Kan bevis på innsats eliminere Bitcoins energikostnader?

• Bitcoin på Proof-of-Stake? 

Bitcoin har et energiproblem. Takket være myntens bevis på arbeidsdistribuert konsensusalgoritme, skaper Bitcoin-gruvedrift et massivt karbonavtrykk. Gruvearbeidere bruker anslagsvis 29.05 TWh strøm årlig. Det er 0.13 % av verdens årlige energiforbruk, som er mer enn 159 land inkludert nesten hele Afrika.

Sammen med gruvedriftens konkurransedyktige natur er Bitcoins eksponentielle vekst i stor grad skylden for dette voldsomme energiforbruket. Mainstream offentlig oppmerksomhet og en boom i transaksjonsvolum har bare forverret problemet, som Bitcoin Energy Consumption Index anslår at gruvekraftutgiftene økte med 29.98 % fra oktober til november. 

Med denne eksponentielle hastigheten har kryptovalutaens meteoriske stigning det i fart å forbruke mer energi enn hele USA innen 2019.  

De medvirkende faktorene

For å riktig diagnostisere grunnårsaken til denne energikrisen, må vi grave i forholdet mellom Bitcoins nettverksvekst og gruvemekanikken.

Under Bitcoins proof of work-modell konkurrerer gruvearbeidere med hverandre for å sikre en distribuert konsensus (midlene som Bitcoin sirkulerer) på blokkjeden. Gruvearbeidere forplikter datakraften sin til å verifisere transaksjonene som sendes gjennom nettverket.  

For å gjøre det, løser datamaskinene krypteringsoppgavene som sikrer hver transaksjon, og når de er løst, lagrer de dem som hashes i blokkene på den offentlige hovedboken. Den første gruvearbeideren som fullfører den gjeldende blokken mottar en blokkbelønning i Bitcoin.

Som du kan se på bildet, motiverer den konkurransedyktige karakteren til bevis for arbeid gruvearbeidere til å bruke så mye prosessorkraft til blokkjeden som mulig. Jo kraftigere gruveriggen din, desto raskere kan du løse transaksjonskrypteringene, og jo mer sannsynlig er det at du fullfører en blokk og mottar belønningene.

Tilbake i Bitcoins barndom pleide det å være slik at du kunne gruve deg pålitelig med et grafikkort eller en avansert datamaskinprosessor. Men de dagene er for lengst forbi. Etter hvert som flere gruvearbeidere hoppet på Bitcoin-saustoget, ble mer sofistikert gruveprogramvare utviklet for å gi gruvearbeidere en fordel. Dette maskinvarevåpenkappløpet kulminerte i applikasjonsspesifikk integrert krets (ASIC) gruvedrift. I TLDR-termer er ASIC-gruvearbeidere prosessorer som er mer effektive og kraftige enn CPUer eller GPUer.

Og de la de opprinnelige gruveprosedyrene i støvet. Seriøst, hvis du prøvde å konkurrere med ASIC-gruverigger ved å bruke datamaskinen eller grafikkortet, ville det være som å prøve å vinne Monaco Grand Prix med en Vespa.  

Selv en enkelt ASIC er ikke nok til konkurrere med gruvebassengene i den store ligaen. De største gruvekooperativene rigger opp hundrevis av ASIC-er for å lage massive prosessorpooler. For å forbli konkurransedyktige med andre gruvearbeidere, vil disse bassengene legge til maskinvare til riggene deres for å øke den totale hashing-kraften (output).

Du ser sikkert hvor dette går. Gruverigger krever åpenbart strøm, og jo hardere de må jobbe, jo mer strøm bruker de. Som sådan fører bevis på arbeidets konkurranseinsentiver alltid til en eksponentiell økning i energiforbruket.

Og dette inkluderer ikke engang vanskelighetsøkninger. Hver 2,016 blokker gjennomgår Bitcoin en vanskelighetsjustering. Denne justeringen er ment å skalere blokkvanskeligheter for å matche hashhastigheter for gruvedrift, slik at ingen gruvearbeider løser algoritmer for raskt, og suger opp alle blokkbelønningene i prosessen. Hva dette betyr er imidlertid at jo flere gruvearbeidere det er på nettverket, desto vanskeligere blir det å løse de krypterte algoritmene etter hver justering. Dette vil også bety at gruverigger må jobbe hardere for å holde seg konkurransedyktige, og dermed forbruke enda mer kraft.

