مصرف انرژی اتریوم

مصرف انرژی فعلی اتریوم با الگوریتم اثبات کار بسیار زیاد و ناپایدار است. حل کردن مشکل مصرف انرژی بدون قربانی کردن امنیت و غیرمتمرکز بودن یک چالش فنی جدی است و سال‌ها مورد تحقیق و توسعه بوده است. بیایید بررسی کنیم که چرا ساختن اتریوم تأثیر زیادی بر محیط‌زیست داشته‌است و ارتقای شبکه به الگوریتم اثبات مالکیت سهام چگونه تغییری بنیادین در آن ایجاد خواهد کرد.

انرژی شبکه را ایمن می‌کند

تراکنش‌های زنجیره‌ی بلوکی اتریوم توسط استخراج‌گران اعتبارسنجی می‌شوند. استخراج‌گران تراکنش‌‌ها را در قالب بلوک‌های مرتب‌شده تجمیع می‌کنند و آن‌ها را به زنجیره‌ی بلوکی اتریوم اضافه کنند. بلوک‌های جدید برای تمام عملگرهای گره دیگر که به‌طور مستقل تراکنش‌ها را اجرا می‌کنند و معتبر بودن آن‌ها را تأیید می‌کنند، ارسال می‌شود. هر نوع عدم‌صداقت خودش را به‌شکل عدم‌انسجام بین گره‌های مختلف نشان می‌‌دهد. بلوک‌های صادق به زنجیره‌ی بلوکی اضافه می‌‌شوند و بدل به بخشی تغییرناپذیر از تاریخ می‌شوند.

توانایی افزودن بلوک‌های جدید برای هر استخراج‌گر زمانی وجود دارد که عمل استخراج هزینه‌ای داشته‌باشد و این موضوع که کدام گره قرار است بلوک بعدی را ثبت کند غیرقابل‌پیش‌بینی باشد. این شرایط با استفاده از الگوریتم اثبات کار (PoW) تحقق می‌یابند. یک استخراج‌گر برای آن که واجد شرایط ثبت یک بلوک از تراکنش‌ها باشد، باید یک پازل محاسباتی قراردادی را سریع‌تر از سایر استخراج‌گران حل کند. حل کردن این پازل یک رقابت بین استخراج‌گران ایجاد می‌کند و هزینه‌ای به شکل مصرف انرژی ایجاد می‌کند. برای آن که یک استخراج‌گر غیرصادق بتواند زنجیره‌ی بلوکی را با موفقیت فریب دهد، باید به‌طور مکرر و مداوم در رقابت اثبات کار برنده شود که کار بسیار سخت و پرهزینه‌ای است.

اتریوم از زمان پیدایش خود، از الگوریتم اثبات کار بهره برده‌است. مهاجرت از الگوریتم اثبات کار به الگوریتم اثبات مالکیت سهام همواره هدفی اساسی برای اتریوم بوده‌است. با این حال، توسعه‌ی سیستم اثبات مالکیت سهامی که با اصول اساسی اتریوم برای امنیت و غیرمتمرکز بودن هم خوانی‌داشته باشد، کار ساده‌ای نیست. این کار مستلزم تحقیق بسیار زیاد و پیشرفت‌هایی در حوزه‌ی رمزنگاری، اقتصاد ارزهای رمزنگاری‌شده و طراحی مکانیزم برای رسیدن به نقطه‌ای است که در آن حرکت از الگوریتم اثبات کار به الگوریتم اثبات سهام ممکن باشد.

مصرف انرژی الگوریتم اثبات کار

الگوریتم اثبات کار راهی بسیار قدرتمند برای ایمن‌سازی شبکه و اعمال تغییرات صادقانه در زنجیره‌ی بلوکی است، اما به چند دلیل مشکل‌ساز است. از آن جا که حق اسخراج یک بلوک نیاز به حل یک پازل محاسباتی قراردادی دارد، استخراج‌گران می‌توانند شانس خود را با هزینه کردن برای سخت‌افزار قوی‌تر بالاتر ببرند. این مشوق‌ها باعث ایجاد رقابتی سنگین بین استخراج‌گران می‌شود که مستلزم افزودن تجهیزات استخراجی با مصرف انرژی روزافزون است. در حال حاضر پروتکل اثبات کار اتریوم مصرف انرژی سالانه‌ای تقریباً برابر با مصرف انرژی سالانه‌ی کشور فنلاند¹ و اثر کربنی شبیه به کشور سوییس¹ دارد.

