Toán Học Khó Khăn Đằng Sau Vấn Đề Nóng Lên Toàn Cầu của Bitcoin

Hãy để tôi kể cho bạn nghe một chút. Bạn biết bitcoin là gì, phải không? Tóm lại, đó là một “tiền điện tử” giống như tiền của máy tính bí mật. Một bitcoin, mà thực chất không có hình dạng vật lý, hiện đang có giá khoảng $16,000. Nhưng để có được nó, bạn có thể mua chúng từ các sàn giao dịch trực tuyến hoặc sử dụng phần cứng máy tính chuyên biệt để “đào” nó. Phần cuối cùng đó là lý do khiến mọi người hoảng sợ.

Trong báo cáo tuần trước, trang web tiền điện tử Digiconomics cho biết toàn cầu đang sử dụng nhiều điện năng hơn cả Serbia để đào bitcoin. Tác giả Eric Holthaus viết cho Grist đã tính toán rằng đến tháng 7 năm 2019, mạng ngang hàng Bitcoin—nhớ BitTorrent không? Giống như vậy—sẽ yêu cầu nhiều điện năng hơn toàn bộ Hoa Kỳ. Và đến tháng 11 năm 2020, nó sẽ sử dụng nhiều điện năng hơn toàn bộ thế giới sử dụng hiện nay.

Điều đó là không tốt. Nó có nghĩa là Bitcoin phát thải lượng khí CO2 tương đương với 17.7 triệu tấn mỗi năm, một cú tát lớn vào khí hậu trái đất và những người thích thú với những thứ như bờ biển, rừng, và không muốn chết vì các bệnh do muỗi truyền nhiễm. Nếu nhìn nhận thông qua một phép ẩn dụ khác, mạng ngang hàng Bitcoin thực sự là một siêu trí tuệ phân tán hoàn toàn tận tụy để tạo ra bitcoin, vì vậy dĩ nhiên nó muốn chuyển đổi toàn bộ năng lượng (và do đó là vật chất) trong vũ trụ thành bitcoin. Đó đơn giản là công việc của nó. Và nếu nó phải tuyển mộ những người hâm mộ tham lam bằng cách trả cho họ giá trị ảo, vậy thì được rồi. Hãy giải phóng tiền mã hóa gây nghiện!

Bạn không thể lừa dối cách vào việc giải quyết toán đó. Thuật toán SHA-256 được thiết kế, có chủ đích, để khó đến mức yêu cầu tính toán bằng sức mạnh brute-force. Hãy thử nghiệm càng nhiều câu trả lời tính toán càng nhanh càng tốt. Điều này có nghĩa là bạn phải để máy tính của mình luôn bật, chạy quạt để làm mát bộ xử lý nhanh, nóng của bạn. “Việc tiêu thụ năng lượng là một tính năng an ninh. Đó là điều tốt,” Sirer nói. “Để kiểm soát hệ thống, bạn phải chi tiêu ít nhất bằng số tiền hệ thống đang chi tiêu bây giờ. Bạn phải sở hữu 51 phần trăm của tất cả sức mạnh hashing.”

Điều này là một tính năng, không phải là lỗi (là điều mà một siêu trí tuệ phân tán sẽ nói). “Nếu bạn mô tả mô hình và nói, 'không chỉ không có ai quản lý mà các nút có thể tham gia hoặc rời mạng bất kỳ lúc nào, nhưng mọi người đều thiết lập một quan điểm chung về blockchain,' đó không phải là điều mà các nhà khoa học máy tính nghĩ là có thể,” Joseph Bonneau, một nhà khoa học máy tính tại NYU nói. “Việc bitcoin có thể làm điều này đã là một điều bất ngờ và đổi mới lớn. Chi phí là nó sử dụng bằng chứng cho công việc, và mục đích của nó là làm cho việc thêm vào blockchain trở nên đắt đỏ.”

