Prova de Trabalho Eficaz

Olá Habr! Apresento a você a tradução do artigo “PoW is Efficient”, de Dan Held.

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A maioria das pessoas pensa que a energia gasta em Prova de Trabalho (POW) é desperdiçada. Neste artigo, explicarei por que tudo se baseia em energia, incluindo dinheiro. E também por que a avaliação do consumo de energia é subjetiva e como comparar o custo da energia gasta no PoW com outros sistemas. Este artigo contém os pensamentos de muitas pessoas do campo de criptomoedas. Acabei de reunir tudo.

Trabalho consiste em energia

A idéia de que a energia é necessária para fazer o trabalho surgiu do matemático francês Gaspard-Gustav de Coriolis. Naqueles dias, o trabalho era completamente realizado pelas pessoas. O combustível para o trabalho era comida.

Cerca de um milhão de anos atrás, um homem fez fogo. Como resultado, a quantidade de energia disponível para uma pessoa aumentou, agora uma pessoa pode se aquecer com a ajuda do fogo, e não apenas graças aos alimentos ingeridos. Assim, essa energia adicional melhorou a vida da humanidade.

Vários milhares de anos atrás, o consumo de energia humana aumentou ainda mais devido à domesticação de animais. Os animais fizeram o trabalho para o homem. Os animais também exigiram muita comida, e isso também contribuiu para um maior desenvolvimento.

Nos últimos cem anos, o homem fez carros. As máquinas fizeram o trabalho, usando primeiro a energia da água e do vento, subseqüentemente usando fontes de energia mais baratas, como carvão e gás. Atualmente, energia nuclear e termonuclear é usada. As máquinas e a natureza fazem o trabalho através do uso de energia. A economia não se baseia em dinheiro, mas em trabalho e energia.

Tudo em nossa vida está intimamente relacionado ao custo da energia. A purificação da água requer energia. O transporte de mercadorias requer energia. A produção de bens requer energia. Cozinhar requer energia. Geladeiras e freezers requerem energia. Em um mercado livre, o preço de qualquer produto depende em grande parte da quantidade de energia gasta em sua produção. Como o mercado estimula preços mínimos para mercadorias, a quantidade de energia usada para produzir energia também é minimizada.

PIB mundial (de acordo com o Departamento de Agricultura dos EUA) comparado ao consumo mundial de energia (de acordo com o relatório da BP para 2014):



No início do século XX, os líderes da indústria Henry Ford e Thomas Addison consideraram substituir o ouro ou o dólar por um "dólar da energia" ou "unidade de energia" (moeda da energia). A idéia era popular, porque essa moeda tinha as características do dinheiro: uma medida de liquidação claramente definida, facilmente mensurada, mas difícil de falsificar, divisibilidade em partes menores e permutabilidade (qualquer unidade é equivalente a qualquer outra unidade). No entanto, havia desvantagens - era difícil transferir e armazenar dinheiro em energia.

Acima de tudo, quero o que é difícil de conseguir - Mark Twain

Avançando para 31 de outubro de 2008 - Satoshi publicou um artigo sobre Bitcoin. O método PoW foi originalmente inventado para combater o spam. Então Satoshi adaptou essa tecnologia para uso em moeda eletrônica. A mineração usa máquinas especiais (ASICs) para converter eletricidade em bitcoins (como recompensa por um bloco minerado). As máquinas executam constantemente operações de hash (suposições / vozes) até encontrar uma solução para o problema criptográfico. Uma recompensa em bitcoins é paga pela solução encontrada. A solução encontrada prova que o mineiro gasta energia na forma de uma máquina ASIC e eletricidade. O Bitcoin é baseado no princípio capitalista de "arriscar dinheiro, você obtém um voto", usando energia e máquinas ASIC para calcular hashes (votos) - Hugo Nguyen.

Quando Satoshi projetou o método PoW, ele mudou fundamentalmente o sistema de votação de votos políticos para apolíticos (hashes) usando conversão de energia. O PoW serve como uma verificação de que a energia foi gasta. Por que isso é importante? Para o mundo físico, essa é a maneira mais fácil e justa de testar qualquer coisa no mundo digital. PoW é sobre física, não programas. Bitcoins são criados a partir da energia, o principal produto do universo. O PoW transforma eletricidade em ouro digital.

O histórico de transações do Bitcoin pode ser inalterado apenas se for caro criar. A necessidade de usar uma grande quantidade de recursos para o PoW não é um erro, como pretendido. Até recentemente, proteger algo significava construir uma parede física espessa em torno do que era considerado valioso. O novo mundo das criptomoedas é estranho e incomum - não há paredes físicas protegendo nosso dinheiro, nenhuma porta bloqueando a entrada da loja. O histórico público das transações de bitcoin é protegido pelo poder de computação agregado: a soma de toda a energia gasta na “construção do muro”. Devido ao custo, é necessária uma quantidade comparável de energia para quebrá-lo (alto custo injustificado).

