Proof of Work, Energia ed Ergo

Introduzione

La Proof of Work (PoW) è stata descritta nel white paper originale di Bitcoin come composta da due parti. La prima parte sono le firme digitali. La seconda parte è una rete peer-to-peer che hash i timestamp delle transazioni su una blockchain immutabile.

La sicurezza è una caratteristica della potenza di calcolo e della lunghezza della catena. Il white paper di Bitcoin la descrive in questo modo: “La catena più lunga non solo serve come prova della sequenza di eventi testimoniati, ma prova che proviene dal più grande pool di potenza CPU.” La dimensione del pool di mining e il lavoro svolto proteggono la blockchain da spese doppie.

La capitalizzazione di mercato di Bitcoin ha superato 1 miliardo di dollari il 27 marzo 2013 e ha successivamente superato 1 trilione di dollari il 19 febbraio 2021. Con un valore maggiore, aumentano le preoccupazioni per la sicurezza. Di conseguenza, la potenza di calcolo e l'uso di elettricità aumentano per proteggere la blockchain. Quanta energia è?

Consumo Energetico di Bitcoin

L'Indice di Consumo Elettrico di Bitcoin di Cambridge tiene traccia dell'uso di elettricità di Bitcoin. Dal lancio fino a febbraio 2022, Bitcoin ha utilizzato 320,34 terawattora (TWh) di elettricità. Considerando i prezzi dell'elettricità per varie regioni, i costi operativi del mining possono variare notevolmente. Un kilowattora (kWh) varia da $0,03 in Qatar a $0,37 in Germania.

Utilizzando i numeri sopra, la spesa elettrica di Bitcoin è compresa tra $30 milioni e $370 milioni per TWh. La spesa totale per l'elettricità è stata compresa tra $10,8 e $118,5 miliardi. I miner di Bitcoin tendono a operare in luoghi con elettricità meno costosa. Ad esempio, una località remota con abbondante energia idroelettrica è un buon luogo per il mining di Bitcoin. Quindi, i prezzi dell'elettricità in kWh sono probabilmente più vicini al limite inferiore dell'intervallo.

Nel 2021, Bitcoin ha consumato 86,36 TWh di elettricità. Di conseguenza, il costo per proteggere la blockchain di Bitcoin per l'anno è stato compreso tra $2,6 miliardi e $136,9 miliardi. Per comprendere la dimensione di questa quantità di elettricità, è utile confrontarla con qualcosa di simile.

Gli Stati Uniti producono oltre 4.000 miliardi di kilowattora (BkWh) di elettricità ogni anno. Un TWh è equivalente a BkWh, quindi considera questo fatto dell'Amministrazione per l'Informazione Energetica degli Stati Uniti:

“Il settore commerciale, che include edifici commerciali e istituzionali, e l'illuminazione pubblica di strade e autostrade, ha consumato circa 152 miliardi di kWh per l'illuminazione nel 2021, pari a circa l'11% del consumo totale di elettricità del settore commerciale e circa il 4% del consumo totale di elettricità degli Stati Uniti nel 2021.”

L'elettricità utilizzata per illuminare le strade pubbliche e le autostrade negli Stati Uniti è sprecata? I lampioni riducono il rischio di incidenti stradali e crimine. Tuttavia, i residenti urbani sono più disposti a pagare per i lampioni rispetto ai residenti rurali.

La ragione è chiara. I luoghi con una densità di popolazione più bassa hanno meno incidenti stradali e crimine. C'è molto meno bisogno di lampioni nelle aree rurali.

C'è una dinamica simile, ma opposta, in gioco con le criptovalute. Se una comunità ha già lampioni, eventuali modifiche a queste luci devono essere per qualcosa di migliore.

Vantaggi delle Blockchain

Alcuni arrivano addirittura a dire che Bitcoin è peggiore. Non ha valore. Eppure, Bitcoin ha una capitalizzazione di mercato di un trilione di dollari e gli utenti di Bitcoin pagano commissioni di transazione per utilizzare la blockchain. Per gli utenti di Bitcoin, ha valore.

Su alcuni parametri, Bitcoin è migliore dei sistemi esistenti. Le conferme delle transazioni di Bitcoin si risolvono in venti minuti. Le transazioni Automated Clearing House (ACH) sono trasferimenti di denaro elettronici da banca a banca che richiedono cinque giorni. Qual è il costo elettrico dei trasferimenti ACH? Se consideriamo i mainframe, gli sportelli automatici, i siti web, ecc., le banche sono più efficienti dal punto di vista energetico? Si potrebbe sostenere che vale la pena utilizzare più elettricità per tempi di transazione più rapidi? È difficile fare un confronto diretto, ma è plausibile affermare che Bitcoin è meno costoso, oltre a essere una scelta migliore.