Vậy là nơi mà vấn đề bình đẳng đó bị phá vỡ. Ban đầu, những người hâm mộ tiền điện tử có thể chạy phần mềm đào trên máy tính cá nhân của họ. Điều này tiếp theo. Đầu tiên, mọi người nhận ra rằng đơn vị xử lý đồ họa (GPU) hoạt động tốt hơn trong tính toán băm so với CPU thông thường. Chúng sử dụng nhiều năng lượng hơn và yêu cầu làm mát phức tạp hơn, nhưng vẫn thế. Sau đó, mọi người bắt đầu tùy chỉnh chip Field Programmable Gate Array, mua sẵn và sau đó tùy chỉnh cho đào. Ngày nay, phần cứng ưa thích là Mạch tích hợp Cụ thể Ứng dụng, được đặt hàng theo cấu hình cụ thể cho Bitcoin và được lắp đặt trong các trung tâm dữ liệu chuyên biệt.

Không chỉ làm cho khai thác bitcoin trở nên tập trung, mà nó cũng làm hỏng việc sử dụng năng lượng. Những người đào bitcoin tiên tiến nhất hiện nay tiêu tốn 0.3 watts cho mỗi tỷ lệ tính toán băm, hoặc “gigahashes.” Đảo ngược tính toán đó và bạn sẽ có 300 GHz mỗi giây cho mỗi kilowatt. Vì vậy, bản phác thảo cơ bản là 13,600 petahashes mỗi giây với 234 kWh được tiêu thụ bởi mỗi giao dịch, mang lại 32.71 terawatt-giờ được tiêu thụ bởi mạng Bitcoin - hoặc 0.15 phần trăm tổng lượng tiêu thụ điện trên thế giới.

Phần cứng hiệu quả hơn sẽ không giải quyết vấn đề đó. Trong khoảng thời gian từ 2014 đến 2017, tốc độ băm tăng từ 300,000 lên 2 triệu mỗi giây, và hiệu quả phần cứng tăng từ 2,000 megahashes trên mỗi joule lên 10,000 MH/J, theo lời David Malone, một nhà khoa học máy tính tại Đại học Maynooth. Vì vậy, nó gần như bị hủy bỏ. Trong năm 2017, tốc độ băm tăng lên gần 12 triệu, Malone nói, “nhưng phần cứng không có nhiều cải tiến.”

Vì vậy, tiêu thụ năng lượng tăng lên, và người đào bitcoin hiện đang xây dựng đám mây ASIC ở những nơi có điện rẻ, như Iceland (nơi năng lượng nhiệt độ dồi dào) hoặc Trung Quốc (nơi điện được chính phủ bảo lãnh và bitcoin là một cách tốt để đầu cơ mà không cần quy định). Bởi vì đó là nơi họ có thể đưa thêm máy chủ vào mạng để đào thêm bitcoin.

“Bây giờ, hãy công bằng với bitcoin, mà không giảm thiểu vấn đề,” Sirer nói. “Chi phí năng lượng sử dụng bất kỳ cơ chế nào khác để theo dõi tài sản, để hoàn thiện chúng, để đảm bảo rằng sách được sắp xếp đúng hoặc chi phí năng lượng để vận hành một nền kinh tế dựa trên tiền mặt, in tiền, xử lý tiền mặt, rút tờ tiền ra khỏi lưu thông và in tiền mới—chúng khá tương đương khi tôi nhìn vào điều này cách đây một năm.” Vì vậy, có lẽ. Digiconomy ước tính rằng toàn bộ mạng tín dụng Visa sử dụng khoảng một ba nghìn phần ba tổng năng lượng của Bitcoin. Điều này không tính đến năng lượng được sử dụng bởi văn phòng Visa, nhưng ngược lại, khác với bitcoin, bạn thực sự có thể mua sắm với Visa. À, và Google—toàn bộ Google, cả Google—chỉ sử dụng 5.7 TWh vào năm 2015 và chuyển sang nguồn năng lượng tái tạo hoàn toàn vào năm 2017.

