Kan fotoniske chips redde Bitcoin?

foto af abstrakte lysstråler Roland Larsson / Unsplash

Da Bitcoin-boblen brast i slutningen af ​​2017, faldt kryptovalutaens værdi fra over $17.000 til mindre end $7.000 på få dage. Global nyhedsdækning antydede, at valutaboomet så ud til at være afsluttet brat.

Men da Bitcoins værdi faldt, skete der noget mærkeligt. Den hastighed, hvormed bitcoins blev skabt - eller udvundet - steg dramatisk. Grunden? På trods af faldet i værdi var bitcoin-minedrift stadig yderst rentabel. Med andre ord var omkostningerne ved minedrift - prisen på hardware plus energien til at drive den - stadig mindre end værdien af ​​de mønter, den producerede.

Denne minedrift fortsatte i næsten et år. Så i november 2018 faldt Bitcoins værdi dramatisk igen, denne gang fra omkring $6.500 til mindre end $3.500.

Dette trak tæppet fra mange minearbejdere. Pludselig var bitcoins ikke længere værdifulde nok til at dække deres energiomkostninger, og minerne blev lukket. For første gang i kryptovalutaens historie kollapsede hastigheden af ​​minedrift og faldt fra 60 exa-hashes i sekundet til kun 35.

Påvirkningen var betydelig. Før dette havde minedrift været geografisk forskelligartet, hvilket forhindrede et land eller en region i at udøve unødig indflydelse. Nu var minedrift kun mulig, hvor energien var billig nok til at tillade en fortjeneste - primært i det vestlige Kina. Og Kina øgede sin undersøgelse af kryptovalutaer, lukkede børser og forbød forskellige aktiviteter.

Dette udgjorde en eksistentiel trussel mod Bitcoin. Og lige siden har kryptovalutaeksperter desperat ledt efter en løsning.

Det grundlæggende problem er, at bitcoin-minedrift er beregningsmæssigt dyrt. Dette er et bevidst trick for at gøre kryptovalutaen sikker. Men beregning er energikrævende. Og i takt med at interessen for kryptovalutaen er steget, er mængden af ​​energi, den bruger, også steget.

Ifølge nogle skøn bruger bitcoin-minedrift i øjeblikket over 75 terawatt-timer om året, mere end hele Østrigs elforbrug. Det er ikke holdbart, især hvis Bitcoin fortsætter med at vokse eksponentielt, som cryptocurrency-samfundet håber. Så der er desperat brug for en ny måde at udvinde valutaen på.

Indtast Michael Dubrovsky på nonprofitorganisationen PoWx, Marshall Ball på Columbia University i New York og Bogdan Penkovsky på University of Paris-Saclay i Frankrig. Disse fyre har fundet på en ny måde at sikre Bitcoin på, som er beregningsmæssigt dyr, men meget mere energieffektiv. Afgørende siger de, at det også er kompatibelt med de nuværende krypteringssystemer, og det burde derfor være relativt ligetil at inkludere i fremtidige iterationer af Bitcoin.

Deres hemmelige sauce er enkel. I stedet for at stole på konventionelle computere til at lave tal, ønsker Dubrovksy og co at bruge optiske computere. De siger, at disse enheder bruger betydeligt mindre energi, og derfor vil fundamentalt ændre beregningen bag bitcoin-minedrift. Men har de ret?

Først lidt baggrund. Bitcoin er baseret på en decentraliseret hovedbog, der registrerer alle transaktioner forbundet med valutaen. Dette sikrer, at ingen enkelt enhed kontrollerer valutaen.

En central idé er, at hovedbogen skal være sikker, så alle kan stole på dens indhold. Denne sikkerhed opnås ved regelmæssigt at kryptere hovedbogen, så dens indhold ikke kan ændres.

Krypteringsprocessen skal dog have særlige egenskaber. Hovedbogen skal være ekstremt svær at kryptere, men når den først er krypteret, skal den være let at kontrollere.

Det viser sig, at der er et sæt matematiske objekter kaldet falddørsfunktioner, som har præcis denne egenskab. Faktisk er de allerede meget brugt til at kryptere alt fra personlige beskeder til kreditkorttransaktioner.

Denne form for kryptering er beregningsmæssigt dyr – den kræver kraftige computere, der er dyre at køre. Så Bitcoin har en anden funktion, der har været nøglen til dens succes. Enhver, der udfører krypteringsprocessen - beviset på arbejdet - bliver belønnet med nyoprettede bitcoins.

Derfor kaldes processen minedrift. Efterhånden som værdien af ​​Bitcoin er steget, er minedrifts popularitet også steget.

Men dette har en ulempe. Beregning er energikrævende. Så minearbejdere har ledt efter forskellige måder at reducere deres omkostninger på. En udvikling var introduktionen af ​​applikationsspecifikke integrerede kredsløb - ASIC-chips - der er optimeret til det eneste formål med Bitcoin-minedrift. En anden var at finde billige energikilder.

Dubrovksy og co siger, at optisk databehandling ændrer denne beregning. De er inspireret af de seneste års hastige udvikling af fotoniske chips, der kan beregne med meget større effektivitet end silicium. Løftet om teknologien er at tilbyde 2-3 størrelsesordener bedre energieffektivitet i forhold til elektroniske processorer, siger teamet.

Til det formål er Dubrovksy og co kommet med en revideret krypteringsprotokol, kaldet HeavyHash, der er optimeret til fotoniske computere. Dette betyder, at de bedste resultater kun kan opnås ved at bruge en fotonisk processor til at foretage talknusningen.

Dette optiske bevis på arbejdet skulle tilskynde til brugen af ​​fotoniske chips og så dramatisk reducere Bitcoins strømbudget. Implementeringen af ​​optisk Proof of Work vil hjælpe med at accelerere udviklingen af ​​energieffektive fotoniske co-processorer, siger forskerne.

Når omkostningerne til energi ikke længere er hovedovervejelsen, siger Dubrovsky og co, vil omkostningerne til hardware dominere beregningerne. Og det vil sikre, at minearbejdere kan arbejde rentabelt på steder over hele kloden frem for kun i regioner, hvor energien er billig.

Det er i hvert fald teorien. Problemet er, at energieffektiviteten af ​​fotoniske chips endnu ikke er blevet klart fastslået. For eksempel virker optiske kontakter ved at ændre deres brydningsindeks, og dette gøres i øjeblikket med bittesmå varmelegemer. Silicium fotoniske kredsløb varierer også på små måder, der skal kompenseres for med mikrovarmere.

Disse varmelegemer øger chipsenes energibudget betydeligt på måder, som er svære at forudse. Faktisk forudsiger Dubrovksy og co ikke klart de strømbesparelser, der kan (eller måske ikke) er mulige, når Bitcoin skalerer. Det gør det svært at vurdere effektiviteten af ​​optisk bevis for arbejde.

Forskerne viser heller ikke, hvordan optisk bevis for arbejde vil løse problemet forbundet med regionale forskelle i strømomkostningerne. I fremtiden vil hardwareomkostningerne være ens for alle minearbejdere, som de er nu. Så på lang sigt vil den bedste måde at maksimere profitten stadig være at finde billige energikilder.

Det er ikke anderledes end det problem, Bitcoin står over for i øjeblikket. Derfor er det svært at undslippe konklusionen om, at denne form for energieffektiv computing blot udskyder det uundgåelige.

Ref: arxiv.org/abs/1911.05193 : Optisk bevis for arbejde

skjule