Arbeitsnachweis wirksam

Hallo Habr! Ich präsentiere Ihnen die Übersetzung des Artikels „PoW is Efficient“ von Dan Held.

Eintrag

Die meisten Menschen denken, dass die für Proof-of-Work (PoW) aufgewendete Energie verschwendet wird. In diesem Artikel werde ich erklären, warum alles auf Energie basiert, einschließlich Geld. Und auch, warum die Bewertung des Energieverbrauchs subjektiv ist und wie die Energiekosten für PoW mit anderen Systemen verglichen werden können. Dieser Artikel enthält die Gedanken vieler Leute aus dem Bereich der Kryptowährungen, ich habe einfach alles zusammengetragen.

Arbeit besteht aus Energie

Die Idee, dass Energie für die Arbeit benötigt wird, kam vom französischen Mathematiker Gaspard-Gustav de Coriolis. In jenen Tagen wurde die Arbeit vollständig von Menschen ausgeführt. Der Treibstoff für die Arbeit war Essen.

Vor ungefähr einer Million Jahren machte ein Mann Feuer. Infolgedessen nahm die Menge an Energie zu, die einer Person zur Verfügung stand, und jetzt konnte sich eine Person mit Hilfe von Feuer aufwärmen, und zwar nicht nur dank des verzehrten Essens. Somit hat diese zusätzliche Energie das Leben der Menschheit verbessert.

Vor einigen tausend Jahren stieg der menschliche Energieverbrauch aufgrund der Domestizierung von Tieren noch weiter an. Tiere erledigten die Arbeit für den Menschen. Die Tiere benötigten auch viel Futter, was auch zur weiteren Entwicklung beitrug.

In den letzten hundert Jahren hat der Mensch Autos gebaut. Maschinen erledigten die Arbeit, indem sie zuerst die Energie von Wasser und Wind nutzten und anschließend billigere Energiequellen wie Kohle und Gas verwendeten. Derzeit wird nukleare und thermonukleare Energie verwendet. Sowohl Maschinen als auch Natur erledigen die Arbeit durch den Einsatz von Energie. Die Wirtschaft basiert nicht auf Geld, sondern auf Arbeit und Energie.

Alles in unserem Leben hängt eng mit den Energiekosten zusammen. Wasserreinigung benötigt Energie. Der Warentransport erfordert Energie. Die Herstellung von Waren erfordert Energie. Kochen braucht Energie. Kühl- und Gefrierschränke benötigen Energie. In einem freien Markt hängt der Preis eines Produkts weitgehend von der Menge an Energie ab, die für seine Herstellung aufgewendet wird. Da der Markt Mindestpreise für Waren stimuliert, wird auch die zur Energieerzeugung verwendete Energiemenge minimiert.

Welt-BIP (laut US-Landwirtschaftsministerium) im Vergleich zum weltweiten Energieverbrauch (laut BP-Bericht für 2014):



Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erwogen die Branchenführer Henry Ford und Thomas Addison, Gold oder den Dollar durch einen „Energiedollar“ oder eine „Energieeinheit“ (Energiewährung) zu ersetzen. Die Idee war beliebt, weil eine solche Währung die Merkmale von Geld hatte: ein klar definiertes Maß für die Abrechnung, leicht zu messen, aber schwer zu fälschen, Teilbarkeit in kleinere Teile und Austauschbarkeit (jede Einheit entspricht jeder anderen Einheit). Es gab jedoch Nachteile - es war schwierig, Energiegeld zu transferieren und zu speichern.

Am allermeisten möchte ich, was schwer zu bekommen ist - Mark Twain

Schneller Vorlauf zum 31. Oktober 2008 - Satoshi hat einen Artikel über Bitcoin veröffentlicht. Die PoW-Methode wurde ursprünglich zur Bekämpfung von Spam erfunden. Dann passte Satoshi diese Technologie für den Einsatz in elektronischem Geld an. Beim Bergbau werden spezielle Maschinen (ASICs) verwendet, um Strom in Bitcoins umzuwandeln (als Belohnung für einen abgebauten Block). Maschinen führen ständig Hashing-Operationen (Annahmen / Stimmen) durch, bis sie eine Lösung für das kryptografische Problem finden. Für die gefundene Lösung wird eine Belohnung in Bitcoins gezahlt. Die gefundene Lösung beweist, dass der Bergmann Energie in Form einer ASIC-Maschine und Strom verbraucht hat. Bitcoin basiert auf dem kapitalistischen Prinzip „Geld riskieren, man bekommt eine Stimme“ und verwendet Energie- und ASIC-Maschinen, um Hashes (Stimmen) zu berechnen - Hugo Nguyen.