Người đào sử dụng phần cứng nhanh hơn, hiệu quả hơn không phải để sử dụng ít điện mà để thực hiện nhiều hơn. Đó là cách mà mọi người luôn triển khai các công nghệ hiệu quả năng lượng hơn. Điều này xảy ra với hơi nước. Nó xảy ra với dầu. Đang xảy ra với đèn LED—chúng hiệu quả năng lượng hơn, nhưng sự giới thiệu của chúng không giảm tổng lượng điện được sử dụng để chiếu sáng. Người ta đã chỉ lắp đặt nhiều đèn sáng hơn. “Giá trị của một bitcoin càng lớn, người ta sẽ sẵn lòng tiêu thụ nhiều điện hơn để cạnh tranh lấy nó,” Michael Taylor, một nhà khoa học máy tính tại Đại học Washington, nói. “Việc cải thiện hiệu quả năng lượng của phần cứng đào bitcoin chỉ giúp phần tuyến tính, vì việc cải thiện hiệu quả năng lượng đơn giản là có nghĩa là người ta có thể triển khai thêm máy đào với chi phí vận hành giống nhau.”

Chứng minh cho công việc là một vấn đề. Vậy có lẽ bạn có thể loại bỏ nó. Các nhà nghiên cứu tiền điện tử đang nghĩ về các phương pháp khác. Một trong những phương pháp, đào tài nguyên hiệu quả, giảm công việc nhưng sử dụng phần cứng đáng tin cậy để thực hiện. Một phương pháp khác, chứng minh cổ phần, trao đổi công việc tính toán cho giá trị trước đó. “Bạn chỉ để mọi người tạo khối tỷ lệ với số lượng tiền họ nắm giữ, vì vậy người nắm giữ tiền lớn tạo ra hầu hết các khối,” Bonneau nói. Nói cách khác, thay vì làm cho việc đào trở nên đắt đỏ về tính toán, bạn chỉ làm cho nó trở nên đắt đỏ. “Nó có thể giảm tiêu thụ năng lượng xuống gần như không, nhưng thực sự chúng ta chưa—” anh ta dừng lại ở đây “—có một vài nhóm nghiên cứu đang làm việc trên điều này,” Bonneau kết luận.

Nhưng có vẻ một quý tộc bitcoin có vẻ tốt, phải không? “Không rõ ràng rằng nó tồi tệ hơn là để bất kỳ ai có thể tạo khối là ai sẵn lòng đốt cháy nhiều điện nhất,” Bonneau nói, “điều này chỉ là những người ở sa mạc Trung Quốc nhận điện được bảo trợ, hoặc ở bất kỳ nơi nào khác trên thế giới.”

Vậy được rồi, hãy thay đổi hướng. Ngay bây giờ, thuật toán băm là công việc vô dụng, có chủ đích. Nó bị đốt cháy. Làm thế nào về việc biến nó thành điều hữu ích? Đó là một mạng P2P thực hiện tính toán cộng tác. Làm thế nào về việc tìm kiếm tín hiệu từ người ngoài hành tinh, hoặc tìm hiểu cách làm cho protein hữu ích cho y học, hoặc giải quyết các vấn đề mật mã và phân tách số thực? Nhưng không. “Tôi sẽ nói cho bạn vì sao điều đó không xảy ra, và đó là ngoan cố,” Sirer nói. “Nếu bitcoin được đào bằng cách làm điều gì đó hữu ích, thì sẽ có sự tương ứng giữa công việc hữu ích và số lượng bitcoin bạn nhận được… Điều này tạo ra một điểm mấu chốt tâm lý trong tâm trí mọi người về giá trị của một bitcoin.”

Xem đi, ngay bây giờ, giá của một bitcoin đang dao động tùy ý. Nó được xác định bởi xã hội. Đúng, vì bạn không muốn một loại tiền tệ quốc tế có tỷ giá hợp lý, vìiiiiiiii đợi một chút. Tiền là nên có tỷ giá hối đoái hợp lý với tiền khác! Đó là một trong những điều làm cho nó trở thành tiền. Và công việc tính toán của mạng P2P toàn cầu không chỉ là lời nói phét, đúng không? “Ban đầu tôi nghĩ nó nên có ích hơn, nhưng đây là,” Sirer nói. “Tại sao lại kết hợp số phận của bạn với điều gì đó như gập protein? Điều gì xảy ra khi gập protein trở nên dễ dàng bằng cách khác? Bạn kết thúc việc liên kết số phận của hệ thống mới của bạn với các công nghệ khác.”

