شاخص مصرف انرژی در شبکه بیت کوین

توسط مرتضی جوان فروردین ۲۵, ۱۳۹۷ بلاکچین یک دیدگاه

مکانیزم اعتبار سنجی و اجماع در شبکه بیت کوین بر اساس الگوریتمی به نام اثبات کار (PoW) عمل میکند. بر اساس این الگوریتم، ماشین های عضو شبکه انرژی زیادی را برای انجام “کار” صرف میکنند. شاخص انرژی بیت کوین (BECI) برای بدست آمدن یک دید کلی از این میزان انرژی که در سطح شبکه مصرف میشود ارایه شده است. این شاخص شامل تجمیع دو ارز بیت کوین و بیت کوین کش می باشد و دیگر فورک های انجام شده در نظر گرفته نشده است. شاخص دیگری نیز برای شبکه اتریم ایجاد شده است که در مقاله دیگری به آن پرداخته شده است.

در شبکه بیت کوین چه نوع کاری انجام میشود؟

تقریبا هر ۱۰ دقیقه، مجموعه ای از تراکنش های جدید به شبکه زنجیره بلوکی بیت کوین توسط ماینرها اضافه میشود. به دلیل اینکه نودهای حاضر در شبکه به همدیگر اعتماد ندارند، اعتماد تنها بر اساس کد بیت کوین برقرار میشود. این کد شامل چندین قاعده جهت اعتبارسنجی تراکنش های جدید است. برای مثال یک تراکنش تنها زمانی معتبر است که توسط مالک آن ایجاد شده باشد. هر ماینر به تنهایی تراکنش هایی که با قواعد از پیش مشخص شده سازگاری داشته باشد را تایید میکند و بنابراین نیازی ندارد به دیگر ماینرها اعتماد کند.

نکته ای که وجود دارد این است که همه ماینرها باید بر روی یک تاریخچه یکسان از تراکنش ها اتفاق نظر داشته باشند. هر ماینر بصورت مداوم کار آماده سازی مجموعه بعدی تراکنش ها که باید به زنجیره بلوکی اضافه شود را انجام میدهد و بر اساس قواعد شبکه تنها یکی از این بلاکها انتخاب می شود تا آخرین بلاک در زنجیره باشد. در یک شبکه توزیع شده این انتخاب کار آسانی نیست و این جایی است که الگوریتم اثبات کار مورد استفاده قرار میگرد.

در الگوریتم اثبات کار، بلاک بعدی که انتخاب میشود متعلق به اولین ماینری خواهد بود که بتواند آن را اعتبارسنجی کند. بر اساس پروتکل بیت کوین اعتبار سنجی بلاک برای ماینرها کار سختی است و به همین دلیل احتمال اینکه بیش از یک ماینر بتوانند کار اعتبار سنجی را همزمان با هم به اتمام برسانند بسیار کم است. همچنین میزان سختی کار بصورت دوره ای به گونه ای تنظیم می شود که همه ماینرهای موجود در شبکه بطور متوسط هر ۱۰ دقیقه کار اعتبار سنجی یک بلاک را به اتمام برسانند. به محض اینکه یکی از آنها موفق شود، بقیه شبکه را مطلع میکند و ماینرهای دیگر میتوانند صحت این ادعا را بر اساس قواعد از پیش تعیین شده ارزیابی کنند. به همین ترتیب کار بر روی بلاک های بعدی ادامه پیدا میکند و ماینری که موفق به اعتبارسنجی هر بلاک شده باشد پاداشی را از طرف شبکه دریافت میکند.

فرآیند تولید یک بلاک معتبر بر اساس حجم زیادی عملیات صحیح و خطا است به این ترتیب که ماینرها در هر ثانیه تلاش بسیاری برای یافتند کلید اعتبارسنجی هر بلاک (که به آن nonce گفته میشود) بر اساس محاسبه تابع هش صرف میکنند. به همین دلیل عملیات ماینینگ مشابه یک قرعه کشی می ماند که باید بارها تلاش کرد تا شاید عدد دلخواه شما حاصل شود. به این عملیاتی که در هر ثانیه انجام میشود در شبکه بیت کوین hashrate گفته میشود که به معنای تعداد محاسبه تابع هش در یک ثانیه است.

