Биткойн-апокалипсис: как майнинг криптовалюты грозит съесть всю мировую энергию

Генерация биткойнов основана на дорогостоящих, но совершенно бессмысленных вычислениях, которые требуют все больше и больше энергии. Адам Роджерс из Wired выясняет, можно ли это исправить, а также когда этот пузырь сдуется.

Позвольте, я вас немного шокирую. Вы ведь знаете, что такое биткойны, верно? Это «криптовалюта», такие секретные компьютерные деньги. Один биткойн, у которого на самом деле нет реального физического воплощения, стоит на данный момент больше $14 000. Но чтобы заполучить его, вам придется либо купить его через интернет-биржи, либо «майнить» при помощи специализированных компьютерных устройств. Последнее как раз и шокирует.

Судя по отчету одного из сайтов криптовалют Digiconomics, биткойн-майнинг по всему миру использует больше электроэнергии, чем Сербия. Целая страна. В публикации в Grist Эрик Холтаус подсчитал, что к июлю 2019 года одноранговой сети биткойна — это что-то вроде BitTorrent, если помните, — потребуется больше электроэнергии, чем всем Соединенным Штатам. А к ноябрю 2020 года она будет использовать больше электроэнергии, чем весь мир сегодня.

Это плохо. Это означает, что биткойн ежегодно выделяет 17,7 млн тонн углекислого газа, а это такая наглая насмешка в адрес климата Земли и любого человека, который любит побережья, леса и не хочет умереть от болезней, передающихся комарами. Биткойн-сеть, по существу, хочет преобразовать всю энергию и, следовательно, материю во вселенной в биткойны. Это ее задача в буквальном смысле. И если для этого понадобится нанять жадных гиков, платя им виртуальной валютой, что ж, без проблем. Даешь гипновалюту!

У идеи биткойна по-прежнему есть налет гениальности — это, мол, цифровая валюта, столь же заслуживающая доверия, как и наличные деньги, не связанная ни с одним государством, не имеющая физического воплощения, принципиально эгалитарная и доступная. Но реальность, открытая феноменальным скачком стоимости биткойна за последние три месяца, заключается в том, что все это может оказаться ерундой. Впрочем, некоторые пытаются это исправить.

То, что делает биткойн биткойном, — это блокчейн, безопасный реестр всех платежей и сделок. Суть пиринговой сети биткойн — генерация и обслуживание этого реестра, и теоретически любой человек может внести изменения. Записи транзакций — это блоки в цепочке. Но есть загвоздка: чтобы внести свой вклад в блок, вам нужно решить действительно сложную математическую задачу, «алгоритм хеширования» под названием SHA-256.

Подтвердите количество транзакций, решите задачу, и тогда система может выбрать ваш блок для добавления в цепочку. В этом случае вы получите немножко биткойнов. Это называется «майнинг», а стоимость входа (решение задачи) — «подтверждением выполнения работы».

«Хорошо, что в подтверждении нет шага, регулирующего доступ, — говорит Эмин Гюн Сирер, содиректор программы по криптовалютам и смарт-контрактам в Корнельском университете. — Если вы можете войти и внезапно начать решать криптографические головоломки, вы можете внести вклад в содержание реестра».

Перехитрить систему невозможно. Алгоритм SHA-256 намеренно очень сложный и требует большой вычислительной мощности. Нужно дать как можно больше вычислительных ответов и как можно быстрее. Это означает, что компьютер должен быть постоянно включен, а вентилятор должен работать, чтобы охлаждать горячий процессор.

«Потребление энергии — это функция безопасности. Это хорошая вещь, — говорит Сирер. — Чтобы взять верх над системой, вам нужно потратить как минимум столько же, сколько система тратит сейчас. У вас должно быть 51% всей мощности хеширования».

Это специально так задумано. «Если бы вы, описывая модель, сказали: «Здесь не просто нет главного и участники могут присоединяться или покидать сеть в любое время, но и каждый участвует в установлении консенсуса в цепочке блоков», специалисты по компьютерам не поверили бы, — говорит Джозеф Бонно из Нью-Йоркского университета. — Тот факт, что технология биткойн это сделала, стал большим сюрпризом и инновацией. Но цена этого достижения — необходимость подтверждать выполнение работы, чтобы внесение вклада в блокчейн обходилось пользователям недешево».

