Криптовалюта скоро сядет на энергетическую диету, чтобы конкурировать с более эффективными блокчейнами

На фоне ажиотажа вокруг Биткоина его «младший брат» Ethereum отошел в тень. Но проект с рыночной капитализацией около 10 млрд долларов вряд ли можно считать незаметным. И объемы энергопотребления этой криптовалюты также впечатляют.

В сравнении с майнингом биткоина майнинг эфира потребляет от четверти до половины меньше энергетических ресурсов. Но это преимущество не отменяет факта, что большую часть 2018 года Ethereum потреблял почти столько же электричества, сколько вся Исландия. Энергия, необходимая для проведения обычной транзакции в Ethereum, сопоставима с тем, сколько электричества средняя американская семья «сжигает» за день.

«Даже если не брать в расчет проблемы избытка углекислого газа в атмосфере и загрязнения окружающей среды, то речь все равно идет о расходовании огромного количества ресурсов. Реальные потребители — люди, нуждающиеся в электричестве, — могут таким образом его недополучать», — говорит Виталик Бутерин, 24-летний канадско-российский программист, который изобрел Ethereum в 18 лет.

В 2019 году Бутерин планирует всерьез взяться за проблему энергопотерь. Организация Ethereum Foundation, которую он соосновал, и внушительная часть криптосообщества собираются приступить к давно обсуждаемой основательной переработке кода Ethereum. И, если расчеты разработчиков верны, к концу 2019 года транзакции станут экономичнее на 99%.  


Попытка перерождения Ethereum станет «одним из самых захватывающих технологических зрелищ» года. Так считает Заки Маньян, консультант криптовалютного стартапа Cosmos. По его мнению, специфика процесса разработки Ethereum потребует совместной, организованной и открытой работы многих программистов и организаций. Им придется прийти к согласию по поводу спецификаций, изобрести необходимые технологии и объединить их в единое целое, чтобы платформа заработала по-новому. «На сегодня это самый амбициозный открытый технологический проект, которым когда-либо занималось комьюнити», — говорит Маньян.

Как и Биткоин, блокчейн-сеть Ethereum основана на цифровом реестре транзакций, за работой которого следит все сообщество пользователей. Однако Бутерин спроектировал Ethereum не просто как некую базу, управляемую без вмешательства центрального органа. Согласно его видению, Ethereum должен стать глобальным компьютером, децентрализованным, доступным для всех, и, по сути, полностью защищенным от простоев, цензуры и мошенничества.

Большой потенциал блокчейна Ethereum обусловлен его возможностью хранить данные, поддерживать решения и автоматизировать распределение ценности. Он справляется с подобными задачами с помощью смарт-контрактов — программ, написанных пользователями или разработчиками на специальном языке, созданном именно для этих целей. «Умные контракты» имеют очевидный бизнес-потенциал. Однако основные надежды возлагаются на то, что разработчикам удастся с их помощью создавать приложения, которые в конечном счете превратят Ethereum в мощнейшую платформу для облачных вычислений.

Но реальность пока отличается от этого грандиозного видения. На базе платформы уже действуют несколько проектов с капитализацией в несколько миллионов долларов, но даже Бутерин признает, что Ethereum потребляет несопоставимо больше электроэнергии, чем приносит пользы обществу.

Все беды от майнинга. Как и во многих других криптовалютах, процесс майнинга в Ethereum связан с вычислительным алгоритмом Proof-of-work (PoW). В рамках PoW все участники стремятся подтвердить новые транзакции и добавить их в глобальный распределенный реестр. Победитель забирает себе все выпущенные в процессе единицы криптовалюты. И чем больше вычислительной мощности находится в распоряжении пользователя, тем выше его шансы на получение прибыли.

Само устройство PoW-майнинга вынуждает его потреблять много ресурсов. Он призван защищать блокчейн от попыток захватить контроль над сетью. Так, если вычислительная система биткоин-майнера сконцентрирует в себе более 51% вычислительной мощности всей сети, то майнер сможет подменить информацию в давно завершенных транзакциях. И пользователям Биткоина будет некуда обратиться за помощью, поскольку майнеры ведут свою деятельность анонимно.

В теории PoW сохраняет распределенность майнинга. Однако на практике разработка специализированных интегральных схем (ASIC) для майнинга, производимых группой китайских фабрик, позволила сконцентрировать управление многими криптовалютами в руках нескольких игроков.