اثبات مالکیت سهام

آینده‌ای سبزتر برای اتریوم در حال ساخت است. این آینده به شکل زنجیره‌ی اثبات سهام (PoS) است. در چارچوب اثبات مالکیت سهام، حل پازل قراردادی ضروری نیست. حذف کردن حل پازل می‌تواند باعث کاهش شدید مصرف انرژی لازم برای امنیت شبکه شود. استخراج‌گران جای خود را به اعتبارسنج‌هایی می‌دهند که همان کار را انجام می‌دهند، با این تفاوت که بهجای اینکه دارایی خود را برای کار محاسباتی خرج کنند، اتر خود را به عنوان وثیقه برای انجام کار و رفتار صادقانه سهام‌گذاری می‌کنند. اگر اعتبارسنج کُند باشد (برای انجام برخی وظایف اعتبارسنجی برخط نباشد)، اتریوم سهام‌گذاری‌شده‌ی او می‌تواند به‌آرامی از بین برود، حال آنکه رفتار ناصادقانه قابل‌اثبات منجر به «جریمه‌ی کاهش سهم» دارایی‌های سهام‌گذاری‌شده می‌شود. این موضوع باعث تشویق قابل‌توجه مشارکت فعال و صادقانه در تأمین امنیت شبکه می‌شود.

همانند الگوریتم اثبات کار، یک موجودیت بداندیش نیاز به حداقل 51% از اتر سهام‌گذاری‌شده در شبکه دارد تا یک حمله‌ی 51% را انجام دهد. با این حال، برخلاف الگوریتم اثبات کار، که در آن هزینه‌ی تولید انرژی هش موردنیاز برای استخراج تنها زیان بالقوه‌ی از دست دادن یک حمله‌ی ناموفق است، در الگوریتم اثبات مالکیت سهام، زیان احتمالی یک حمله تمام مقدار اتر استفاده‌شده به‌عنوان وثیقه است. این ساختار بازدارنده امکان امنیت شبکه با اثبات مالکیت سهام را فراهم می‌کند و در عین حال نیاز به مصرف انرژی برای محاسبات قراردادی را از بین می‌برد. توضیحات مفصل درباره‌ی امنیت شبکه تحت الگوریتم اثبات مالکیت سهام را می‌توان در اینجا و اینجا یافت.

ادغام

یک زنجیره‌ی در حال کار اثبات سهام به نام زنجیره‌ی بیکن وجود دارد که از دسامبر 2020 در حال کار است و نمایانگر میزان کار و پویایی پروتکل اثبات مالکیت سهام است. ادغام به نقطه‌ای از زمان اشاره می‌کند که اتریوم اثبات کار را رها می‌کند و به‌طور کامل از اثبات سهام استفاده می‌کند. انتظار می‌رود که این ادغام حوالی سه‌ماهه‌ی سوم/چهارم سال 2022 رخ دهد. اطلاعات بیشتر در مورد ادغام.

مصرف انرژی اثبات مالکیت سهام

زنجیره‌ی بیکن در کنار اعتمادسازی برای مکانیزم اثبات مالکیت سهام، تخمینی از میزان مصرف انرژی اتریوم پس از ادغام نیز در اختیار ما قرار می‌دهد. تخمینی جدید پیشنهاد می‌دهد که ادغام به اثبات مالکیت سهام می‌تواند 99.95% میزان مصرف انرژی را کاهش دهد و اثبات مالکیت سهام از نظر مصرف انرژی بیش از 2000 برابر نسبت به اثبات کار به‌صرفه‌تر است. مصرف انرژی اتریوم برای هر گره روی شبکه تقریباً برابر با مصرف انرژی یک کامپیوتر خانگی خواهد بود.

تخمین مصرف انرژی اثبات کار برای هر تراکنش در زمان نوشتن این متن بر مبنای داده‌های مه 2021 برابر با 175.54 کیلووات در ساعت است

اجازه بدهید این اعداد را با سرویسی مثل Visa مقایسه کنیم. 100,000 تراکنش Visa معادل 149 کیلووات ساعت انرژی مصرف می‌کند². با فرض اینکه زنجیره‌ای‌سازی اتفاق افتاده باشد، نرخ تراکنش فعلی اتریوم (15 تراکنش بر ثانیه) بیش از 64 برابر (تعداد زنجیره‌ها) خواهد شد؛ بدون در نظر گرفتن بهینه‌سازی‌های دیگر توسط rollupها. یک تخمین واقع‌گرایانه برای اتریوم زنجیره‌ای‌ساخته پس از ادغام با rollupها 25,000 تا 100,000 تراکنش در ثانیه است. ما می‌توانیم از این عدد برای تخمین بیشینه و کمینه‌ی میزان مصرف انرژی برای هر 100,000 تراکنش استفاده کنیم.

