Доказательство работы, энергия и Ergo

Введение

Доказательство работы (PoW) было описано в оригинальной белой книге Bitcoin как состоящее из двух частей. Первая часть — это цифровые подписи. Вторая часть — это пиринговая сеть, хеширующая временные метки транзакций на неизменяемом блокчейне.

Безопасность является функцией вычислительной мощности и длины цепочки. В белой книге Bitcoin это описывается так: "Самая длинная цепочка служит не только доказательством последовательности событий, но и доказательством того, что она пришла из самого большого пула вычислительной мощности CPU." Размер пула майнинга и выполненная работа защищают блокчейн от двойных расходов.

Рыночная капитализация Bitcoin превысила 1 миллиард долларов 27 марта 2013 года и с тех пор превысила 1 триллион долларов 19 февраля 2021 года. С увеличением стоимости возрастает и обеспокоенность по поводу безопасности. В результате вычислительная мощность и потребление электроэнергии увеличиваются для защиты блокчейна. Сколько энергии это составляет?

Потребление энергии Bitcoin

Индекс потребления электроэнергии Bitcoin Кембриджского университета отслеживает использование электроэнергии Bitcoin. С момента запуска до февраля 2022 года Bitcoin использовал 320,34 тераватт-часов (TWh) электроэнергии. Учитывая цены на электроэнергию для различных регионов, операционные расходы на майнинг могут сильно варьироваться. Киловатт-час (kWh) колеблется от 0,03 доллара в Катаре до 0,37 доллара в Германии.

Используя приведенные выше данные, расходы на электроэнергию Bitcoin составляют от 30 миллионов до 370 миллионов долларов за TWh. Общие расходы на электроэнергию составили от 10,8 до 118,5 миллиарда долларов. Майнеры Bitcoin, как правило, работают в местах с более дешевой электроэнергией. Например, удаленное место с обильной гидроэлектрической энергией является хорошим местом для майнинга Bitcoin. Таким образом, цены на электроэнергию в kWh, вероятно, ближе к нижнему пределу диапазона.

В 2021 году Bitcoin потребил 86,36 TWh электроэнергии. В результате стоимость защиты блокчейна Bitcoin за год составила от 2,6 до 136,9 миллиарда долларов. Чтобы понять размер этого количества электроэнергии, полезно сравнить его с чем-то подобным.

Соединенные Штаты производят более 4,000 миллиардов киловатт-часов (BkWh) электроэнергии каждый год. Один TWh равен BkWh, поэтому рассмотрим этот факт из Управления энергетической информации США:

"Коммерческий сектор, который включает в себя коммерческие и институциональные здания, а также уличное и дорожное освещение, потребил около 152 миллиардов kWh на освещение в 2021 году, что составляет около 11% от общего потребления электроэнергии коммерческого сектора и около 4% от общего потребления электроэнергии в США в 2021 году."

Является ли электроэнергия, используемая для освещения общественных улиц и шоссе в Соединенных Штатах, потраченной впустую? Уличные фонари снижают риск дорожно-транспортных происшествий и преступности. Но городские жители более склонны платить за уличные фонари, чем сельские жители.

Причина ясна. В местах с низкой плотностью населения происходит меньше дорожно-транспортных происшествий и преступлений. В сельских районах необходимость в уличных фонарях значительно меньше.

Существует аналогичная, но противоположная динамика в криптовалютах. Если в сообществе уже есть уличные фонари, любые изменения в этих фонарях должны быть направлены на что-то лучшее.

Преимущества блокчейнов

Некоторые даже утверждают, что Bitcoin хуже. У него нет ценности. Тем не менее, у Bitcoin есть триллионовая рыночная капитализация, и пользователи Bitcoin платят комиссии за транзакции для использования блокчейна. Для пользователей Bitcoin он имеет ценность.

По некоторым показателям Bitcoin лучше существующих систем. Подтверждения транзакций Bitcoin завершаются за двадцать минут. Автоматизированные клиринговые палаты (ACH) — это электронные переводы денег между банками, которые занимают пять дней. Какова стоимость электроэнергии ACH-переводов? Если учесть мейнфреймы, банкоматы, веб-сайты и т. д., являются ли банки более энергоэффективными? Можно ли утверждать, что стоит использовать больше электроэнергии для более быстрых транзакций? Сравнить это сложно, но можно утверждать, что Bitcoin менее затратен, а также является лучшим вариантом.