В борьбе против концентрации майнинговой мощности Ethereum шагнул чуть дальше. Эфир использует вариант алгоритма PoW, интенсивно потребляющий оперативную память, в результате чего использование ASIC становится неэффективным.

Но и такое новшество не остановило взрывной рост вычислительной мощности, направленной на добычу эфира. Объем ресурсов, выделенный на эту задачу, вырос в 25 раз в 2017 году. После роста цены токена с 8 до 862 долларов майнинговые компании начали открывать дата-центры, полностью оборудованные графическими процессорами, отлично подходящими для майнинга эфира.

Возросший спрос на электроэнергию вызвал недовольство у защитников окружающей среды. Коммунальные службы и жители отдельных регионов считают, что майнинг создает существенные финансовые риски и издержки неиспользованных возможностей. По их мнению, криптовалютные майнеры потребляют все дешевое электричество, создавая при этом очень мало рабочих мест. Попытки удовлетворить спрос майнеров потянут за собой усовершенствование оборудования, которое окажется ненужным, если цены на криптовалюты упадут, и майнинговая деятельность будет прекращена.

Недавняя динамика рынка подтверждает опасения коммунальных служб. Год назад стоимость эфира достигала 1385 долларов, а после началось стабильное падение. В ноябре 2018-го цена опустилась ниже отметки в 120 долларов, чего достаточно, чтобы сделать майнинг нерентабельным. Согласно прогнозам Digiconomist, сайта, созданного одним из блокчейн-специалистов PwC, в ближайшее время майнеры Ethereum сократят свое потребление электроэнергии более чем вдвое.

Неудивительно, что некоторые коммунальные службы вроде монреальской Hydro-Quebec повышают тарифы на электроэнергию для майнеров. Подобное противодействие со стороны энергетических компаний может еще сильнее пошатнуть безопасность PoW-криптовалют. Ограниченный доступ к электроэнергии и рост цен на нее сделают процесс входа в майнинг для новых игроков менее привлекательным, и текущие игроки сконцентрируют в своих руках еще больше мощностей, а в результате вырастет риск сговоров и мошенничества.

Для Бутерина сокращение энергопотребления было частью плана с самого начала существования эфира. Многие сторонники Ethereum также согласны с этой мерой. «Большая часть сообщества Эфириума считает, что  PoW потребляет слишком много ресурсов. Для меня это вопрос приоритетный», — говорит Пол Хонер, один из основателей австралийской компании по кибербезопасности и развитию блокчейна Sigma Prime и разработчик, поддерживающий Ethereum.

Алгоритм PoW в Ethereum планируют заменить на Proof-of-stake (PoS) — альтернативный механизм распределенного консенсуса, впервые примененный на практике в криптовалюте Peercoin, запущенной в 2012 году. Вместо гонки за первенство между миллионами процессоров, одновременно обрабатывающих одну и ту же транзакцию, PoS случайно выбирает один из них для решения задачи.

В PoS участники называются валидаторами, а не майнерами. Ключевой момент этой схемы заключается в том, что валидаторы должны сохранять честность. Участнику нужно доказать, что ему есть что терять. То есть он предоставляет некоторое количество эфира в качестве залога. И чем больше он готов выделить для участия в процессе, тем выше шанс получить возможность валидации транзакций. Одновременно с ростом залога растет и моральный эффект от его потери при попытках мошенничества.

По словам Бутерина, переход на PoS сократит потребление электроэнергии более чем в сто раз. «PoW-работа и есть та составляющая, которая потребляет существенную долю электроэнергии. Сами по себе блокчейн-транзакции не требуют большой вычислительной мощности, по сути представляя собой лишь операции подтверждения цифровых подписей. И речь не идет о каких-нибудь тяжелых 3D-матрицах или машинном обучении на гигабайтах данных», — говорит Бутерин.

Сокращение вычислительной мощности и потребления электроэнергии — не просто шаг в сторону развития экологического общества. Здесь есть и финансовая выгода, поскольку принятая мера приведет к снижению темпов добычи нового эфира и повышению его ценности. «PoS-валидаторы не расходуют много электроэнергии, и потому нам не придется вознаграждать их в таких количествах», — говорит Даррен Лэнгли, старший блокчейн-разработчик в австралийской компании Rocket Pool, занятый созданием приложения, которое собирает залоговые пулы, выплачивающие своим членам процент от общего объема добытой криптовалюты.

