Bonjour, Habr! Je vous présente la traduction de l'article
«PoW is Efficient» de Dan Held.
Entrée
La plupart des gens pensent que l'énergie dépensée pour la preuve de travail (PoW) est gaspillée. Dans cet article, je vais expliquer pourquoi tout est basé sur l'énergie, y compris l'argent. Et aussi pourquoi l'évaluation de la consommation d'énergie est subjective et comment comparer le coût de l'énergie dépensée en PoW avec d'autres systèmes. Cet article contient les pensées de nombreuses personnes du domaine des crypto-monnaies, je viens de tout rassembler.
Le travail consiste en énergie
L'idée que l'énergie est nécessaire pour faire le travail est venue du mathématicien français Gaspard-Gustav de Coriolis. À cette époque, le travail était entièrement effectué par des personnes. Le carburant pour le travail était la nourriture.
Il y a environ un million d'années, un homme a fait du feu. En conséquence, la quantité d'énergie disponible pour une personne a augmenté, maintenant une personne peut se réchauffer à l'aide du feu, et pas seulement grâce à la nourriture mangée. Ainsi, cette énergie supplémentaire a amélioré la vie de l'humanité.
Il y a plusieurs milliers d'années, la consommation d'énergie humaine a augmenté encore plus en raison de la domestication des animaux. Les animaux ont fait le travail pour l'homme. Les animaux ont également besoin de beaucoup de nourriture, ce qui a également contribué à leur développement.
Au cours des dernières centaines d'années, l'homme a fabriqué des voitures. Les machines ont fait le travail, en utilisant d'abord l'énergie de l'eau et du vent, puis des sources d'énergie moins chères, comme le charbon et le gaz. Actuellement, l'énergie nucléaire et thermonucléaire est utilisée. Les machines et la nature font le travail grâce à l'utilisation de l'énergie. L'économie n'est pas basée sur l'argent, mais sur le travail et l'énergie.
Tout dans notre vie est étroitement lié au coût de l'énergie. La purification de l'eau nécessite de l'énergie. Le transport de marchandises nécessite de l'énergie. La production de biens nécessite de l'énergie. La cuisson nécessite de l'énergie. Les réfrigérateurs et les congélateurs nécessitent de l'énergie. Dans un marché libre, le prix de tout produit dépend en grande partie de la quantité d'énergie dépensée pour sa production. Étant donné que le marché stimule les prix minimaux des biens, la quantité d'énergie utilisée pour produire de l'énergie est également minimisée.
PIB mondial (selon le département américain de l'Agriculture) par rapport à la consommation mondiale d'énergie (selon le rapport BP pour 2014):
Au début du 20e siècle, les chefs de file de l'industrie, Henry Ford et Thomas Addison, ont envisagé de remplacer l'or ou le dollar par un «dollar énergétique» ou une «unité d'énergie» (devise énergétique). L'idée était populaire, car une telle monnaie avait les caractéristiques de la monnaie: une mesure de règlement clairement définie, facilement mesurable, mais difficile à simuler, la divisibilité en parties plus petites et l'interchangeabilité (toute unité équivaut à toute autre unité). Cependant, il y avait des inconvénients - il était difficile de transférer et de stocker de l'énergie.
Je veux surtout ce qui est difficile à obtenir - Mark Twain
Avance rapide jusqu'au 31 octobre 2008 - Satoshi a publié un article sur Bitcoin. La méthode PoW a été inventée à l'origine pour lutter contre le spam. Satoshi a ensuite adapté cette technologie pour une utilisation dans la monnaie électronique. L'exploitation minière utilise des machines spéciales (ASIC) pour convertir l'électricité en bitcoins (en récompense d'un bloc miné). Les machines effectuent constamment des opérations de hachage (hypothèses / voix) jusqu'à ce qu'elles trouvent une solution au problème cryptographique. Une récompense en bitcoins est versée pour la solution trouvée. La solution trouvée prouve que le mineur a dépensé de l'énergie sous la forme d'une machine ASIC et d'électricité. Le Bitcoin est basé sur le principe capitaliste de «risquer de l'argent, vous obtenez un vote», en utilisant des machines énergétiques et ASIC pour calculer les hachages (votes) - Hugo Nguyen.
