Vai fotoniskās mikroshēmas var glābt Bitcoin?

abstraktu gaismas staru foto Rolands Larsons / Unsplash

Kad 2017. gada beigās plīsa Bitcoin burbulis, kriptovalūtas vērtība dažu dienu laikā nokritās no vairāk nekā 17 000 USD līdz mazāk nekā 7 000 USD. Pasaules ziņu atspoguļojums liecināja, ka valūtas bums šķita pēkšņi beidzies.

Bet, kad Bitcoin vērtība samazinājās, notika kaut kas dīvains. Bitkoinu radīšanas vai ieguves ātrums dramatiski palielinājās. Iemesls? Neskatoties uz vērtības kritumu, bitkoinu ieguve joprojām bija ārkārtīgi ienesīga. Citiem vārdiem sakot, ieguves izmaksas — aparatūras cena plus enerģija tās darbināšanai — joprojām bija mazākas par saražoto monētu vērtību.

Šis kalnrūpniecības uzplaukums turpinājās gandrīz gadu. Pēc tam 2018. gada novembrī Bitcoin vērtība atkal dramatiski kritās, šoreiz no aptuveni 6500 USD līdz mazāk nekā 3500 USD.

Tas izvilka paklāju no daudziem kalnračiem. Pēkšņi bitkoini vairs nebija pietiekami vērtīgi, lai segtu enerģijas izmaksas, un raktuves tika slēgtas. Pirmo reizi kriptovalūtas vēsturē ieguves ātrums sabruka, samazinoties no 60 eksa jaucējiem sekundē līdz tikai 35.

Ietekme bija ievērojama. Pirms tam ieguve bija ģeogrāfiski daudzveidīga, neļaujot vienai valstij vai reģionam nepamatoti ietekmēt. Tagad ieguve bija iespējama tikai tur, kur enerģija bija pietiekami lēta, lai gūtu peļņu — galvenokārt Ķīnas rietumos. Un Ķīna pastiprināja kriptovalūtu pārbaudi, slēdza biržas un aizliedza dažādas darbības.

Tas radīja eksistenciālus draudus Bitcoin. Kopš tā laika kriptovalūtas eksperti izmisīgi meklē risinājumu.

Pamatproblēma ir tāda, ka bitkoinu ieguve ir dārga skaitļošanas ziņā. Tas ir apzināts triks, lai padarītu kriptovalūtu drošu. Bet aprēķins ir energoietilpīgs. Un, pieaugot interesei par kriptovalūtu, ir palielinājies arī tās patērētās enerģijas daudzums.

Pēc dažām aplēsēm, bitkoinu ieguve pašlaik patērē vairāk nekā 75 teravatstundas gadā, kas ir vairāk nekā viss Austrijas elektroenerģijas patēriņš. Tas nav ilgtspējīgi, it īpaši, ja Bitcoin turpina eksponenciāli augt, kā cer kriptovalūtu kopiena. Tāpēc ir ļoti nepieciešams jauns veids, kā iegūt valūtu.

Ienāciet Maikls Dubrovskis bezpeļņas organizācijā PoWx, Māršals Balls Kolumbijas universitātē Ņujorkā un Bogdans Penkovskis Parīzes-Sakleja universitātē Francijā. Šie puiši ir nākuši klajā ar jaunu veidu, kā nodrošināt Bitcoin, kas ir skaitļošanas ziņā dārgs, bet daudz energoefektīvāks. Būtiski, ka viņi saka, ka tas ir saderīgs arī ar pašreizējām šifrēšanas sistēmām, un tāpēc to vajadzētu būt samērā vienkārši iekļaut turpmākajās Bitcoin iterācijās.

Viņu slepenā mērce ir vienkārša. Tā vietā, lai paļautos uz parastajiem datoriem, lai veiktu skaitļus, Dubrovksi un citi vēlas izmantot optiskos datorus. Viņi saka, ka šīs ierīces patērē ievērojami mazāk enerģijas un tādējādi būtiski mainīs bitcoin ieguves aprēķinus. Bet vai viņiem ir taisnība?

Vispirms nedaudz fona. Bitcoin pamatā ir decentralizēta virsgrāmata, kurā tiek reģistrēti visi ar valūtu saistītie darījumi. Tas nodrošina, ka neviena vienība nekontrolē valūtu.

Galvenā ideja ir tāda, ka virsgrāmatai jābūt drošai, lai ikviens varētu uzticēties tās saturam. Šī drošība tiek panākta, regulāri šifrējot virsgrāmatu, lai tās saturu nevarētu mainīt.