Consumo de energia

O Cryptopocalypse está chegando - o PoW do Bitcoin é tão terrível que destruirá o mundo até 2020! Você deve ter notado que a maioria dos artigos do "dia do juízo final" usa os resultados de uma investigação de Alex de Rice, um "especialista em finanças e blockchain" que trabalha para a empresa de auditoria da PwC na Holanda. Ele também administra um blog Digiconomist. Suas descobertas foram criticadas com razão pela falta de precisão no cálculo do consumo de energia. A métrica "consumo de energia por transação" usada por ele é deliberadamente enganosa por vários motivos:

• A energia é gasta em blocos que podem conter um número diferente de transações. Mais transações não significam mais energia
• O valor econômico de uma transação de bitcoin está aumentando constantemente (usando processamento em lote, Segwit, Lightning etc.). À medida que o bitcoin desempenha cada vez mais o papel de uma rede de assentamentos, mais valor energético por unidade de energia
• O custo médio da transação não é uma métrica adequada ao avaliar a eficácia do Bitcoin PoW. A métrica deve considerar a manutenção do histórico de transações. A energia é gasta na manutenção de um estoque de bitcoins, cuja quantidade relativa diminui junto com a inflação. O Bitcoin resume a energia gasta na extração de todos os blocos desde o lançamento da rede. O pesquisador do LaurentMT determinou empiricamente que o Bitcoin PoW realmente se torna mais eficaz ao longo do tempo. O valor crescente é compensado pelo aumento do valor ainda mais valioso das moedas armazenadas no sistema.

Agora que sabemos que a métrica certa de eficiência é determinada pelo retorno dos custos de energia, vejamos a mudança no preço da energia gasta em PoW.

O aumento na eficiência das máquinas ASIC é reduzido. Porque lucro diminui, podemos esperar aumento da concorrência entre os fabricantes de máquinas ASIC.


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


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

Os custos totais da mineração consistirão principalmente no custo de energia (custos operacionais), e não no custo das máquinas ASIC (custos de capital). A localização física dos centros de mineração não é importante para a rede de bitcoin; portanto, os mineradores tendem a locais com excesso de eletricidade e, consequentemente, com menor custo. A longo prazo, isso pode afetar a eficiência do mercado de eletricidade. Os mineradores de Bitcoin atuarão como uma arbitragem de eletricidade entre os centros globais. Para minerar bitcoins, será usado excesso de eletricidade. Também pode ajudar a resolver o problema de fontes renováveis ​​de energia com uma capacidade excedente que não é consumida de forma alguma, por exemplo, usinas hidrelétricas ou queima de gás subproduto durante a produção de petróleo. No futuro, a mineração de bitcoin também poderá usar energia renovável com energia variável. Os produtores de eletricidade podem conectar máquinas de mineração e economizar o excesso de energia em bitcoins.

O alumínio foi amplamente utilizado como um meio de exportar eletricidade de países onde existem muitas fontes renováveis ​​de eletricidade, mas não há como vendê-las (por exemplo, Islândia). Para derreter bauxitas (elas também são minério de alumínio) em alumínio, é necessária uma enorme quantidade de energia, e esse é um processo unidirecional (além de hash). Os mesmos argumentos sobre o uso irracional de energia foram feitos para o alumínio há 40 anos - em 1979 (incluindo o perigo de centralização). As empresas de fundição de alumínio estão constantemente procurando fontes de energia baratas no planeta. À medida que o desenvolvimento da produção de alumínio ao longo de décadas, o consumo específico de energia (kW por quilograma de alumínio produzido) diminuiu.


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

A rede global de energia libera ativos não utilizados e cria novos. Imagine um mapa topográfico tridimensional do mundo, no qual fontes de energia barata são representadas por planícies e mais caras - por colinas. Eu imagino minerar bitcoins como um copo de água derramado nesta superfície, preenchendo todas as cavidades e nivelando a superfície - Nick Carter

Os mineradores de Bitcoin são compradores confiáveis ​​de eletricidade. Eles estimulam a construção de novas usinas de energia para usar fontes de energia adicionais que de outra forma não seriam usadas.