Lorsque Satoshi a conçu la méthode PoW, il a fondamentalement changé le système de vote des votes politiques en apolitique (hachages) en utilisant la conversion d'énergie. PoW sert à vérifier que l'énergie a été dépensée. Pourquoi est-ce important? Pour le monde physique, c'est le moyen le plus simple et le plus équitable de tester quoi que ce soit dans le monde numérique. PoW concerne la physique, pas les programmes. Les bitcoins sont créés à partir de l'énergie, le principal produit de l'univers. PoW transforme l'électricité en or numérique.
L'historique des transactions de Bitcoin ne peut être modifié que s'il est coûteux à créer. La nécessité d'utiliser une grande quantité de ressources pour PoW n'est pas une erreur, comme cela est prévu. Jusqu'à récemment, protéger quelque chose signifiait construire un épais mur physique autour de ce qui était considéré comme précieux. Le nouveau monde des crypto-monnaies est étrange et inhabituel - il n'y a pas de murs physiques protégeant notre argent, pas de portes bloquant l'entrée du magasin. L'histoire publique des transactions bitcoin est protégée par une puissance de calcul globale: la somme de toute l'énergie dépensée pour «construire le mur». En raison du coût, une quantité d'énergie comparable est nécessaire pour le casser (coût élevé injustifié).
Consommation d'énergie
La cryptopocalypse arrive - le PoW de Bitcoin est si terrible qu'il détruira le monde d'ici 2020! Vous avez peut-être remarqué que la plupart des articles «apocalyptiques» utilisent les résultats d'une enquête d'Alex de Rice, un «financier et spécialiste de la blockchain» qui travaille pour le cabinet d'audit PwC aux Pays-Bas. Il dirige également un blog Digiconomist. Ses conclusions ont été critiquées à juste titre pour le manque de précision dans le calcul de la consommation d'énergie. La métrique "consommation d'énergie par transaction" qu'il utilise est délibérément trompeuse pour plusieurs raisons:
- L'énergie est dépensée sur des blocs qui peuvent contenir un nombre différent de transactions. Plus de transactions ne signifient pas plus d'énergie
- La valeur économique d'une transaction bitcoin est en constante augmentation (en utilisant le traitement par lots, Segwit, Lightning, etc.). Comme le bitcoin joue de plus en plus le rôle d'un réseau de colonies, une plus grande valeur énergétique par unité d'énergie
- Le coût de transaction moyen n'est pas une mesure adéquate lors de l'évaluation de l'efficacité de Bitcoin PoW. La métrique doit envisager de conserver l'historique des transactions. L'énergie est dépensée pour maintenir un stock de bitcoins, dont la quantité relative diminue avec l'inflation. Bitcoin résume l'énergie dépensée pour l'extraction de tous les blocs depuis le lancement du réseau. Le chercheur de LaurentMT a déterminé empiriquement que Bitcoin PoW devient en fait plus efficace au fil du temps. La valeur croissante est compensée par la valeur toujours plus précieuse croissante des pièces stockées dans le système.
Maintenant que nous savons que la bonne mesure de l'efficacité est déterminée par le retour sur les coûts énergétiques, regardons l'évolution du prix de l'énergie dépensée en PoW.
L'augmentation de l'efficacité des machines ASIC est réduite. Parce que le bénéfice diminue, on peut s'attendre à une concurrence accrue entre les fabricants de machines ASIC.