Tomēr šifrēšanas procesam ir jābūt īpašām īpašībām. Virsgrāmatai ir jābūt ārkārtīgi grūti šifrējamai, taču pēc šifrēšanas tai jābūt viegli pārbaudāmai.

Izrādās, ka ir matemātisko objektu kopa, ko sauc par slazddurvju funkcijām, kurām ir tieši šī īpašība. Patiešām, tos jau plaši izmanto, lai šifrētu visu, sākot no personīgajiem ziņojumiem līdz kredītkaršu darījumiem.

Šis šifrēšanas veids ir skaitļošanas ziņā dārgs — tam ir nepieciešami jaudīgi datori, kuru darbība ir dārga. Tātad Bitcoin ir vēl viena iezīme, kas ir bijusi tā panākumu atslēga. Ikviens, kurš veic šifrēšanas procesu — darba pierādījumu — tiek apbalvots ar jaunizveidotiem bitkoiniem.

Tāpēc šo procesu sauc par ieguvi. Pieaugot Bitcoin vērtībai, ir palielinājusies arī ieguves popularitāte.

Bet tam ir mīnuss. Aprēķins ir energoietilpīgs. Tāpēc kalnrači ir meklējuši dažādus veidus, kā samazināt izmaksas. Viens no jauninājumiem bija lietojumprogrammām raksturīgu integrēto shēmu — ASIC mikroshēmu — ieviešana, kas ir optimizētas vienam Bitcoin ieguves mērķim. Vēl viens mērķis bija atrast lētus enerģijas avotus.

Dubrovksi un kolēģi saka, ka optiskā skaitļošana maina šo aprēķinu. Tos iedvesmojusi pēdējo gadu straujā fotonisko mikroshēmu attīstība, kuras var aprēķināt ar daudz lielāku efektivitāti nekā silīcijs. Tehnoloģijas solījums ir piedāvāt par 2–3 pakāpēm labāku energoefektivitāti salīdzinājumā ar elektroniskajiem procesoriem, saka komanda.

Šim nolūkam Dubrovksy un co ir nākuši klajā ar pārskatītu šifrēšanas protokolu, ko sauc par HeavyHash, kas ir optimizēts fotoniskajiem datoriem. Tas nozīmē, ka vislabākos rezultātus var sasniegt, tikai izmantojot fotonisko procesoru, lai veiktu skaitļu kraukšķināšanu.

Šim optiskajam darba pierādījumam vajadzētu veicināt fotonisko mikroshēmu ieviešanu un tādējādi ievērojami samazināt Bitcoin enerģijas budžetu. Pētnieki saka, ka optiskā darba pierādījuma ieviešana palīdzēs paātrināt energoefektīvu fotonisko kopprocesoru izstrādi.

Kad enerģijas izmaksas vairs nav galvenais apsvērums, saka Dubrovskis un citi, aprēķinos dominēs aparatūras izmaksas. Un tas nodrošinās, ka kalnrači var strādāt rentabli vietās visā pasaulē, nevis tikai reģionos, kur enerģija ir lēta.

Vismaz tā ir teorija. Problēma ir tā, ka fotonisko mikroshēmu jaudas efektivitāte vēl nav skaidri noteikta. Piemēram, optiskie slēdži darbojas, mainot refrakcijas indeksu, un pašlaik tas tiek darīts ar maziem sildītājiem. Silīcija fotoniskās shēmas arī nedaudz atšķiras, un tās ir jākompensē ar mikrosildītājiem.

Šie sildītāji ievērojami palielina mikroshēmu jaudas budžetu veidos, ko ir grūti paredzēt. Patiešām, Dubrovksy un co skaidri neparedz enerģijas ietaupījumu, kas var būt (vai var nebūt) iespējams, izmantojot Bitcoin svarus. Tas apgrūtina darba optiskā pierādījuma efektivitātes novērtēšanu.

Pētnieki arī neparāda, kā darba optiskais pierādījums atrisinās problēmu, kas saistīta ar reģionālajām atšķirībām enerģijas izmaksās. Nākotnē aparatūras izmaksas visiem kalnračiem būs līdzīgas kā tagad. Tāpēc ilgtermiņā labākais veids, kā palielināt peļņu, joprojām būs lētu enerģijas avotu atrašana.

Tas neatšķiras no problēmas, ar kuru pašlaik saskaras Bitcoin. Tāpēc ir grūti izvairīties no secinājuma, ka šis energoefektīvās skaitļošanas veids tikai atliek neizbēgamo.

Atsauce: arxiv.org/abs/1911.05193 : Darba optiskais pierādījums

paslēpties