• 25,00 تراکنش بر ثانیه.
• 100,000/25,000= 4 ثانیه برای پردازش هر 100,000 تراکنش.

ما همچنین می‌توانیم مصرف انرژی اتریوم در هر ثانیه را با استفاده از تخمین 10,000 اعتبارسنج فعالی که در حال ایمن نگه‌داشتن شبکه هستند تخمین بزنیم (هم‌اکنون بیش از 250,000 اعتبارسنج روی زنجیره‌ی بیکن وجود دارند، اما بسیاری از اعتبارسنج‌ها می‌توانند روی یک گره کارشان را انجام دهند. در حال حاضر، تخمین زده می‌شود که بین 3,000 تا 4,000 گره‌ی مستقل وجود دارد، پس تخمین 10,000 گره برای پس از ادغام معقول است):

1.44 کیلووات ساعت مصرف روزانه * 10,000 گره‌ی شبکه = 14,400 کیلووات ساعت در هر روز. هر روز 86,400 ثانیه است، در نتیجه ‎14,400 / 86,400 =‏ 0.1667 کیلووات ساعت در هر ثانیه.

اگر آن را در مدت زمانی که برای پردازش 100,000 تراکنش طول می‌کشد ضرب کنیم: 0.1667‎ * 4‏ = 0.667 کیلووات ساعت.

این مقدار تقریبا برابر 0.4% از مصرف انرژی است که Visa برای همین تعداد تراکنش استفاده می‌کند، یا می‌توان گفت که مصرف انرژی در مقایسه با شبکه‌ی اثبات کار فعلی اتریوم، تقریباً 225 بار کمتر است.

با همین محاسبات برای بیشترین میزان تراکنش بر ثانیه به عدد 0.1667 کیلووات ساعت بر ثانیه می‌رسیم که تقریبا 0.1% از مصرف انرژی Visa، یا تقریبا 894 بار کاهش است.

یادداشت: مقایسه بر اساس تعداد تراکنش‌ها کار تماماً دقیقی نیست، چرا که مصرف انرژی اتریوم برحسب زمان است. مصرف انرژی اتریوم در 1 دقیقه ثابت است؛ چه 1 تراکنش انجام دهد و چه 1,000 تراکنش.

ما باید در نظر بگیریم که اتریوم تنها به تراکنش‌های مالی محدود نمی‌شود، بلکه یک بلتفرم کامل برای ساخت قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیر متمرکز است.

یک اتریوم سبزتر

گرچه مصرف انرژی اتریوم از گذشته قابل‌توجه بوده است، توسعه‌دهندگان برای گذار از اعتبارسنجی با مصرف انرژی بالا به اعتبارسنجی با مصرف انرژی بهینه زمان و توان فکری قابل‌توجهی را صرف کرده‌اند. همان‌طور که Bankless اشاره می‌کند، بهترین راه برای کاهش مصرف انرژی اتریوم با اثبات کار این است که خیلی راحت «آن را خاموش کنیم»، و این دقیقاً همان راهی است که اتریوم در پیش گرفته است.

اگر فکر می‌کنید این آمار نادرست است یا می‌توان آن را دقیق‌تر گفت، لطفاً آن را در قالب یک موضوع یا PR مطرح کنید. این‌ها تخمین‌هایی است که توسط تیم nexus.org و با استفاده از اطلاعات در دسترس عموم و نقشه‌ی راه فعلی اتریوم انجام شده است. این اظهارنظرها بیانگر وعده‌ای رسمی از طرف بنیاد اتریوم نیستند.

اطلاعات بیشتر

• انرژی به اندازه‌ی یک کشور، دیگر نه – کارل بیخویزن، 18 مه 2021
• مصرف انرژی اتریوم
• انتشار کربن اتریوم: یک تخمین پایین به بالا – کایل مک‌دونالد
• شاخص مصرف انرژی اتریوم – Digiconomist
• ETHMerge.com — @InsideTheSim

موضوعات مرتبط

• چشم‌انداز اتریوم
• زنجیره‌ی بیکن
• ادغام
• زنجیره‌ای‌سازی

پانویس‌ها و منابع

1. مصرف انرژی اثبات کار اتریوم

مصرف انرژی کشورها در مقایسه با اتریوم (تراوات ساعت سالانه)

2. مصرف انرژی Visa

مصرف انرژی میانگین شبکه‌ی بیت‌کوین برای هر تراکنش در مقایسه با شبکه‌ی VISA در سال 2020، Statista

گزارش مالی Visa سه‌ماهه‌ی چهارم سال 2020