Переход на PoS также может улучшить безопасность платформы. Механизм PoS предполагает, что расположение аккаунта каждого валидатора известно, и аккаунт может быть уничтожен в случае нарушения правил. Влад Замфир, главный PoS-разработчик Ethereum Foundation, сравнивает это с ситуацией, в которой биткоин-комьюнити смогло бы поджигать дата-центры майнеров, злоупотребивших своими возможностями.

Преимущества PoS убедили Ethereum-сообщество перейти к нему еще в 2015 году, и лидеры вроде Бутерина предполагали, что сделать переход удастся в течение 1-2 лет. Чтобы показать серьезность намерений, главные разработчики платформы перепрограммировали PoW-код на экспоненциальный рост сложности майнинга. Эта мера, также известная как «бомба сложности», замедлила создание новых блоков транзакций в конце 2016 года и, предположительно, должна принудительно остановить майнинг эфира несколько лет спустя.

Бомба эта, однако, сработала скорее как будильник с кнопкой выключения. В октябре 2017 года, когда время, затрачиваемое на майнинг, выросло почти вдвое, команда Ethereum сбросила счетчик, отложив судный день PoW на 12 месяцев. И, скорее всего, им придется снова сделать нечто подобное в ближайшее время.

Дело не в том, что команда Ethereum «тянет резину». По словам Бутерина, разработчики платформы в теории уже одолели большую часть проблем, связанных с переходом на PoS, но процесс трансформации теоретических решений в эффективное ПО продвигается медленнее, чем ожидалось.

Надежда на изменения в 2019 году подогревается решением, которое лидеры Ethereum одобрили в июне 2018-го. Ранее они собирались встроить PoS в существующий блокчейн Ethereum. В июне они отказались от этой идеи и планируют начать переход на новый блокчейн, работающий только на PoS.

Внедрение этого «двухчейнового» решения с рабочим названием Ethereum 2.0 имеет особое значение для программистов Ethereum, поскольку продолжение работы с оригинальным блокчейном вынудило бы их описывать логику PoS с помощью изощренного набора смарт-контрактов. Хонер, ведущий разработчик инициативы Lighthouse по созданию клиента Ethereum 2.0, считает язык смарт-контрактов довольно сложным инструментом для написания комплексных конструкций. «Смарт-контракты — ограниченная среда для вычисления. Она не позволяет делать комплексные вещи», — делится своими впечатлениями разработчик.

Спустя несколько месяцев после решения о переходе на Ethereum 2.0 его PoS-спецификация в общих чертах была определена. Около десятка команд уже работают над новым ПО с помощью разных языков программирования. Группа Хонера в Sigma Prime, например, разрабатывает клиент Ethereum 2.0 на Rust. Они ожидают, что это и другие приложения заработают в бета-сети PoS или тестовых сетях в начале 2019 года.

Бутерин говорит, что публичные тестовые сети также помогут запустить другое инновационное решение Ethereum 2.0 — цепочки с множеством ветвей для улучшения пропускной способности транзакций. И произойти это может уже к концу 2019 года. Но он все же оговаривается о возможности появления «непредсказуемостей», которые могут сдвинуть сроки реализации.

С учетом многомиллиардной капитализации сети Ethereum есть что терять в случае нестабильного запуска или возникновения проблем с безопасностью. Чтобы принять участие в работе нового PoS-чейна, держателям эфира придется создать смарт-контракт в оригинальном блокчейне Ethereum, что безвозвратно переведет криптовалюту на новый блокчейн. Любая оплошность может поставить под угрозу всю экосистему проектов, использующих умные контракты Ethereum.

Платформе есть что терять и в случае дальнейших задержек. Целый ряд проектов вроде Cardano, Dfinity, EOS, Cosmos, обеспеченных финансовыми и другими ресурсами, трудятся над созданием собственных PoS-блокчейнов. Как и Ethereum, они стремятся доказать, что высокая безопасность и энергоэффективность могут хорошо сочетаться в рамках одной платформы.

Первый проект, которому удастся реализовать потенциал концепции блокчейн-приложений, с большой вероятностью может стать облачной платформой будущего. А его соперников ждет забвение. «Эта среда по природе своей очень конкурентная, — говорит Маньян. — Лишь одной из платформ удастся выжить».