Quando o aumento na quantidade de energia usada para o PoW será interrompido? Exatamente quando produtores de energia suficientes ligam o equipamento PoW, e o lucro da operação desse equipamento é igual ao lucro da venda de eletricidade aos consumidores. Assim, o "lucro adicional" da operação de equipamentos de mineração será reduzido a zero. Eu chamo esse equilíbrio de ponto de Nakamoto. Suponho que entre 1 e 10% da energia global seja gasta em PoW quando o equilíbrio for alcançado. - Druv Bansal

Há uma ideia de que a mineração de bitcoins não faz um trabalho útil, ao contrário da pesquisa por números primos , por exemplo. A idéia de usar o PoW para executar alguma outra tarefa pode parecer boa, mas na verdade afeta negativamente a segurança da rede. Compartilhar uma recompensa pode levar a uma situação em que é mais rentável fazer um trabalho secundário do que o principal. Mesmo que o trabalho secundário seja inofensivo (um aquecedor, por exemplo), em vez de uma renda de US $ 100 para os hashes X, acaba sendo de US $ 100 + US $ 5 (como aquecimento) para os hashes X. Um aquecedor com uma função de mineração é apenas um exemplo de aumento da eficiência do equipamento, levando a um aumento na complexidade e, como resultado, no consumo de energia para a mineração de um bloco. Esse problema nunca estará no bitcoin, porque o PoW é usado apenas para proteger a rede.

Nota: O Bitcoin em si é extremamente útil para a sociedade (caso contrário, a mineração seria desvantajosa), por isso é irracional pedir aos mineradores que façam trabalho paralelo, sem muito incentivo.

Comparação de custos

A energia é usada em todos os lugares (a primeira lei da termodinâmica). A opinião de que o uso de energia para alguns trabalhos é mais inútil do que para outros é completamente subjetiva, porque todos os usuários pagam o preço de mercado pela eletricidade.

Se as pessoas acharem rentável, a eletricidade será desperdiçada. Aqueles que gastam eletricidade serão recompensados ​​com bitcoins. - Saifedin Ammos

Na termodinâmica, o universo é um sistema fechado. O uso de excesso de eletricidade para mineração de bitcoins é uma ordem de magnitude menor do que a usada para sistemas fiduciários existentes, que se baseiam não apenas no sistema bancário que consome eletricidade, mas também na existência das forças armadas e do sistema político. Usar essa eletricidade para proteger a espinha dorsal do sistema financeiro é benéfico. A tabela abaixo se compara aos sistemas financeiros, militares e políticos existentes.

Civilização tipo I

No processo de encontrar fontes de energia baratas, poderemos usar ainda mais oportunidades globais. Graças ao desenvolvimento dessas fontes de energia, o bitcoin não apenas nos aproxima de uma economia tipo I de acordo com Kardashev, mas também de uma civilização tipo I de acordo com Kardashev (enquanto estamos aproximadamente no nível de 0,72 na escala de Kardashev). Pode levar muito menos tempo para chegar ao T1, graças ao incentivo na forma de mineração de bitcoin. Várias décadas em vez de 200 toneladas. Uma vez alcançado o Tipo I, haverá menos necessidade de limitar o consumo de energia, e isso melhorará as condições de vida de todos.


O incentivo para encontrar eletricidade barata acelerará a criação de reatores de fusão. A natureza diz como, fornecendo energia termonuclear a todo o universo (estrelas). A humanidade está no processo de criar esse mecanismo através da construção de reatores termonucleares. Estima-se que serão necessários aproximadamente US $ 80 bilhões para pesquisa e desenvolvimento ao longo de várias décadas para aprender a usar a energia termonuclear. O combustível para reatores termonucleares (principalmente deutério) é abundante na Terra nos oceanos. É o suficiente para fornecer energia à humanidade por milhões de anos. A energia termonuclear tem muitos dos benefícios da energia renovável, como produção de energia a longo prazo, nenhuma emissão de gases de efeito estufa ou poluição do ar. A densidade da energia termonuclear é muito alta e a produção é contínua. Outro aspecto da energia termonuclear é que seu custo não aumenta proporcionalmente aos volumes.Por exemplo, o custo da energia da água e do vento cresce à medida que locais ideais para usinas já são usados. O custo da energia termonuclear não aumentará muito, mesmo que muitas estações sejam construídas, porque existem muitas matérias-primas (água do mar) em diferentes locais do planeta.

Água, água em todo lugar. Mas nem uma gota para beber. - Samuel Taylor Coleridge

A energia termonuclear e outras fontes baratas de energia resolverão muitos problemas, por exemplo, a disponibilidade de água potável. Estamos cercados pela água do mar, mas as usinas de dessalinização consomem grandes quantidades de energia. Atualmente, o custo da dessalinização da água do mar é superior ao custo da água dos poços, tratamento e armazenamento da água.

O desejo humano de explorar os picos mais altos das montanhas, os mares e oceanos mais profundos, o coração do átomo e a essência do espaço-tempo, não deve ser limitado pela energia. Nós alcançaremos as estrelas.

O volume anual vale US $ 1,34 trilhão? acordos mútuos não baseados em confiança, além de energia barata para todos, US $ 4,5 bilhões gastos na mineração no momento? Eu acho que a resposta é certa sim.