigación sobre el prototipo IOTA 2.0, destacamos que, debido a su bajo uso de energía, IOTA 2.0 tiene un impacto medioambiental mínimo. Esto demuestra que, a diferencia de las DLT que utilizan PoW, ciertas DLT pueden ayudar a alcanzar objetivos climáticos cuando se utilizan como parte de soluciones de sostenibilidad digital.
Por ejemplo, la Fundación IOTA colabora con un ecosistema global de socios para investigar y desarrollar tecnologías sostenibles para su uso en la industria, el comercio, la movilidad, las ciudades inteligentes, etc. Algunos ejemplos son Digital MRV, una colaboración con ClimateCHECK para digitalizar la medición, la presentación de informes y la verificación del rendimiento de la sostenibilidad, y el Trade Logistics Information Pipeline (TLIP) en cooperación con TradeMark East Africa, que mejora los medios de vida de los comerciantes de África Oriental mediante la creación de una infraestructura digital para el intercambio de datos en los procesos transfronterizos.
Es esencial que las soluciones digitales para la sostenibilidad, como el MRV digital y el TLIP, no tengan por sí mismas un elevado consumo de energía. Debido a su ligereza y eficiencia energética, la DLT de IOTA es ideal para esta tarea.

Perspectivas e investigación futura

Disponer de datos energéticos actualizados para la futura actualización del protocolo IOTA 2.0 confirma que IOTA sigue teniendo un bajo impacto medioambiental gracias a su bajo uso de energía. Creemos que la transparencia en las métricas de consumo de energía es vital, ya que permite a los reguladores, instituciones e inversores tomar decisiones más informadas sobre el sector DLT. También esperamos que, al compartir públicamente nuestro perfil de consumo de energía, motivemos a otros proyectos a realizar sus propios análisis de consumo energético.
A medida que la tecnología IOTA avanza, también debería hacerlo la investigación sobre su impacto medioambiental. Por lo tanto, los resultados actuales no deben considerarse como el destino final de la investigación sobre el consumo energético de IOTA 2.0. La investigación futura puede centrarse en proporcionar una cifra anual precisa que muestre el consumo de energía de la red principal de IOTA, lo que sería beneficioso para las comparaciones con otros protocolos. Además, un análisis de GoShimmer y su consumo de energía servirá para publicar actualizaciones sobre las cifras presentadas en esta entrada del blog.

Si está interesado en obtener información más detallada sobre la investigación, lea el informe completo aquí. Para mantenerse al día con las últimas novedades del equipo de investigación de IOTA, visite la página de investigación en el recién lanzado foro de Gobernanza de IOTA.


Post original: https://blog.iota.org/energy-consumption-of-iota-2-0/

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