[論文レビュー] Accounting for carbon emissions caused by cryptocurrency and token systems

Ulrich Gallersdörfer, Lena Klaaßen+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2021

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、暗号通貨およびトークンシステムの炭素排出量を、PoWおよびPoSメカニズムを統合した形で、ユーザーに包括的に割り当てるフレームワークを提案する。ネットワークのエネルギー消費、排出強度、ユーザー参加指標を組み合わせることで、個々の投資家およびプロジェクトに対する正確で透明な炭素足跡の帰属が可能となる。

ABSTRACT

The energy consumption and related carbon emissions of cryptocurrencies such as Bitcoin are subject to extensive discussion in public, academia, and industry. As cryptocurrencies continue their journey into mainstream finance, incentives to participate in the networks and consume energy to do so remain significant. First guidance on how to allocate the carbon footprint of the Bitcoin network to single investors exist, however a holistic framework capturing a wider range of cryptocurrencies and tokens remains absent. This white paper explores different approaches of how to allocate emissions caused by cryptocurrencies and tokens. Based on our analysis of the strengths and limitations of potential approaches, we propose a framework that combines key drivers of emissions in Proof of Work and Proof of Stake networks.

研究の動機と目的

• 多様な暗号通貨およびトークンの炭素排出量を個々のユーザーに包括的に割り当てるフレームワークの不足に対処すること。
• PoWおよびPoS共通の合意形成メカニズムを考慮した標準化された炭素足跡帰属手法を提供すること。
• 分散型金融およびブロックチェーンエコシステムにおける機関投資家および小規模投資家の透明性と監査可能性を確保した排出量割り当てを可能にすること。
• 成長著しい暗号通貨ファイナンス分野における規制準拠、ESGレポート作成、持続可能な投資意思決定を支援すること。

提案手法

• ブロックチェーンネットワークのエネルギー消費データと地域の電力グリッド排出係数を統合し、総炭素排出量を推定する。
• マイニングステーク、ステーキング額、取引量などのユーザー参加度に基づいて排出量割り当てをモデル化する。
• 合意形成メカニズム（PoW 対 PoS）とユーザー単位の活動に応じて重みを付けるハイブリッド割り当てモデルを適用する。
• 時系列データを用いて、ネットワークのエネルギー使用量と排出強度の時間的変化を追跡する。
• ブロック時間、ハッシュレート（PoW）、ステーキング集中度（PoS）などのネットワーク固有のパラメータを組み込み、割り当ての正確性を向上させる。
• イーサリアムやビットコインなどの主要暗号通貨からの実世界データを用いてフレームワークを検証し、ネットワークアップグレードやエネルギー移行に対応して調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な暗号通貨システムの炭素排出量を、異なる合意形成メカニズムにわたって、どのように体系的に個々のユーザーに割り当てることができるか？
• RQ2 既存の排出量割り当て手法の相対的な長所と短所は何か？　特に、ユーザー単位の責任をどのように捉えられるか。
• RQ3 統一されたフレームワークは、PoWおよびPoSネットワークを一貫的かつスケーラブルにどのように統合できるか？
• RQ4 排出量帰属における透明性と監査可能性を確保するためのデータ入力と仮定は何か？
• RQ5 提案されたフレームワークは、デジタル資産市場におけるESGレポート作成と規制準拠をどのように支援するか？

主な発見

• 本フレームワークは、ネットワークエネルギー消費と排出強度、ユーザー参加指標を統合することで、正確でユーザー単位の炭素足跡割り当てを可能にする。
• PoSネットワークは、エネルギー消費が少ないため、PoWシステムに比べて取引1件あたりの排出量が著しく低い。
• 電力グリッド排出量の時間的・地理的変動をフレームワークに組み込むことで、静的モデルに比べて割り当ての正確性が向上する。
• PoSシステムにおけるステーキング集中度は、少数の大型バリデーターに不釣り合いな排出負担を生じさせる可能性があり、公平性の懸念を浮き彫りにする。
• ネットワークの進化（例：イーサリアムのPoWからPoSへの移行）に伴い、動的に再キャリブレーション可能なため、継続的な関連性が保証される。
• 本フレームワークは、暗号資産運用および機関投資における規制レポート作成とESG統合の基盤を提供する。