Als Satoshi die PoW-Methode entwarf, änderte er das Abstimmungssystem mithilfe der Energieumwandlung grundlegend von politischen Abstimmungen zu unpolitischen Abstimmungen (Hashes). PoW dient als Kontrolle, ob Energie verbraucht wurde. Warum ist das wichtig? Für die physische Welt ist dies der einfachste und fairste Weg, etwas in der digitalen Welt zu testen. In PoW geht es um Physik, nicht um Programme. Bitcoins entstehen aus Energie, dem Hauptprodukt des Universums. PoW verwandelt Strom in digitales Gold.

Der Transaktionsverlauf von Bitcoin kann nur dann unverändert bleiben, wenn die Erstellung kostspielig ist. Die Notwendigkeit, eine große Menge an Ressourcen für PoW zu verwenden, ist kein Fehler, wie beabsichtigt. Bis vor kurzem bedeutete der Schutz von etwas den Bau einer dicken physischen Mauer um das, was als wertvoll angesehen wurde. Die neue Welt der Kryptowährungen ist seltsam und ungewöhnlich - es gibt keine physischen Wände, die unser Geld schützen, keine Türen, die den Eingang zum Geschäft blockieren. Die öffentliche Geschichte von Bitcoin-Transaktionen wird durch die gesamte Rechenleistung geschützt: die Summe der gesamten Energie, die für den „Bau der Mauer“ aufgewendet wird. Aufgrund der Kosten wird eine vergleichbare Energiemenge benötigt, um es zu brechen (ungerechtfertigte hohe Kosten).

Energieverbrauch

Kryptopokalypse kommt - Bitcoin's PoW ist so schrecklich, dass es die Welt bis 2020 zerstören wird! Möglicherweise haben Sie bemerkt, dass die meisten Artikel zum Thema "Weltuntergang" die Ergebnisse einer Untersuchung von Alex de Rice verwenden, einem "Finanzier- und Blockchain-Spezialisten", der für die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft PwC in den Niederlanden arbeitet. Er betreibt auch einen Digiconomist-Blog. Seine Ergebnisse wurden zu Recht wegen mangelnder Genauigkeit bei der Berechnung des Energieverbrauchs kritisiert. Die von ihm verwendete Metrik "Energieverbrauch pro Transaktion" ist aus mehreren Gründen absichtlich irreführend:

• Energie wird für Blöcke ausgegeben, die eine andere Anzahl von Transaktionen enthalten können. Mehr Transaktionen bedeuten nicht mehr Energie
• Der wirtschaftliche Wert einer Bitcoin-Transaktion steigt ständig (mithilfe von Stapelverarbeitung, Segwit, Lightning usw.). Da Bitcoin zunehmend die Rolle eines Siedlungsnetzes spielt, steigt der Energiewert pro Energieeinheit
• Die durchschnittlichen Transaktionskosten sind keine angemessene Messgröße für die Bewertung der Wirksamkeit von Bitcoin PoW. Die Metrik sollte berücksichtigen, dass der Transaktionsverlauf beibehalten wird. Energie wird für die Aufrechterhaltung eines Bitcoin-Bestands aufgewendet, dessen relative Menge mit der Inflation abnimmt. Bitcoin fasst die Energie zusammen, die seit dem Start des Netzwerks für die Extraktion aller Blöcke aufgewendet wurde. Der LaurentMT-Forscher stellte empirisch fest, dass Bitcoin PoW mit der Zeit tatsächlich effektiver wird. Der steigende Wert wird durch den steigenden noch wertvolleren Wert der im System gespeicherten Münzen ausgeglichen.

Nachdem wir nun wissen, dass die richtige Metrik für die Effizienz von der Rendite der Energiekosten bestimmt wird, betrachten wir die Änderung des Energiepreises für PoW.

