Потребление Биткойн-энергии
Одной из основных проблем, с которыми сталкивается биткойн, является потребление энергии. Чтобы достичь и поддерживать универсальное состояние, сеть Биткойн требует от своих пользователей создавать узлы, через которые они вносят энергию, программное обеспечение и оборудование. В обмен на их усилия сеть вознаграждает их, распределяя новые единицы собственной цифровой валюты сети. Этот процесс называется майнингом.
Понимание Proof-of-Work
Чтобы понять энергетические требования сети Биткойн, важно сначала понять согласованный алгоритм, который он использует. В распределенных сетях, таких как Биткойн и другие открытые регистры, сторонам требуется механизм, с помощью которого они могут общаться и соглашаться проверять транзакции, отправленные по сети. Этот аппарат называется механизмом консенсуса.
Proof-of-Work (POW) - это алгоритм консенсуса, используемый в сети Биткойн. Это также самый популярный и широко используемый механизм консенсуса в среде цифровых валют.
Многие ошибочно полагают, что Proof-of-Work - это изобретение создателя Биткойна Сатоши Накамото. Тем не менее, военнопленный был впервые описан дуэтом ученых в 1993 году. Синтия Дворк и Мони Наор в своей статье под названием «Ценообразование посредством обработки или борьбы с нежелательной почтой, достижения в криптологии» описывают устройство, с помощью которого пользователи должны будут вычислить сложную задачу, прежде чем получить доступ к определенному ресурсу. В их контексте Dwork и Naor стремились бороться с растущей проблемой спам-почты в первые дни сообщений, отправляемых через Интернет.
В то время как это не было успешным как крупномасштабное средство защиты от спама, аппарат, описанный учеными, набрал обороты в определенных кругах. Важно отметить, что этот механизм не назывался Proof-of-Work до тех пор, пока Маркус Якобссон и Ari Juels в своей статье «Proofs of Work and Hread Pudding Protocols » 1999 года не внесли этот термин в публичный словарь.
В статье Юлс и Якобссон постулировали стандартизированное определение механизма военнопленных. Они также отметили, что уже есть ряд примеров использования механизма в компьютерной системе.
В документе говорится : «Напротив, в доказательстве работы, доказатель демонстрирует, что она выполнила определенное количество вычислительной работы в указанный интервал времени. Доказательства работы послужили основой ряда протоколов безопасности в литературе, но до сих пор не хватало тщательной характеристики ».
POW работает, требуя от пользователей использовать вычислительную мощность своих машин для вычисления сложных математических задач. Чем эффективнее алгоритм POW, тем сложнее в вычислительном отношении его основной алгоритм. В криптографии и математике вычислительная сложность относится к проблеме, которую трудно решить. Согласованное определение - это «проблема, которая не может быть эффективно решена», где эффективно это аллюзия на полиномиальное время.
Военнопленный является наиболее широко используемым алгоритмом консенсуса в мире цифровых валют. Криптографические соображения, которые поддерживают механизм, чтобы гарантировать, что он является эффективным инструментом для управления двойными потребностями безопасности и управления в распределенной системе.
Алгоритмы шифрования
Хотя мы установили, что Накамото не был изобретателем механизмов военнопленных, он был первым, кто объединил его с распределенной бухгалтерской книгой для поддержки одноранговой сети платежей.
В официальном документе о биткойнах Накамото объяснил: «Мы предлагаем решение проблемы двойных расходов с использованием одноранговой сети. Сетевые временные метки транзакций путём хеширования их в непрерывную цепочку основанных на хэше доказательств работы, формируя запись, которую нельзя изменить, не восстанавливая доказательство работы. Самая длинная цепочка не только служит подтверждением последовательности событий, но и доказательством того, что она произошла из самого большого пула мощности процессора ».
Как упоминает Накамото, в сети Биткойн POW выполняет двойную задачу. Он защищает сеть, поскольку не позволяет тем, кто использует сеть, совершать двойные траты или любые другие вредоносные действия, одновременно обеспечивая архитектурную среду, которая поддерживает создание неизменяемой записи событий.