پاداشی که برای ماینینگ مستمر بلاکها به ماینرها داده میشود، مشوقی است که مردم در سراسر دنیا به ماینینگ بیت کوین بپردازند. پس از آنجایی که این عملیات میتواند جریان درآمدی ایجاد کند، مردم علاقه مند خواهد بود که ماشین های قدرتمندتری برای تملک بخشی از آن بکار بگیرند که در نتیجه آن برق و انرژی بیشتری مصرف خواهد شد. افزایش قیمت بیت کوین باعث مشارکت بیشتر مردم در نگهداری شبکه و در نتیجه افزایش شدید مصرف انرژی شده است. به استناد گزارش منتشر شده از طرف آژانس بین المللی انرژي، اگر شبکه بیت کوین را یک کشور در نظر بگیریم، جایگاه آن بصورت زیر خواهد بود:

علاوه بر گزارش فوق، شبکه بیت کوین را میتوان با بعضی از کشورهای پر مصرف نیز بصورت زیر مقایسه کرد:

جای پای کربن:

بزرگترین مشکل شبکه بیت کوین تنها مصرف انرژی زیاد آن نیست، بلکه مشکل این است که شبکه توسط نیروگاه هایی تغذیه میشود (خصوصا در کشور چین) که بر اساس سوخت فسیلی کار میکنند. تولید برق مبتنی بر سوخت فسیلی با هزینه بسیار پایینی در چین امکان پذیر است. بنابراین جای پای کربن به ازای هر تراکنش بیت کوین بسیار بالا است.(یک کیلوگرم دی اکسید کربن به ازای هر یک کیلووات ساعت)

مقایسه مصرف انرژی بیت کوین با دیگر سامانه های پرداخت

مصرف انرژی بیت کوین را میتوان با دیگر سامانه های پرداخت مثل ویزا مقایسه کرد. بر اساس گزارش ویزا، این شرکت در مجموع کلیه واحدهای عملیاتی خود در سطح دنیا حدود ۷۰۰ هزار گیگاژول از منابع مختلف انرژی مصرف میکند. این میزان معادل مصرف برق حدود ۱۷۰۰۰ خانوار می باشد. همچنین در نظر داشته باشید که شرکت ویزا حدود ۱۱۱٫۲ میلیارد تراکنش را در سال ۲۰۱۷ پردازش کرده است. با توجه به اینکه هر تراکنش در بیتکوین حدود ۸۲۴ کیلووات ساعت انرژی مصرف میکند، با کمک این اعداد میتوان مشاهده کرد که هر تراکنش در شبکه بیت کوین معادل حدود ۱۰۰ هزار تراکنش در شبکه ویزا انرژی مصرف میکند. البته در نظر داشته باشید که در این مقایسه میزان مصرف انرژی در دفاتر شرکت ویزا در نظر گرفته نشده است.

راهکارهای دیگر اجماع

الگوریتم اثبات کار اولین الگوریتم اجماع بود که در ایجاد شبکه های مبتنی بر زنجیره بلوکی مورد استفاده قرار گرفت، اما این تنها الگوریتمی نیست که میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. هم اکنون الگوریتم های کارآمد دیگری نظیر اثبات سهم (PoS) توسعه داده شده اند که در آن صاحبان سکه های دیجیتال خودشان در نقش ماینرها عمل میکنند و نیاز به انجام کار توسط ماشین های دیگر نیست، به همین دلیل مصرف انرژی در مقایسه با الگوریتم اثبات کار بسیار ناچیز خواهد بود. شبکه بیت کوین بصورت بالقوه میتواند به الگوریتم اثبات سهم سوئیچ کند تا کارآیی آن از نظر انرژی بهبود یابد، البته مشکلی که وجود دارد این است که نسخه های مختلفی از الگوریتم اثبات سهم ارائه شده است ولی هنوز هیچکدام بصورت کامل کارآیی خودشان را ثابت نکرده اند. با این حال امید است که در آینده این اتفاق بیفتد.

روشهای محاسبه مصرف انرژی

مدل محاسباتی که در شاخص BECI مورد استفاده قرار گرفته است بر اساس تخصیص نسبتی از درآمد حاصل از شبکه به هزینه های عملیاتی نظیر برق می باشد (حدود ۶۰ درصد) که البته مورد انتقاد برخی دیگر از محققان قرار گرفته است. روشهای دیگری برای محاسبه مصرف انرژی شبکه بیت کوین نیز مطرح شده است. مثلا بر اساس مجموع توان hashrate شبکه که البته لازم است فرضیات مناسب با تبدیل این توان به انرژی معادل صورت گرفته باشد. معمولا بر حسب طراحی مرکز داده، ۳۰ تا ۴۰ درصد انرژی بیشتر برای خنک سازی مورد نیاز است. در هر صورت این مدل ها میتوانند تقریب هایی از میزان مصرف انرژی در شبکه بیت کوین برای آینده ارایه دهند. نمونه ای از این پیش بینی بر اساس دو مدل مختلف در زیر ارایه شده است: