Dowód pracy, energia i Ergo

Wprowadzenie

Dowód pracy (PoW) został opisany w oryginalnym białym dokumencie Bitcoina white paper jako mający dwie części. Pierwsza część to podpisy cyfrowe. Druga część to sieć peer-to-peer hashing znaczników czasowych transakcji na niezmiennej blockchainie.

Bezpieczeństwo jest cechą mocy obliczeniowej i długości łańcucha. Biały dokument Bitcoina opisuje to w ten sposób: „Najdłuższy łańcuch nie tylko służy jako dowód sekwencji wydarzeń, ale także jako dowód, że pochodzi z największej puli mocy CPU.” Rozmiar puli wydobywczej i wykonana praca zabezpieczają blockchain przed podwójnym wydawaniem.

Kapitalizacja rynkowa Bitcoina przekroczyła 1 miliard dolarów 27 marca 2013 roku i od tego czasu przekroczyła 1 bilion dolarów 19 lutego 2021 roku. Wraz z większą wartością rosną obawy dotyczące bezpieczeństwa. W rezultacie moc obliczeniowa i zużycie energii wzrastają, aby zabezpieczyć blockchain. Ile energii to kosztuje?

Zużycie energii przez Bitcoina

Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index śledzi zużycie energii przez Bitcoina. Od uruchomienia do lutego 2022 roku Bitcoin zużył 320,34 terawatogodzin (TWh) energii. Biorąc pod uwagę ceny energii dla różnych regionów, koszty operacyjne wydobycia mogą się znacznie różnić. Kilowatogodzina (kWh) waha się od 0,03 USD w Katarze do 0,37 USD w Niemczech.

Używając powyższych danych, wydatki na energię Bitcoina wynoszą od 30 milionów do 370 milionów dolarów za TWh. Całkowite wydatki na energię wyniosły od 10,8 do 118,5 miliarda dolarów. Górnicy Bitcoina mają tendencję do działania w miejscach z tańszą energią. Na przykład, odległa lokalizacja z obfitym zasilaniem hydroelektrycznym jest dobrym miejscem do wydobycia Bitcoina. Dlatego ceny energii kWh są prawdopodobnie bliższe dolnemu końcowi przedziału.

W 2021 roku Bitcoin zużył 86,36 TWh energii. W konsekwencji koszt zabezpieczenia blockchaina Bitcoina w tym roku wyniósł od 2,6 miliarda do 136,9 miliarda dolarów. Aby zrozumieć wielkość tej ilości energii, pomocne jest porównanie jej z czymś podobnym.

Stany Zjednoczone produkują ponad 4 000 miliardów kilowatogodzin (BkWh) energii każdego roku. TWh jest równy BkWh, więc rozważ ten fakt z U.S. Energy Information Administration:

„Sektor komercyjny, który obejmuje budynki komercyjne i instytucjonalne oraz oświetlenie ulic i autostrad, zużył około 152 miliardy kWh na oświetlenie w 2021 roku, co stanowi około 11% całkowitego zużycia energii w sektorze komercyjnym i około 4% całkowitego zużycia energii w USA w 2021 roku.”

Czy energia używana do oświetlania publicznych ulic i autostrad w Stanach Zjednoczonych jest marnotrawiona? Latarnie uliczne zmniejszają ryzyko wypadków drogowych i przestępczości. Jednak mieszkańcy miast są bardziej skłonni płacić za latarnie uliczne niż mieszkańcy obszarów wiejskich.

Powód jest jasny. Miejsca o niższej gęstości zaludnienia mają mniej wypadków drogowych i przestępczości. W obszarach wiejskich potrzeba latarni ulicznych jest znacznie mniejsza.

W przypadku kryptowalut występuje podobna, ale przeciwna dynamika. Jeśli społeczność już ma latarnie uliczne, wszelkie zmiany w tych latarniach muszą być na coś lepszego.

Zalety blockchainów

Niektórzy idą nawet tak daleko, aby powiedzieć, że Bitcoin jest gorszy. Nie ma wartości. Mimo to Bitcoin ma kapitalizację rynkową wynoszącą bilion dolarów, a użytkownicy Bitcoina płacą opłaty transakcyjne za korzystanie z blockchaina. Dla użytkowników Bitcoina ma on wartość.

W niektórych metrykach Bitcoin jest lepszy od istniejących systemów. Potwierdzenia transakcji Bitcoin odbywają się w dwadzieścia minut. Transakcje Automated Clearing House (ACH) to elektroniczne przelewy bankowe, które zajmują pięć dni. Jaki jest koszt energii przelewów ACH? Jeśli uwzględnimy mainframe'y, bankomaty, strony internetowe itp., czy banki są bardziej energooszczędne? Czy można argumentować, że warto używać więcej energii dla szybszych czasów transakcji? Trudno jest dokonać bezpośredniego porównania, ale można z całą pewnością stwierdzić, że Bitcoin jest tańszy, a także lepszą opcją.