Вот на этом эгалитаризм и сломался. Вначале энтузиасты криптовалют могли запускать майнинговое программное обеспечение на домашних компьютерах. Дело развивалось. Первопроходцы поняли, что графические процессоры лучше подходят для этих хеш-вычислений, чем обычные CPU. Они использовали больше энергии и требовали более сложного охлаждения, но тем не менее. А потом люди стали сметать с полок чипы программируемой пользователем вентильной матрицы, настраивая их для майнинга. На сегодняшний день предпочтительное оборудование — это интегральные схемы специального назначения (ASIC), выполненные в конфигурациях специально для биткойнов и устанавливающиеся в специализированных центрах обработки данных.

Это не только централизует майнинг биткойнов, но и увеличивает использование энергии. Самые продвинутые майнеры биткойнов сейчас расходуют 0,3 ватта на миллиард хеш-расчетов или «гигахеш». Посмотрите на эти расчеты с противоположной стороны, и вы получите 300 гигахешей в секунду за киловатт. Грубо говоря — это около 13 600 петахешей в секунду при 234 кВт/ч, потребляемых каждой транзакцией, а значит, вся сеть биткойн потребляет 32,71 тераватт-часов — 0,15% от общего мирового потребления электроэнергии.

Более эффективное оборудование не решит эту проблему. В период между 2014 и 2017 годами компьютеры могли производить от 300 тыс до 2 млн хеш-операций в секунду, а эффективность аппаратного обеспечения составляла от 2000 до 10000 мегахешей за джоуль, говорит Дэвид Мэлоун из Университета Мейнута. В 2017 году показатель составил 12 миллионов хеш-операций в секунду, говорит Мэлоун, «но не потому, что аппаратное обеспечение стало гораздо мощнее».

Таким образом, потребление энергии увеличилось, а майнеры биткойнов теперь строят облака ASIC в местах, где дешевое электричество, например, в Исландии (там много термальной энергии) или в Китае (где электроэнергия гарантирована правительством, а биткойн — удачная форма спекуляций, которая пока не урегулирована властями). Именно можно установить больше онлайн-серверов, а значит, добыть больше биткойнов.

«Справедливости ради, — говорит Сирер, — энергозатраты любого другого механизма для отслеживания и упорядочения активов, и энергозатраты экономики, основанной на наличных деньгах — на печать денег, обработку наличных, вывод банкнот из обращения и печать новых, — были примерно сопоставимы, когда я оценивал их год назад». Ну… По оценке Digiconomy, вся кредитная сеть Visa использует около 0.3% общих энергозатрат биткойн-сети. Тут не учитывается электричество, используемое офисами Visa, но, с другой стороны, в отличие от биткойна, с помощью карт Visa можно реально что-то купить. Вся компания Google использовала только 5,7 Твт/ч в 2015 году и полностью перешла на возобновляемую энергию в 2017 году.

Майнеры использовали более быстрое, более эффективное оборудование не для того, чтобы экономить электроэнергию, а чтобы майнить больше биткойнов. Люди всегда так используют более энергоэффективные технологии. Так было с паром. Так было с нефтью. Так происходит со светодиодами — они более энергоэффективны, но их появление не снизило общую мощность, используемую для освещения. Люди просто установили больше ярких ламп. «Чем больше стоимость биткойна, тем больше электроэнергии люди будут готовы тратить, чтобы сражаться за него, — говорит Майкл Тейлор из Вашингтонского университета. — Повышение энергоэффективности майнингового оборудования SHA-256 означает, что просто можно подключить еще больше майнеров при тех же самых эксплуатационных расходах».

Подтверждение выполнения работы — это проблема. Возможно, от нее можно избавиться. Исследователи криптовалюты рассматривают альтернативные подходы. Один из них — ресурсоэкономный майнинг (resource-efficient mining), который снижает рабочую нагрузку, но использует для вычислений только сертифицированное оборудование. Другой подход — доказательство владения — позволяет обменивать вычислительную работу на прежде выработанную стоимость. «Люди могут создавать блоки пропорционально той валюте, которая у них есть, поэтому крупные держатели биткойна создают большую часть блоков», — говорит Бонно. Другими словами, вместо того, чтобы делать майнинг дорогостоящим в вычислительном отношении, его делают просто дорогим. «Это, возможно, приведет к снижению потребления энергии почти до нуля, но на самом деле у нас нет… в общем, над этим работает несколько исследовательских групп», — заканчивает Бонно.