Begynner du å få bildet? Jo flere folk kjøper seg inn i Bitcoin, jo flere gruvearbeidere vil bli tiltrukket av valutaen for verdivurderingen.  Med flere gruvearbeidere kommer mer energiforbruk for å drive konkurranse, og med et voksende nettverk vil hver vanskelighetsjustering bare forverre energiforbruket ved å få gruvearbeidere til å jobbe hardere.

Nå som vi har fått det ut av veien, la oss snu dette problemet på hodet og se på en potensiell løsning.

Bitcoin på Proof-of-Stake? 

Bevis på innsats er en alternativ algoritme for å nå en blokkjedes distribuerte konsensus.  It kom på banen i 2012, med Peercoin, NXT og BlackCoin som de viktigste tidlige brukerne.

Ingen gruvearbeidere eksisterer under proof of stake-modellen. I stedet erstattes de med validatorer (eller falsknere) som har ansvaret for å validere transaksjoner. Vanligvis satser validatorer en viss mengde bevis på innsatsvaluta i blokkjedens kjernelommebok.  

Den valutaens nettverk kan deretter deterministisk velge dem for å konstruere neste blokk. Utvelgelsesmekanismen varierer etter algoritme, da den kan velges tilfeldig eller basert på en kombinasjon av variabler, for eksempel total formue og hvor lang tid den har blitt satset.

Det er viktig å merke seg at bevis på innsats ikke gir noen blokkbelønninger, kun transaksjonsgebyrer, så teoretisk sett gir ikke modellen den samme konkurranseimpulsen som arbeidsbevissystemet. Selv om du kanskje mottar hyppigere valg og høyere transaksjonsgebyrer jo mer du har satset, prøver du ikke å slå noen som du ville vært med Bitcoin.

Med bevis på innsats trenger du bare nok energi til å drive en blokkjedes kjerneprogramvare. Du trenger ikke å kaste bort energi på en ASIC og et kryptografisk hashingprogram. For å gå tilbake til racing-analogien, er det beslektet med å bli tildelt en pris for å starte bilen din i stedet for å bruke den til å rase. Du venter i kø ved startporten for deltakerpokalen din, og du trenger ikke å bekymre deg for å kaste bort den ekstra gassen for å fullføre løpet raskere enn dine medkonkurrenter.  

I et nøtteskall, bevis på innsats reduserer energibruken betydelig. Ikke bare bruker det et mindre energikrevende program, men validatorer trenger ikke å gå opp mot hverandre for å forbli levedyktige, slik gruvearbeidere gjør under et bevis på arbeidskonsensus. De mottar ikke blokkbelønninger, men de trenger heller ikke å møte de uhyrlige energikostnadene som gruvearbeidere står overfor. Hvis vi veier bevis på innsatsens transaksjonsgebyrer uten betydelige driftskostnader, kommer det ut sammenlignbart med bevis på arbeidets belønning mot kostnadene, spesielt for de som ikke kan vedlikeholde dyre gruverigger.

Siste tanker: Vil Bitcoin på bevis på innsats noensinne skje?

I mai 2017 avduket Vitalik Buterin planer om å overføre Ethereum-blokkjeden til en algoritme for bevis på innsats kalt Casper.  

Roman på den tiden, Proof-of-Stakes lansering på den nest største kryptoaktiva var en enorm støtte for bevis-av-innsats-systemet; og økosystemet har i stor grad skiftet mot PoS.

Bevis på innsats kan meget vel være fremtiden for blockchain. Ethereums endring indikerer like mye som Vitalik Buterin ser verdien i mekanismens fordeler når de utnytter Bitcoins ulemper.

Bitcoins energikrise er en av de første virkelig betydelige prøvelsene som kryptovalutaen står overfor når den marsjerer mot offentlig fremtreden. Fallgruver og hindringer som disse er å forvente i en slik begynnende teknologi, men det er samfunnets ansvar for å tilpasse seg disse prøvelsene. Det er ingen grunn til å tro at bevis på arbeidets mangler bør kompromittere vår tro på Satoshi Nakamotos skapelse – snarere tvert imot. Hvis vi ønsker å se Bitcoin lykkes, må vi være årvåkne i vår kritikk og proaktive med våre løsninger, for slik det er nå, er Bitcoin på vei til å bli uholdbar i nær fremtid.

Kanskje bevis på innsats kan avverge Bitcoin fra selvsabotasje. Hvis Ethereums algoritme-endring betyr noe, bør det være et klart signal til kryptosamfunnet om at bevis på arbeid ikke kan vedvare i sin nåværende tilstand.  

Spørsmålet er, vil markedet tilpasse seg?