Блокчейны также приносят новые возможности. С помощью смарт-контрактов можно автоматизировать части мировой экономики. Стоят ли эти инновации электроэнергии и других расходов на майнинг Bitcoin и других PoW блокчейнов?

Энергоэффективность

Важное обсуждение вокруг блокчейнов с доказательством работы касается эффективности. Можно ли использовать преимущества технологии блокчейна, не оплачивая такие высокие затраты на энергию?

Bitcoin был запущен в 2009 году как доказательство концепции. Криптовалюты работают, но нам нужно лучше их понять. Хотя исследования продолжаются и люди открывают новые механизмы консенсуса, алгоритмы и другие конструкции блокчейна, это все еще развивающаяся отрасль. Лучшие способы использования и ограничения этих новых возможностей еще не полностью осознаны.

Например, Доказательство доли (PoS) — это механизм консенсуса, впервые реализованный в 2012 году в Peercoin. PoS требует владения валютой блокчейна для стимулирования защиты блокчейна. PoS имеет гораздо меньший углеродный след, чем PoW, но так ли он безопасен, как PoW? Ответ неизвестен, и только время покажет. Можно утверждать, что PoW более безопасен, потому что TWh работы, которая была выполнена, предоставляет гарантию безопасности, которой нет у PoS.

Некоторые люди считают, что PoS может заменить PoW, но реальность такова, что разные способы выполнения задач имеют разные компромиссы. PoS и PoW не одно и то же, и один не является заменой для другого.

Существуют смарт-контракты, которые могут нуждаться в функциях PoW. Для других скорость PoS может быть более подходящей. Нет единственно правильного способа делать вещи — разные проблемы требуют разных решений.

Возможности Ergo

Каждый блокчейн имеет уникальные характеристики, которые являются результатом различных проектных решений. В Ergo значительные проектные решения включают:

• Sigma Protocols: Эффективные и компонуемые протоколы доказательства знания, необходимые для создания некоторых видов децентрализованных приложений (dApps).
• Autolykos: Алгоритм PoW с эффективным использованием электроэнергии. Он устойчив к ASIC, что улучшает децентрализацию майнинга.[1]
• eUTXO: Расширенный выход непотраченной транзакции устраняет необходимость поддерживать состояние блокчейна. Он также позволяет предсказать стоимость транзакций.
• Неперсонализированные доказательства работы (NIPoPoW): Индекс для PoW блокчейна, который может быстро проверять отдельные транзакции. Он поддерживает легкие клиенты и некоторые реализации сайдчейнов.
• Аренда хранилища: Поддерживает монеты в обращении, уменьшает размер цепочки и стимулирует майнеров, взимая небольшую плату за хранение каждые четыре года.

Ergo — это блокчейн PoW, разработанный для более эффективного использования энергии, чем Bitcoin. Но насколько эффективным должно быть это использование? Некоторые функции, такие как модель eUTXO, могут работать с различными механизмами консенсуса, включая PoW и PoS.

Тем не менее, другие функции уникальны для PoW. В какой степени энергоэффективность должна быть второстепенным соображением? Должны ли такие функции, как NIPoPoW, аренда хранилища и т. д., быть отвергнуты, потому что затраты на энергию являются самым важным соображением? Каждое проектное решение должно учитывать затраты и выгоды реализации. Оценка будет зависеть от того, что ценит человек.

Заключение

Технологии блокчейна собираются революционизировать управление цепочками поставок, проверку личности и многие другие области современной жизни. Это новая вычислительная парадигма, важность которой сопоставима с ростом глобального Интернета. Как и Интернет, он будет развиваться так, как мы сейчас не можем себе представить.

Bitcoin сыграет свою роль в экосистеме криптовалют в ближайшие десятилетия. Однако еще более энергоэффективный блокчейн PoW, такой как Ergo (который имеет множество дополнительных возможностей), может найти правильный баланс между использованием энергии и функциональностью, что может сделать PoW более эффективным, предоставить дополнительные функции и преодолеть некоторые ограничения Bitcoin.

Каждое решение требует тщательного рассмотрения его затрат, выгод и рисков. Блокчейны — это большая палатка. Здесь есть место для всех. Однако PoW NIPoPows и цепочечно-специфические функции, такие как аренда хранилища Ergo, предлагают уникальную функциональность, которая стоит дополнительных затрат на энергию для некоторых применений блокчейна.