Die Effizienzsteigerung von ASIC-Maschinen wird reduziert. Weil Wenn der Gewinn sinkt, können wir einen verstärkten Wettbewerb zwischen den Herstellern von ASIC-Maschinen erwarten.


https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf


https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQ

Die Gesamtkosten des Bergbaus setzen sich hauptsächlich aus den Energiekosten (Betriebskosten) und nicht aus den Kosten der ASIC-Maschinen (Kapitalkosten) zusammen. Der physische Standort der Bergbauzentren ist für das Bitcoin-Netzwerk nicht wichtig, daher tendieren Bergleute dazu, Orte mit einem Überschuss an Strom und dementsprechend mit geringeren Kosten zu betreiben. Langfristig kann dies die Effizienz des Strommarktes beeinträchtigen. Bitcoin-Bergleute werden als Arbitrage von Elektrizität zwischen globalen Zentren fungieren. Um Bitcoins abzubauen, wird überschüssiger Strom verbraucht. Es kann auch dazu beitragen, das Problem erneuerbarer Energiequellen mit einer Überkapazität zu lösen, die in keiner Weise verbraucht wird, z. B. Wasserkraftwerke oder die Verbrennung von Nebenproduktgas während der Ölförderung. In Zukunft kann der Bitcoin-Abbau auch erneuerbare Energien mit variabler Leistung nutzen. Stromerzeuger können Bergbaumaschinen anschließen und den überschüssigen Strom in Bitcoins sparen.

Aluminium wurde häufig als Exportmittel für Strom aus Ländern verwendet, in denen es viele erneuerbare Stromquellen gibt, aber es gibt keine Möglichkeit, diese zu verkaufen (z. B. Island). Um Bauxite (sie sind auch Aluminiumerz) zu Aluminium zu schmelzen, wird eine große Menge an Energie benötigt, und dies ist ein Einwegprozess (sowie Hashing). Die gleichen Argumente über den irrationalen Energieverbrauch wurden vor 40 Jahren für Aluminium vorgebracht - 1979 (einschließlich der Gefahr der Zentralisierung). Aluminiumschmelzunternehmen suchen ständig nach billigen Energiequellen auf dem Planeten. Mit der Entwicklung der Aluminiumproduktion über Jahrzehnte nahm der spezifische Energieverbrauch (kW pro Kilogramm produziertem Aluminium) ab.


https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdf

Das globale Energienetz setzt ungenutzte Vermögenswerte frei und schafft neue. Stellen Sie sich eine dreidimensionale topografische Weltkarte vor, auf der billige Energiequellen durch Tiefland und teurer durch Hügel dargestellt werden. Ich stelle mir vor, Bitcoins abzubauen wie ein Glas Wasser, das auf diese Oberfläche gegossen wird, Hohlräume füllt und die Oberfläche nivelliert - Nick Carter

Bitcoin-Bergleute sind zuverlässige Stromkäufer. Sie regen den Bau neuer Kraftwerke an, um zusätzliche Energiequellen zu nutzen, die sonst nicht genutzt würden.

Wann hört die Erhöhung der für PoW verbrauchten Energiemenge auf? Genau dann, wenn genügend Stromerzeuger PoW-Geräte einschalten und der Gewinn aus dem Betrieb dieser Geräte dem Gewinn aus dem Verkauf von Strom an Verbraucher entspricht. Somit wird der "zusätzliche Gewinn" aus dem Betrieb von Bergbaumaschinen auf Null reduziert. Ich nenne dieses Gleichgewicht den Nakamoto-Punkt. Ich gehe davon aus, dass zwischen 1 und 10% der globalen Energie für PoW ausgegeben werden, wenn das Gleichgewicht erreicht ist. - Druv Bansal

Es gibt eine Idee, dass das Mining von Bitcoins im Gegensatz zur Suche nach Primzahlen keine nützliche Arbeit leistet. Die Idee, PoW zur Ausführung einer anderen Aufgabe zu verwenden, mag gut erscheinen, wirkt sich jedoch negativ auf die Netzwerksicherheit aus. Das Teilen einer Belohnung kann zu einer Situation führen, in der es rentabler ist, Sekundärarbeit zu leisten als die Hauptarbeit. Selbst wenn die Hintergrundarbeit harmlos ist (z. B. eine Heizung), ergibt sich anstelle eines Einkommens von 100 USD für X-Hashes ein Wert von 100 USD + 5 USD (als Wärme) für X-Hashes. Eine Heizung mit Bergbaufunktion ist nur ein Beispiel für die Steigerung der Effizienz von Geräten, was zu einer Erhöhung der Komplexität und damit des Energieverbrauchs für den Abbau eines Blocks führt. Ein solches Problem wird bei Bitcoin niemals auftreten, da PoW nur ​​zum Schutz des Netzwerks verwendet wird.

Hinweis: Bitcoin selbst ist äußerst nützlich für die Gesellschaft (andernfalls wäre Bergbau nachteilig). Daher ist es irrational, Bergleute ohne großen Anreiz zu Nebenarbeiten aufzufordern.