Для любой распределенной системы достижение универсального состояния является серьезной проблемой. Централизованные системы, такие как глобальный финансовый рынок, решают эту проблему, перенося ответственность за поддержание актуальной версии истории на одну сторону. Хотя этот подход имеет свои преимущества, он сопряжен со всеми проблемами, присущими любой модели, основанной на доверии.
Децентрализованные системы, такие как Биткойн, решают проблему, требуя от своих пользователей как создавать, так и сохранять историю. Децентрализация необходима в контексте криптовалюты, поскольку она обеспечивает безопасность сети. Если сеть зависит от одной стороны для действия, то у нее также есть единственная точка отказа.
Накамото упреждающе гарантировал, что подобный сценарий не будет возможен для Биткойн, поскольку он гарантировал, что каждый пользователь будет иметь доступ ко всей истории транзакций в сети. Когда пользователь подключается к сети Биткойн и создает узел, он должен сначала синхронизироваться со всей цепочкой блоков, тем самым загружая весь регистр. Только после этой точки узел может изменить регистр, добавив новые транзакции в блоки. Это стало возможным благодаря комбинации меток времени и алгоритма военнопленного.
Более того, в сочетании с цифровыми подписями POW предоставляет механизм, благодаря которому сеть может оставаться защищенной от злоумышленников в сети. Управление действиями независимых сторон является еще одной проблемой, с которой сталкиваются распределенные системы. Как и в обычном обществе, у каждой партии есть свои убеждения и соображения, которые определяют их действия. Таким образом, в распределенной сети задача состоит в том, чтобы спроектировать сеть, которая стимулирует группу работать согласованно.
В криптоэкономике это достигается за счет тонкого баланса стимулов и наказаний. Военнопленный с любопытством работает как оба. Будучи жестко закодированным в его дизайн, будет существовать только 21 миллион BTC. Новые единицы цифровой валюты вступают в обращение в процессе майнинга. Именно здесь узлы предоставляют свои вычислительные возможности для проверки транзакций, отправляемых по сети, и в обмен на это они получают право на вознаграждение за блок. Только участвуя в сети в качестве майнера, партия может получить право на вознаграждение за блок. Таким образом, таким образом, те, кто в сети, работают вместе, чтобы защитить сеть, хотя и с учетом своих собственных эгоистичных соображений.
Наконец, военнопленный является мощным средством сдерживания злонамеренных действий. В сети Биткойн есть два класса сторон, майнер и пользователь. Однако, как мы показали выше, майнеры заинтересованы в том, чтобы они работали в соответствии с правилами сети, если они хотят получить награду за блок. Поскольку каждое действие требует значительных вычислительных ресурсов, прежде чем оно может быть добавлено в цепочку блоков, пользователи вряд ли будут заниматься такими действиями, как двойные расходы.
Как упоминалось ранее, POW является наиболее широко используемым механизмом консенсуса, поскольку он считается одним из самых надежных, долговечных и надежных алгоритмов. Благодаря использованию в самой ценной в мире цифровой валюте, он зарекомендовал себя и занимает почетное место в алгоритмах консенсуса. Другие известные криптовалюты, которые используют POW, включают Litecoin, Dash и Bitcoin Cash.
Недостатки
Хотя POW очень эффективен в защите сетей, он не без проблем. Возможно, наибольшую озабоченность вызывает огромное энергопотребление, связанное с механизмом. В первые дни энергопотребление сети Биткойн было небольшим. Однако по мере роста базы пользователей росли и потребности в энергии. Это побочный продукт дизайна. По мере того как сеть и размер регистра увеличиваются, необходимо тратить больше энергии на загрузку и синхронизацию регистра, а также на проверку транзакций.
POW подвергся критике, потому что ряд небольших сетей, использующих этот алгоритм, стал жертвой 51-процентной атаки.
Что такое атака 51%?
Атака в 51 процент относится к злонамеренному событию, когда большая часть майнеров вступает в сговор с целью захвата сети. Объединяя свои вычислительные ресурсы, группа может затем внести поправки в бухгалтерскую книгу и совершить двойные расходы, украсть единицы криптовалюты или иным образом сделать бухгалтерскую книгу ненадежной.
В первые годы существования криптовалюты многие полагали, что 51% атак были только теоретическими и неосуществимыми с финансовой точки зрения. Однако ряд цифровых валют, каждая из которых отличается недостаточной децентрализацией, стала жертвой вектора атаки.
Кроме того, угроза этого вектора атаки возрастает по мере того, как ASIC продолжают развертываться. ASIC способствуют централизации несколькими способами. Во-первых, знания, необходимые для проектирования и изготовления этих машин, не всегда доступны. В настоящее время большинство находящихся в обращении ASIC производятся в Китае. Некоторые критики считают, что это уже составляет централизацию. Однако более опасной централизацией является тот факт, что ASIC стоят дорого и доступны только тем, кто может заплатить высокую премию.
В результате, только крупные майнеры или люди с высоким уровнем дохода могут получить доступ к ASIC. Между тем обычный пользователь, вооруженный только центральным процессором (CPU) или графическим процессором (GPU), больше не может эффективно участвовать в сети.
Сколько энергии потребляет сеть Биткойн?
Согласно Digiconomist , сеть Биткойн потребляет 73,12 ТВт-ч электроэнергии в год. Для справки, это та же сумма, которую спонсирует европейская страна Австрия ежегодно.
роме того, проверка транзакций, отправленных по сети Биткойн, приводит к выбросу 34,73 млн. Тонн диоксида углерода (CO2) . CO2 является одним из наиболее распространенных парниковых газов и является важной метрикой для оценки углеродного следа конкретного предприятия. Для справки: средний годовой углеродный след сети Биткойн сопоставим с таковым в Дании. Наконец, электронные отходы, созданные биткойнами и их пользователями, достигают 9,96 тыс. Т, что сродни стоимости образования электронных отходов в Люксембурге.
Чтобы лучше понять огромное давление, которое сеть Биткойн оказывает на глобальные энергоресурсы, может лучше рассмотреть показатели для одной транзакции, отправленной по сети Биткойн.
Углеродный след одной транзакции составляет 292,92 кг CO2. Само по себе значение не кажется значительным, но когда проводится сравнение, выявляется, что этот выброс CO2 эквивалентен углеродному следу 732 291 транзакции VISA . Наблюдение за 48 819 часами работы YouTube приведет к образованию аналогичного количества CO2.
Одна транзакция, отправленная по сети Биткойн, потребляет 616,67 кВтч электроэнергии. Электроэнергия, затраченная на трансляцию и проверку только одной транзакции в биткойнах, может питать среднестатистическую американскую семью в течение периода, превышающего двадцать дней.
Наконец, электронные отходы, возникающие в результате одной транзакции, составляют 84,00 грамма, что по весу аналогично 1,29 батареям размера «С» или 1,83 мяча для гольфа.
Что важно отметить для сети Биткойн, так это то, что потребление энергии связано с количеством транзакций пользователей по сети, а также со стоимостью цифровой валюты. Это означает, что если цена биткойна будет расти, мы с большей вероятностью станем свидетелями увеличения количества энергии, расходуемой сетью.
Эта особенность по своему замыслу частично контролируется алгоритмом настройки сложности, встроенным в протокол Биткойн. Сеть Биткойн предназначена для адаптации к изменяющейся динамике пользователей, чтобы поддерживать относительное равновесие с точки зрения сложности майнинга. Однако это также имеет побочный эффект на количество энергии, необходимое для успешной проверки транзакции. Чем больше людей подключено к сети, тем выше скорость хэширования. Чем выше скорость хэширования, тем больше энергии требуется.
Кристофер Бендиксен, руководитель отдела исследований в CoinShares, blockchain и цифровые валютные аналитики фирмы объяснили корреляцию с указанием :
«Мы принципиально не знаем, насколько высока будет цена на биткойны. Если цена биткойна возрастет в 10 раз, можно ожидать, что энергопотребление сети также увеличится в 10 раз ».
Другими словами, энергопотребление биткойнов и других блокчейнов на базе военнопленных увеличивается по мере роста цены в прямой пропорции.
«Потребление биткойнов» - это первая часть нашей серии, в которой мы под микроскопом анализируем энергопотребление блокчейнов.
Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, как только следующая часть будет опубликована!