Không thể loại bỏ chứng minh công việc. Bạn không thể làm cho công việc trở nên hữu ích. (Hoặc nếu bạn làm một trong những điều đó, bạn có thể có một loại tiền điện tử khác, nhưng bạn sẽ không có bitcoin.) Làm cho phần cứng hiệu quả hơn không giúp ích gì cả. Nhưng điều này đủ rồi. Hãy không nói Bitkhông. Hãy nói Bit có thể.

Nếu mục tiêu là giảm gánh nặng năng lượng, thì làm sao về việc làm cái gì đó thú vị hơn với phần cứng? “Một giải pháp ngắn hạn tốt sẽ là khôi phục lại nhiệt độ cho sự sưởi ấm,” Taylor nói. Anh chỉ ra, ví dụ, nỗ lực của Stockholm để sưởi ấm nhà bằng khói từ các trung tâm dữ liệu. Đến mức một thành phố sẽ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch để sưởi ấm nhà, đây là một giải pháp thân thiện với môi trường mang lại giá trị hơn.”

Đúng, nhưng nó cũng mang lại cảm giác có cái gì đó không từ gì mà khiến các nhà vật lý phát điên. Điều này cũng đòi hỏi xây dựng một hạ tầng hoàn toàn mới xung quanh đám mây ASIC, mặc dù ai cũng biết rằng phần cứng đào tạo được cải thiện và thay đổi. Sự thật là, nguồn năng lượng rẻ nhất và có mật độ năng lượng cao nhất đến từ nhiên liệu hóa thạch gây biến đổi khí hậu, và hệ thống đào bitcoin khuyến khích việc sử dụng năng lượng rẻ nhất. Tôi thích, một chút, ý tưởng đặt một cặp thermoelectric ở bên ngoài hệ thống đào bitcoin và chuyển nhiệt trực tiếp thành điện, giống như một chiếc lò Biolite, nhưng vẫn—quy luật nhiệt độ học nói rằng bạn chỉ đạt được những gì bạn trả giá.

Nếu toán học và vật lý không giúp ích, có lẽ kinh tế sẽ. Người đào bitcoin chạy phần cứng chỉ trong thời gian có thể trả cho điện. Nếu giá trị của bitcoin giảm hoặc giá điện tăng lên, máy chủ sẽ tắt nguồn. Các vấn đề băm trở nên khó khăn theo cấp số nhân, và mỗi bốn năm kích thước thưởng giảm một nửa. Hiện tại là 12.5 bitcoin mỗi khối, nhưng “lần giảm tiếp theo là vào tháng 6 năm 2020,” Taylor nói. “Khi giá bitcoin ổn định, thì năng lượng toàn cầu net, do thưởng khối, sẽ bắt đầu giảm thay vì tăng.”

Sự giảm thưởng đặt một giới hạn cho tổng số bitcoin có thể tồn tại trên thế giới. Đó là 21 triệu, và đường xu hướng hiện tại dẫn đến việc chúng gần như được khai thác hết vào khoảng năm 2032.² Khi điều đó xảy ra, phí giao dịch sẽ là đối tác duy nhất được tích hợp vào hệ thống. Một số loại tiền điện tử khác, có lẽ là những loại tiết kiệm năng lượng hơn, sẽ trở nên cạnh tranh hơn. Hiện nay, bitcoin ngày càng trở thành một công cụ cho sự đầu cơ hơn là một loại tiền tệ chủ lực và hữu ích. Và một định luật khoa học mà toán học, vật lý và kinh tế đều chia sẻ là: Bong bóng sẽ nổ.

¹ CẬP NHẬT 15/12/17 7:40 SA Sửa một lỗi chính tả trong tên của băm mật mã
² CẬP NHẬT 15/12/17 1:20 CH Cập nhật để làm rõ rằng 99% bitcoin sẽ được khai thác trước năm 2032.

Đang Nóng Lên

• Dự đoán về biến đổi khí hậu có thể giờ đây ít không chắc chắn hơn

• Gặp nhà khoa học nghiệp dư phát hiện ra biến đổi khí hậu

• Liệu thế giới nóng lên một chút có tệ không? Ồ, đúng rồi.