Как считаете, биткойн-аристократия звучит неплохо? «Непонятно, хуже ли это, чем предоставлять возможность создавать блоки тем, кто хочет сжечь больше всего электроэнергии, — говорит Бонно. — Они всего лишь операторы в китайской пустыне или где-то еще, получающие субсидированную мощность».

Хорошо, давайте тогда подойдем к этому с другой стороны. Сейчас хеш-алгоритм — просто бесполезная работа, причем так было сделано преднамеренно. Как насчет того, чтобы сделать что-то полезное? Например, одноранговую сеть, выполняющую совместные вычисления — например, поиск сигналов инопланетных цивилизаций, способы применения белков в медицине, реальные криптологические проблемы или математические задачи? А вот и нет. «Я скажу вам, почему этого не произошло, и это отвратительно, — говорит Сирер. — Если бы майнинг биткойнов нес какую-то пользу, тогда возникло бы соотношение между полезной работой и количеством биткойнов, которые вы получаете… Это создает некую опорную точку в сознании людей насчет того, сколько должен стоить биткойн».

Сейчас стоимость биткойна колеблется произвольно. Она социально определена и не имеет логичного обменного курса. Но погодите минутку! Предполагается, что у денег должен быть обменный курс по отношению к другим деньгам! Это одна из тех вещей, которая и делает деньги деньгами. И вычислительная работа транснациональной пиринговой сети должна быть не просто какой-то фигней, правда? «Сначала я думал, что это все равно должно быть более полезным, но увы, — говорит Сирер. — Зачем привязывать работу системы, например, к сворачиванию белка? Что будет, если люди научатся делать это дешевле другими способами? Фактически это означает привязывание своей совершенно новой системы к каким-то другим технологиям».

От подтверждения выполнения работы избавиться невозможно. Сделать работу полезной нельзя. (В этом случае мы бы получили другую криптовалюту, а не биткойн.) Повышение эффективности аппаратного обеспечения не помогает. Ну, бросьте. Давайте не будем говорить, что это невозможно. Давайте скажем, что это возможно.

Если цель состоит в том, чтобы уменьшить энергетическую нагрузку, то может, сделать что-то более интересное с оборудованием? «Хорошим краткосрочным решением было бы использование отработанного тепла для отопления», — говорит Тейлор. Он приводит в пример усилия Стокгольма по обогреву домов при помощи отходов центров по обработке данных. Если учесть, что город должен был бы сжигать ископаемое топливо для отопления, это экологически чистое решение, которое приобретает большую ценность.

Правда, есть в этом и кое-какие издержки. Придется создавать совершенно новую инфраструктуру вокруг облаков ASIC, хотя все знают, что майнинговое оборудование постоянно совершенствуется и меняется. Дело в том, что самую дешевую энергию с наивысшей плотностью дает ископаемое топливо, вызывающее изменение климата, а система майнинга биткойнов стимулирует использование самой дешевой энергии. Мне немного нравится идея установить термоэлектрическую пару снаружи майнинговой системы и превращать тепло непосредственно в электричество, например, при помощи печи Biolite, но термодинамика говорит, что вы получаете только то, за что платите.

Если математика и физика не решают проблему, возможно, здесь поможет экономика. Майнеры биткойнов используют аппаратное обеспечение только до тех пор, пока добытых биткойнов хватает на оплату электричества. Если курс биткойнов снижается или повышается цена на электроэнергию, серверы выключатся. Вычислительные проблемы становятся экспоненциально сложнее, а размер вознаграждения сокращается вдвое каждые четыре года. Сейчас это 12,5 биткойнов за блок, но, по словам Тейлора, «в июне 2020 года будет следующее понижение». «Когда цена биткойна стабилизируется, из-за цены за блок мировая энергия сети начнет уменьшаться, а не увеличиваться».

Снижение вознаграждений накладывает ограничения на общее количество биткойнов, которые смогут когда-либо появиться в мире. Это 21 миллион, и судя по развитию ситуации, все они будут «добыты» к 2032 году. Как только это произойдет, плата за транзакции станет единственным вознаграждением, встроенным в систему. Некоторые другие криптовалюты, возможно, более энергоэффективные, начнут выглядеть более привлекательными. Прямо сейчас биткойн все больше напоминает инструмент для спекуляции, чем жизнеспособную популярную валюту. И существет один закон, с которым согласны и математика, и физика, и экономика: пузыри лопаются.