Blockchainy wprowadzają również nowe możliwości. Dzięki inteligentnym kontraktom możliwe jest zautomatyzowanie części światowej gospodarki. Czy te innowacje są warte energii i innych kosztów wydobycia Bitcoina i innych blockchainów PoW?

Efektywność energetyczna

Ważna dyskusja dotycząca blockchainów opartych na dowodzie pracy dotyczy efektywności. Czy korzyści z technologii blockchain mogą być wykorzystane bez ponoszenia tak wysokich kosztów energetycznych?

Bitcoin został uruchomiony w 2009 roku jako dowód koncepcji. Kryptowaluty działają, ale musimy je lepiej zrozumieć. Chociaż badania są w toku, a ludzie odkryli nowe mechanizmy konsensusu, algorytmy i inne projekty blockchain, jest to wciąż rozwijająca się branża. Najlepsze zastosowania i ograniczenia tych nowych możliwości nie zostały jeszcze w pełni zrealizowane.

Na przykład, Proof of Stake (PoS) to mechanizm konsensusu po raz pierwszy wdrożony w 2012 roku w Peercoin. PoS wymaga posiadania waluty blockchaina, aby zachęcić do zabezpieczenia blockchaina. PoS ma znacznie mniejszy ślad energetyczny niż PoW, ale czy jest tak samo bezpieczny jak PoW? Odpowiedź jest nieznana i tylko czas pokaże. Można argumentować, że PoW jest bardziej bezpieczny, ponieważ TWh pracy, która została wykonana, zapewnia gwarancję bezpieczeństwa, której PoS nie ma.

Niektórzy ludzie wierzą, że PoS może zastąpić PoW, ale rzeczywistość jest taka, że różne sposoby działania mają różne kompromisy. PoS i PoW nie są tym samym i jeden nie jest bezpośrednim zamiennikiem drugiego.

Są inteligentne kontrakty, które mogą potrzebować cech PoW. Dla innych szybkość PoS może być lepszym dopasowaniem. Nie ma jednego właściwego sposobu działania - różne problemy wymagają różnych rozwiązań.

Możliwości Ergo

Każdy blockchain ma unikalne cechy wynikające z różnych wyborów projektowych. W Ergo istotne decyzje projektowe obejmują:

• Sigma Protocols: Efektywne i kompozytowe protokoły dowodu wiedzy, które są niezbędne do tworzenia niektórych rodzajów dApps.
• Autolykos: Algorytm PoW z efektywnym wykorzystaniem energii. Jest odporny na ASIC, co poprawia decentralizację wydobycia.[1]
• eUTXO: Rozszerzony niezużyty wynik transakcji eliminuje potrzebę utrzymywania stanu blockchaina. Umożliwia również przewidywalność kosztów transakcji.
• Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work (NIPoPoW): Indeks do blockchaina PoW, który może szybko weryfikować pojedyncze transakcje. Wspiera lekkie klienty i niektóre implementacje sidechain.
• Storage Rent: Utrzymuje monety w obiegu, zmniejsza rozmiar łańcucha i zachęca górników, pobierając niewielką opłatę za przechowywanie co cztery lata.

Ergo jest blockchainem PoW zaprojektowanym tak, aby był bardziej energooszczędny niż Bitcoin. Ale jak dużo efektywności jest wystarczające? Niektóre cechy, takie jak model eUTXO, mogą działać z różnymi mechanizmami konsensusu, w tym PoW i PoS.

Jednak inne cechy są unikalne dla PoW. W jakim stopniu efektywność energetyczna powinna być drugorzędnym rozważaniem? Czy cechy takie jak NIPoPoWs, czynsz za przechowywanie itp. powinny być odrzucane, ponieważ koszty energii są najważniejszym rozważaniem? Każda decyzja projektowa musi uwzględniać koszty i korzyści wdrożenia. Ocena będzie zależała od tego, co się ceni.

Wnioski

Technologie blockchainowe zrewolucjonizują zarządzanie łańcuchem dostaw, weryfikację tożsamości i wiele innych obszarów współczesnego życia. To nowy paradygmat obliczeniowy o znaczeniu porównywalnym z rozwojem globalnego Internetu. Podobnie jak Internet, będzie ewoluować w sposób, którego obecnie nie możemy sobie wyobrazić.

Bitcoin ma rolę do odegrania w ekosystemie kryptowalut w nadchodzących dziesięcioleciach. Jednak jeszcze bardziej energooszczędny blockchain PoW, taki jak Ergo (który ma wiele dodatkowych możliwości), może znaleźć odpowiednią równowagę między zużyciem energii a funkcjonalnością, co może uczynić PoW bardziej efektywnym, zapewnić dodatkowe funkcje i wyjść poza niektóre ograniczenia Bitcoina.

Każde rozwiązanie wymaga starannego rozważenia jego kosztów, korzyści i ryzyk. Blockchainy to duży namiot. Jest miejsce dla każdego. Jednak PoW NIPoPows i cechy specyficzne dla łańcucha, takie jak czynsz za przechowywanie Ergo, oferują unikalną funkcjonalność, która jest warta dodatkowego wydatku energetycznego dla niektórych zastosowań blockchain.