Kan fotoniske brikker redde Bitcoin?

bilde av abstrakte lysstråler Roland Larsson / Unsplash

Da Bitcoin-boblen sprakk på slutten av 2017, falt kryptovalutaens verdi fra over $17 000 til mindre enn $7 000 på bare noen få dager. Global nyhetsdekning antydet at valutaboomen så ut til å ha sluttet brått.

Men da Bitcoins verdi falt, skjedde noe merkelig. Hastigheten som bitcoins ble opprettet med – eller utvunnet – økte dramatisk. Grunnen? Til tross for verdifallet var bitcoin-gruvedrift fortsatt ekstremt lønnsomt. Med andre ord, kostnadene ved gruvedrift - prisen på maskinvaren pluss energien til å drive den - var fortsatt mindre enn verdien av myntene den produserte.

Denne gruveboomen fortsatte i nesten ett år. Så i november 2018 falt Bitcoins verdi dramatisk igjen, denne gangen fra rundt $6500 til mindre enn $3500.

Dette trakk teppet fra under mange gruvearbeidere. Plutselig var bitcoins ikke lenger verdifulle nok til å dekke energikostnadene, og gruvene ble lukket. For første gang i kryptovalutaens historie kollapset gruvedriften, og falt fra 60 exa-hasher per sekund til bare 35.

Virkningen var betydelig. Før dette hadde gruvedrift vært geografisk mangfoldig, og hindret ett land eller en region fra å utøve unødig innflytelse. Nå var gruvedrift bare mulig der energien var billig nok til å gi fortjeneste - hovedsakelig i det vestlige Kina. Og Kina økte sin gransking av kryptovalutaer, stengte børser og forbød ulike aktiviteter.

Dette utgjorde en eksistensiell trussel mot Bitcoin. Og helt siden har kryptovalutaeksperter desperat lett etter en løsning.

Det grunnleggende problemet er at bitcoin-gruvedrift er beregningsmessig dyrt. Dette er et bevisst triks for å gjøre kryptovalutaen sikker. Men beregning er energikrevende. Og ettersom interessen for kryptovalutaen har økt, har også mengden energi den bruker opp.

Etter noen estimater bruker bitcoin-gruvedrift for tiden over 75 terawatt-timer per år, mer enn hele strømforbruket i Østerrike. Det er ikke bærekraftig, spesielt hvis Bitcoin fortsetter å vokse eksponentielt, slik kryptovalutasamfunnet håper. Så en ny måte å utvinne valutaen er desperat nødvendig.

Skriv inn Michael Dubrovsky ved nonprofit PoWx, Marshall Ball ved Columbia University i New York, og Bogdan Penkovsky ved University of Paris-Saclay i Frankrike. Disse gutta har kommet opp med en ny måte å sikre Bitcoin på som er beregningsmessig dyr, men mye mer energieffektiv. Avgjørende sier de at det også er kompatibelt med de nåværende krypteringssystemene og bør derfor være relativt enkelt å inkludere i fremtidige iterasjoner av Bitcoin.

Deres hemmelige saus er enkel. I stedet for å stole på konvensjonelle datamaskiner for å gjøre tallknusingen, ønsker Dubrovksy og co å bruke optiske datamaskiner. De sier at disse enhetene bruker betydelig mindre energi, og derfor vil fundamentalt endre beregningen bak bitcoin-gruvedrift. Men har de rett?

Først litt bakgrunn. Bitcoin er basert på en desentralisert hovedbok som registrerer alle transaksjoner knyttet til valutaen. Dette sikrer at ingen enkelt enhet kontrollerer valutaen.

En sentral idé er at hovedboken skal være sikker slik at alle kan stole på innholdet. Denne sikkerheten oppnås ved å jevnlig kryptere hovedboken slik at innholdet ikke kan endres.

Krypteringsprosessen må imidlertid ha spesielle egenskaper. Hovedboken må være ekstremt vanskelig å kryptere, men når den først er kryptert, må den være lett å sjekke.

Det viser seg at det er et sett med matematiske objekter kalt falldørfunksjoner som har akkurat denne egenskapen. Faktisk er de allerede mye brukt for å kryptere alt fra personlige meldinger til kredittkorttransaksjoner.

Denne formen for kryptering er beregningsmessig dyr – den krever kraftige datamaskiner som er kostbare å kjøre. Så Bitcoin har en annen funksjon som har vært nøkkelen til suksessen. Alle som utfører krypteringsprosessen – beviset på arbeidet – blir belønnet med nyopprettede bitcoins.

Det er derfor prosessen kalles gruvedrift. Etter hvert som verdien av Bitcoin har økt, har også populariteten til gruvedrift økt.

Men dette har en ulempe. Beregning er energikrevende. Så gruvearbeidere har sett etter ulike måter å redusere kostnadene på. En utvikling var introduksjonen av applikasjonsspesifikke integrerte kretser – ASIC-brikker – som er optimalisert for det eneste formålet med Bitcoin-gruvedrift. En annen var å finne billige energikilder.

Dubrovksy og co sier at optisk databehandling endrer denne beregningen. De er inspirert av den raske utviklingen de siste årene av fotoniske brikker som kan regne med mye større effektivitet enn silisium. Løftet til teknologien er å tilby 2-3 størrelsesordener bedre energieffektivitet enn elektroniske prosessorer, sier teamet.

For det formål har Dubrovksy og co kommet opp med en revidert krypteringsprotokoll, kalt HeavyHash, som er optimalisert for fotoniske datamaskiner. Dette betyr at de beste resultatene kun kan oppnås ved å bruke en fotonisk prosessor for å gjøre tallknusingen.

Dette optiske beviset på arbeidet bør oppmuntre til bruk av fotoniske brikker og så dramatisk redusere Bitcoins strømbudsjett. Implementeringen av optisk Proof of Work vil bidra til å akselerere utviklingen av energieffektive fotoniske co-prosessorer, sier forskerne.

Når energikostnaden ikke lenger er hovedbetraktningen, sier Dubrovsky og co, vil kostnadene for maskinvare dominere beregningene. Og det vil sikre at gruvearbeidere kan jobbe lønnsomt på steder over hele kloden i stedet for bare i regioner der energi er billig.

Det er i hvert fall teorien. Problemet er at strømeffektiviteten til fotoniske brikker ennå ikke er klart fastslått. For eksempel fungerer optiske brytere ved å endre deres brytningsindeks, og dette gjøres for tiden med bittesmå varmeovner. Silisium fotoniske kretser varierer også på små måter som må kompenseres for med mikrovarmere.

Disse varmeovnene øker energibudsjettet til sjetongene betydelig på måter som er vanskelige å forutse. Dubrovksy og co forutsier faktisk ikke klart strømbesparelsene som kan (eller kanskje ikke) være mulig når Bitcoin skalerer. Det gjør det vanskelig å vurdere effektiviteten av optisk bevis på arbeid.

Forskerne viser heller ikke hvordan optisk bevis på arbeid vil løse problemet knyttet til regionale forskjeller i kraftkostnader. I fremtiden vil maskinvarekostnadene være like for alle gruvearbeidere, som de er nå. Så på lang sikt vil den beste måten å maksimere fortjenesten fortsatt være å finne billige energikilder.

Det er ikke forskjellig fra problemet Bitcoin for tiden står overfor. Derfor er det vanskelig å unnslippe konklusjonen om at denne formen for energieffektiv databehandling bare utsetter det uunngåelige.

Ref: arxiv.org/abs/1911.05193 : Optisk bevis på arbeid

gjemme seg