Le blockchain portano anche nuove capacità. Con i contratti intelligenti, è possibile automatizzare parti dell'economia mondiale. Queste innovazioni valgono l'elettricità e altri costi del mining di Bitcoin e di altre blockchain PoW?

Efficienza Energetica

Una discussione importante attorno alle blockchain di proof of work riguarda l'efficienza. Possono i benefici della tecnologia blockchain essere sfruttati senza pagare un costo energetico così elevato?

Bitcoin è stato lanciato nel 2009 come prova di concetto. Le criptovalute funzionano, ma dobbiamo comprenderle meglio. Sebbene la ricerca sia in corso e le persone abbiano scoperto nuovi meccanismi di consenso, algoritmi e altri design di blockchain, è ancora un'industria emergente. I migliori usi e limiti di queste nuove capacità non sono ancora completamente realizzati.

Ad esempio, la Proof of Stake (PoS) è un meccanismo di consenso implementato per la prima volta nel 2012 in Peercoin. La PoS richiede la proprietà della valuta della blockchain per incentivare la sicurezza della blockchain. La PoS ha un'impronta energetica molto più bassa rispetto alla PoW, ma è sicura quanto la PoW? La risposta è sconosciuta e solo il tempo lo dirà. Si può sostenere che la PoW è più sicura perché i TWh di lavoro che sono stati eseguiti forniscono una garanzia di sicurezza che la PoS non ha.

Alcune persone credono che la PoS possa sostituire la PoW, ma la realtà è che modi diversi di fare le cose hanno diversi compromessi. La PoS e la PoW non sono la stessa cosa e una non è un sostituto diretto dell'altra.

Ci sono contratti intelligenti che potrebbero aver bisogno delle caratteristiche della PoW. Per altri, la velocità della PoS potrebbe essere una scelta migliore. Non c'è un modo giusto di fare le cose: problemi diversi richiedono soluzioni diverse.

Capacità di Ergo

Ogni blockchain ha caratteristiche uniche che derivano da diverse scelte di design. Su Ergo, le decisioni di design significative includono:

• Sigma Protocols: protocolli di prova di conoscenza efficienti e composabili necessari per creare alcuni tipi di dApps.
• Autolykos: algoritmo PoW con uso efficiente di elettricità. È ASIC resistant, il che migliora la decentralizzazione del mining.[1]
• eUTXO: l'output di transazione non speso esteso elimina la necessità di mantenere lo stato della blockchain. Consente anche la prevedibilità dei costi delle transazioni.
• Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work (NIPoPoW): un indice a una blockchain PoW che può verificare rapidamente transazioni individuali. Supporta client leggeri e alcune implementazioni di sidechain.
• Storage Rent: mantiene le monete in circolazione, riduce la dimensione della catena e incentiva i miner addebitando una piccola tassa per lo stoccaggio ogni quattro anni.

Ergo è una blockchain PoW progettata per essere più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a Bitcoin. Ma, quanta efficienza è sufficiente? Alcune caratteristiche, come il modello eUTXO, possono funzionare con una varietà di meccanismi di consenso, inclusi PoW e PoS.

Tuttavia, altre caratteristiche sono uniche per la PoW. Fino a che punto l'efficienza energetica dovrebbe essere una considerazione secondaria? Dovrebbero caratteristiche come NIPoPoWs, storage rent, ecc., essere scartate perché i costi energetici sono la considerazione più importante? Ogni decisione di design deve considerare i costi e i benefici dell'implementazione. La valutazione di ciascuno dipenderà da ciò che si valuta.

Conclusione

Le tecnologie blockchain rivoluzioneranno la gestione della catena di approvvigionamento, la verifica dell'identità e molte altre aree della vita moderna. È un nuovo paradigma informatico con un'importanza che rivaleggia con l'emergere di Internet a livello globale. Come Internet, evolverà in modi che attualmente non possiamo immaginare.

Bitcoin ha un ruolo da svolgere nell'ecosistema delle criptovalute nei prossimi decenni. Tuttavia, una blockchain PoW ancora più efficiente dal punto di vista energetico, come Ergo (che ha molte capacità aggiuntive), potrebbe trovare il giusto equilibrio tra utilizzo energetico e funzionalità che può rendere la PoW più efficiente, fornire funzionalità aggiuntive e superare alcune delle limitazioni di Bitcoin.

Ogni soluzione richiede una considerazione attenta dei suoi costi, benefici e rischi. Le blockchain sono un grande tendone. C'è spazio per tutti. Tuttavia, le NIPoPows PoW e le caratteristiche specifiche della catena come lo storage rent di Ergo offrono funzionalità uniche che valgono la spesa energetica extra per alcuni usi della blockchain.