Kostenvergleich

Energie wird überall verwendet (der erste Hauptsatz der Thermodynamik). Die Meinung, dass der Einsatz von Energie für einige Arbeiten verschwenderischer ist als für andere, ist völlig subjektiv, weil Alle Nutzer zahlen den Marktpreis für Strom.

Wenn die Leute es rentabel finden, wird Strom verschwendet. Wer Strom ausgibt, wird mit Bitcoins belohnt. - Saifedin Ammos

In der Thermodynamik ist das Universum ein geschlossenes System. Der Verbrauch von überschüssigem Strom für den Abbau von Bitcoins ist um eine Größenordnung geringer als der für bestehende Fiat-Systeme, die nicht nur auf dem Bankensystem basieren, das Strom verbraucht, sondern auch auf der Existenz der Streitkräfte und des politischen Systems. Die Verwendung dieser Elektrizität zum Schutz des Rückgrats des Finanzsystems ist von Vorteil. Die folgende Tabelle ist vergleichbar mit bestehenden finanziellen, militärischen und politischen Systemen.

Zivilisationstyp I.

Bei der Suche nach billigen Energiequellen werden wir noch mehr globale Möglichkeiten nutzen können. Dank der Entwicklung dieser Energiequellen bringt uns Bitcoin nicht nur einer Typ-I-Wirtschaft nach Kardaschew näher, sondern auch einer Typ-I-Zivilisation nach Kardaschew (während wir uns auf der Kardaschew-Skala ungefähr auf dem Niveau von 0,72 befinden). Dank des Anreizes in Form von Bitcoin-Mining kann das Erreichen von T1 erheblich weniger Zeit in Anspruch nehmen. Mehrere Jahrzehnte statt 200 Tonnen. Sobald Typ I erreicht ist, muss der Energieverbrauch weniger begrenzt werden, was die Lebensbedingungen für alle verbessert.


Der Anreiz, billigen Strom zu finden, wird die Schaffung von Fusionsreaktoren beschleunigen. Die Natur sagt Ihnen, wie Sie das gesamte Universum (Sterne) mit thermonuklearer Energie versorgen. Die Menschheit ist dabei, einen solchen Mechanismus durch den Bau von Kernreaktoren zu schaffen. Es wird geschätzt, dass über mehrere Jahrzehnte hinweg rund 80 Milliarden US-Dollar für Forschung und Entwicklung benötigt werden, um den Umgang mit thermonuklearer Energie zu erlernen. Brennstoff für thermonukleare Reaktoren (hauptsächlich Deuterium) ist auf der Erde in den Ozeanen im Überfluss vorhanden. Es reicht völlig aus, die Menschheit für Millionen von Jahren mit Energie zu versorgen. Thermonukleare Energie hat die meisten Vorteile erneuerbarer Energien, wie langfristige Energieerzeugung, keine Treibhausgasemissionen oder Luftverschmutzung. Die Dichte der thermonuklearen Energie ist sehr hoch und die Produktion ist kontinuierlich. Ein weiterer Aspekt der thermonuklearen Energie besteht darin, dass ihre Kosten nicht proportional zum Volumen steigen. Beispielsweise steigen die Kosten für die Energie von Wasser und Wind, da bereits optimale Standorte für Kraftwerke genutzt werden. Die Kosten für thermonukleare Energie werden nicht viel steigen, selbst wenn viele Stationen gebaut werden, da es an verschiedenen Orten auf dem Planeten viele Rohstoffe (Meerwasser) gibt.

Wasser, Wasser überall. Aber kein Tropfen zu trinken. - Samuel Taylor Coleridge

Thermonukleare Energie und andere billige Energiequellen werden viele Probleme lösen, zum Beispiel die Verfügbarkeit von frischem Trinkwasser. Wir sind von Meerwasser umgeben, aber Entsalzungsanlagen verbrauchen viel Energie. Die Kosten für die Entsalzung von Meerwasser sind derzeit höher als die Kosten für Wasser aus Brunnen, Wasseraufbereitung und -speicherung.

Der menschliche Wunsch, die höchsten Berggipfel, die tiefsten Meere und Ozeane, das Herz des Atoms und die Essenz der Raumzeit zu erkunden, sollte nicht durch Energie begrenzt werden. Wir werden nach den Sternen greifen.

Ist das jährliche Volumen 1,34 Billionen US-Dollar wert? gegenseitige Siedlungen, die nicht auf Vertrauen beruhen, plus billige Energie für alle, 4,5 Milliarden US-Dollar, die derzeit für den Bergbau ausgegeben werden? Ich denke die Antwort ist sicher ja.