https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf
https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQLes coûts totaux de l'exploitation minière seront principalement constitués du coût de l'énergie (coûts d'exploitation) et non du coût des machines ASIC (coûts d'investissement). L'emplacement physique des centres miniers n'est pas important pour le réseau bitcoin, donc les mineurs ont tendance à se rendre dans des endroits avec un excès d'électricité et, par conséquent, son coût inférieur. À long terme, cela peut affecter l'efficacité du marché de l'électricité. Les mineurs de Bitcoin agiront comme un arbitrage de l'électricité entre les centres mondiaux. Pour extraire des bitcoins, l'excès d'électricité sera utilisé. Il peut également aider à résoudre le problème des sources d'énergie renouvelables avec une capacité excédentaire qui n'est pas consommée de quelque manière que ce soit, par exemple, les centrales hydroélectriques ou la combustion de gaz dérivé pendant la production de pétrole. À l'avenir, l'exploitation de bitcoins pourrait également utiliser des énergies renouvelables à puissance variable. Les producteurs d'électricité peuvent connecter des machines d'exploitation minière et économiser l'excédent de puissance en bitcoins.
L'aluminium était largement utilisé comme moyen d'exporter de l'électricité à partir de pays où il existe de nombreuses sources renouvelables d'électricité, mais il n'y a aucun moyen de les vendre (par exemple, l'Islande). Pour faire fondre les bauxites (ce sont aussi du minerai d'aluminium) en aluminium, une énorme quantité d'énergie est requise, et il s'agit d'un processus à sens unique (ainsi que de hachage). Les mêmes arguments concernant l'utilisation irrationnelle de l'énergie ont été avancés pour l'aluminium il y a 40 ans - en 1979 (y compris le danger de centralisation). Les fonderies d'aluminium sont constamment à la recherche de sources d'énergie bon marché sur la planète. Au fur et à mesure du développement de la production d'aluminium au fil des décennies, la consommation d'énergie spécifique (kW par kilogramme d'aluminium produit) a diminué.
https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdfLe réseau énergétique mondial libère des actifs inutilisés et en crée de nouveaux. Imaginez une carte topographique tridimensionnelle du monde, sur laquelle les sources d'énergie bon marché sont représentées par des plaines et plus chères - par des collines. J'imagine extraire des bitcoins comme un verre d'eau versé sur cette surface, remplir toutes les cavités et niveler la surface - Nick Carter
Les mineurs de Bitcoin sont des acheteurs fiables d'électricité. Ils stimulent la construction de nouvelles centrales électriques pour utiliser des sources d'énergie supplémentaires qui ne seraient pas utilisées autrement.
Quand est-ce que l'augmentation de la quantité d'énergie utilisée pour PoW s'arrêtera? Exactement lorsque suffisamment de producteurs d'électricité mettent en marche l'équipement PoW, et que le bénéfice de l'exploitation de cet équipement est égal au profit de la vente d'électricité aux consommateurs. Ainsi, le «bénéfice supplémentaire» de l'exploitation de l'équipement minier sera réduit à zéro. J'appelle cet équilibre le point de Nakamoto. Je suppose qu'entre 1 et 10% de l'énergie mondiale sera dépensée en PoW lorsque l'équilibre sera atteint. - Druv Bansal
Il y a une idée que l'extraction de bitcoins ne fait pas de travail utile, contrairement à la recherche de
nombres premiers , par exemple. L'idée d'utiliser PoW pour effectuer une autre tâche peut sembler bonne, mais en fait, elle affecte négativement la sécurité du réseau. Le partage d'une récompense peut conduire à une situation où il est plus rentable de faire un travail secondaire que le travail principal. Même si le travail secondaire est inoffensif (un radiateur, par exemple), au lieu d'un revenu de 100 $ pour les hachages X, il s'avère être de 100 $ + 5 $ (sous forme de chaleur) pour les hachages X. Un appareil de chauffage avec une fonction minière n'est qu'un exemple de l'augmentation de l'efficacité des équipements, conduisant à une augmentation de la complexité et, par conséquent, de la consommation d'énergie pour l'extraction d'un bloc. Un tel problème ne sera jamais lié au bitcoin, car PoW n'est utilisé que pour protéger le réseau.
Remarque: Bitcoin lui-même est extrêmement utile pour la société (sinon l'exploitation minière serait désavantageuse), il est donc irrationnel de demander aux mineurs de faire du travail de côté, sans beaucoup d'incitation.Comparaison des coûts
L'énergie est utilisée partout (première loi de la thermodynamique). L'opinion selon laquelle l'utilisation de l'énergie pour certains travaux est plus gaspilleuse que pour d'autres est totalement subjective, car tous les utilisateurs paient le prix du marché pour l'électricité.
