Kan fotoniska marker rädda Bitcoin?

foto av abstrakta ljusstrålar Roland Larsson / Unsplash

När Bitcoin-bubblan sprack i slutet av 2017 sjönk kryptovalutans värde från över 17 000 dollar till mindre än 7 000 dollar på bara några dagar. Global nyhetsbevakning antydde att valutaboomen verkade ha tagit slut abrupt.

Men när Bitcoins värde sjönk hände något konstigt. Hastigheten med vilken bitcoins skapades – eller bryts – ökade dramatiskt. Anledningen? Trots värdefallet var bitcoinbrytningen fortfarande extremt lönsam. Med andra ord, kostnaden för gruvdrift – priset på hårdvaran plus energin för att driva den – var fortfarande mindre än värdet på de mynt den producerade.

Denna gruvboom fortsatte i nästan ett år. Sedan i november 2018 sjönk Bitcoins värde dramatiskt igen, denna gång från cirka 6 500 $ till mindre än 3 500 $.

Detta drog mattan under många gruvarbetare. Plötsligt var bitcoins inte längre tillräckligt värdefulla för att täcka deras energikostnader och gruvorna stängdes av. För första gången i kryptovalutans historia kollapsade gruvhastigheten och föll från 60 exa-hashes per sekund till bara 35.

Effekten var betydande. Dessförinnan hade gruvdriften varit geografiskt mångsidig, vilket hindrade ett land eller en region från att utöva otillbörligt inflytande. Nu var gruvdrift endast möjlig där energin var tillräckligt billig för att ge vinst - främst i västra Kina. Och Kina ökade sin granskning av kryptovalutor, stängde börser och förbjöd olika aktiviteter.

Detta utgjorde ett existentiellt hot mot Bitcoin. Och ända sedan dess har kryptovalutaexperter desperat letat efter en lösning.

Den grundläggande frågan är att bitcoin-brytning är beräkningsmässigt dyrt. Detta är ett medvetet knep för att göra kryptovalutan säker. Men beräkning är energikrävande. Och i takt med att intresset för kryptovalutan har ökat, har mängden energi som den förbrukar också ökat.

Enligt vissa uppskattningar förbrukar bitcoin-gruvdrift för närvarande över 75 terawattimmar per år, mer än hela Österrikes elförbrukning. Det är inte hållbart, särskilt om Bitcoin fortsätter att växa exponentiellt, som kryptovalutagemenskapen hoppas. Så ett nytt sätt att bryta valutan behövs desperat.

Ange Michael Dubrovsky på ideella PoWx, Marshall Ball vid Columbia University i New York och Bogdan Penkovsky vid University of Paris-Saclay i Frankrike. Dessa killar har kommit på ett nytt sätt att säkra Bitcoin som är beräkningsmässigt dyrt men mycket mer energieffektivt. Avgörande är att de säger att det också är kompatibelt med de nuvarande krypteringssystemen och därför borde vara relativt enkelt att inkludera i framtida iterationer av Bitcoin.

Deras hemliga sås är enkel. Istället för att förlita sig på konventionella datorer för att göra numret, vill Dubrovksy och co använda optiska datorer. De säger att dessa enheter använder betydligt mindre energi och så kommer att förändra kalkylen bakom bitcoin-brytning i grunden. Men har de rätt?

Först lite bakgrund. Bitcoin är baserat på en decentraliserad reskontra som registrerar alla transaktioner associerade med valutan. Detta säkerställer att ingen enskild enhet kontrollerar valutan.

En central idé är att reskontran ska vara säker så att alla kan lita på dess innehåll. Denna säkerhet uppnås genom att regelbundet kryptera reskontran så att dess innehåll inte kan ändras.

Krypteringsprocessen måste dock ha speciella egenskaper. Huvudboken måste vara extremt svår att kryptera, men när den väl är krypterad måste den vara lätt att kontrollera.

Det visar sig att det finns en uppsättning matematiska objekt som kallas falldörrsfunktioner som har exakt denna egenskap. De används faktiskt redan i stor utsträckning för att kryptera allt från personliga meddelanden till kreditkortstransaktioner.

Denna form av kryptering är beräkningsmässigt dyr – den kräver kraftfulla datorer som är dyra att köra. Så Bitcoin har en annan funktion som har varit nyckeln till dess framgång. Alla som utför krypteringsprocessen – beviset på arbete – belönas med nyskapade bitcoins.

Det är därför processen kallas gruvdrift. Eftersom värdet på Bitcoin har ökat har gruvdriftens popularitet också ökat.

Men detta har en baksida. Beräkning är energikrävande. Så gruvarbetare har letat efter olika sätt att minska sina kostnader. En utveckling var introduktionen av applikationsspecifika integrerade kretsar – ASIC-chips – som är optimerade för det enda syftet med Bitcoin-brytning. En annan var att hitta billiga energikällor.

Dubrovksy och co säger att optisk beräkning förändrar denna kalkyl. De är inspirerade av de senaste årens snabba utveckling av fotoniska chip som kan beräkna med mycket större effektivitet än kisel. Löftet med tekniken är att erbjuda 2-3 storleksordningar bättre energieffektivitet jämfört med elektroniska processorer, säger teamet.

För det ändamålet har Dubrovksy och co kommit med ett reviderat krypteringsprotokoll, kallat HeavyHash, som är optimerat för fotoniska datorer. Detta innebär att de bästa resultaten endast kan uppnås genom att använda en fotonisk processor för att göra sifferknäppningen.

Detta optiska bevis på arbete bör uppmuntra antagandet av fotoniska chips och så dramatiskt minska Bitcoins energibudget. Implementeringen av optiska Proof of Work kommer att hjälpa till att påskynda utvecklingen av energieffektiva fotoniska co-processorer, säger forskarna.

När kostnaden för energi inte längre är den viktigaste faktorn, säger Dubrovsky och co, kommer kostnaden för hårdvara att dominera beräkningarna. Och det kommer att säkerställa att gruvarbetare kan arbeta lönsamt på platser över hela världen snarare än bara i regioner där energin är billig.

Åtminstone är det teorin. Problemet är att energieffektiviteten för fotoniska chips ännu inte har fastställts tydligt. Till exempel fungerar optiska omkopplare genom att ändra deras brytningsindex, och detta görs för närvarande med små värmare. Kiselfotoniska kretsar varierar också på små sätt som måste kompenseras för med mikrovärmare.

Dessa värmare ökar kraftbudgeten för chipsen avsevärt på sätt som är svåra att förutse. Faktum är att Dubrovksy och co inte tydligt förutsäger de energibesparingar som kan (eller kanske inte) är möjliga när Bitcoin skalar. Det gör det svårt att bedöma effektiviteten av optiska bevis på arbete.

Inte heller visar forskarna hur optiska bevis på arbete kommer att lösa problemet med regionala skillnader i kostnaden för kraft. I framtiden kommer hårdvarukostnaderna att vara liknande för alla gruvarbetare, som de är nu. Så på lång sikt kommer det bästa sättet att maximera vinsten fortfarande vara att hitta billiga energikällor.

Det skiljer sig inte från det problem som Bitcoin för närvarande står inför. Det är därför det är svårt att undgå slutsatsen att denna form av energieffektiv datoranvändning bara skjuter upp det oundvikliga.

Ref: arxiv.org/abs/1911.05193 : Optiskt bevis på arbete

Dölj