Si les gens le trouvent rentable, l'électricité sera gaspillée. Ceux qui dépensent de l'électricité seront récompensés par des bitcoins. - Saifedin Ammos
En thermodynamique, l'univers est un système fermé. L'utilisation d'un excès d'électricité pour extraire des bitcoins est un ordre de grandeur inférieur à celui utilisé pour les systèmes fiduciaires existants, qui reposent non seulement sur le système bancaire qui consomme de l'électricité, mais également sur l'existence des forces armées et du système politique. L'utilisation de cette électricité pour protéger l'épine dorsale du système financier est bénéfique. Le tableau ci-dessous se compare aux systèmes financiers, militaires et politiques existants.
Civilisation type I
Dans le processus de recherche de sources d'énergie bon marché, nous pourrons utiliser encore plus d'opportunités mondiales. Grâce au développement de ces sources d'énergie, le bitcoin nous rapproche non seulement d'une économie de type I selon Kardashev, mais aussi d'une civilisation de type I selon Kardashev (alors que nous sommes approximativement au niveau de 0,72 sur l'échelle de Kardashev). Il peut prendre beaucoup moins de temps pour atteindre T1, grâce à l'incitation sous forme d'exploitation de bitcoins. Plusieurs décennies au lieu de 200 tonnes. Une fois le type I atteint, il sera moins nécessaire de limiter la consommation d'énergie, ce qui améliorera les conditions de vie pour tous.
L'incitation à trouver de l'électricité bon marché accélérera la création de réacteurs à fusion. La nature vous dit comment, fournissant de l'énergie thermonucléaire à l'univers entier (étoiles). L'humanité est en train de créer un tel mécanisme par la construction de réacteurs thermonucléaires. On estime qu'environ 80 milliards de dollars seront nécessaires pour la recherche et le développement sur plusieurs décennies afin d'apprendre à utiliser l'énergie thermonucléaire. Le combustible pour les réacteurs thermonucléaires (principalement le deutérium) abondent sur Terre dans les océans. Il suffit de fournir de l'énergie à l'humanité pendant des millions d'années. L'énergie thermonucléaire présente la plupart des avantages des énergies renouvelables, comme la production d'énergie à long terme, sans émissions de gaz à effet de serre ou pollution de l'air. La densité de l'énergie thermonucléaire est très élevée et la production est continue. Un autre aspect de l'énergie thermonucléaire est que son coût n'augmente pas proportionnellement aux volumes. Par exemple, le coût de l'énergie de l'eau et du vent augmente car des emplacements optimaux pour les centrales électriques sont déjà utilisés. Le coût de l'énergie thermonucléaire n'augmentera pas beaucoup, même si de nombreuses stations sont construites, car il y a beaucoup de matières premières (eau de mer) à différents endroits de la planète.
De l'eau, de l'eau partout. Mais pas une goutte à boire. - Samuel Taylor Coleridge
L'énergie thermonucléaire et d'autres sources d'énergie bon marché résoudront de nombreux problèmes, par exemple la disponibilité d'eau potable fraîche. Nous sommes entourés d'eau de mer, mais les usines de dessalement consomment de grandes quantités d'énergie. Le coût du dessalement de l'eau de mer est actuellement supérieur au coût de l'eau des puits, du traitement et du stockage de l'eau.
Le désir humain d'explorer les plus hauts sommets des montagnes, les mers et les océans les plus profonds, le cœur de l'atome et l'essence de l'espace-temps ne doit pas être limité par l'énergie. Nous atteindrons les étoiles.
Le volume annuel vaut-il 1,34 billion de dollars? règlements mutuels non fondés sur la confiance, plus une énergie bon marché pour tout le monde, 4,5 milliards de dollars dépensés pour l'exploitation minière en ce moment? Je pense que la réponse est certainement oui.