Несмотря на снижение интереса к криптовалютам в 2018 году, потребление электричества инфраструктурой для их майнинга (эмиссии цифровых денег) выросло примерно на порядок с начала 2017 года — до 73 тераватт/час. Годовые затраты на электричество (с начала лета 2017 года до конца текущего) превысили $3,5 млрд. Это несет угрозы экономике, энергетике и даже экологии.
Энергозатратный процесс
Почему биткоину, живущему только в электронной форме, нужно столько энергии? Проблема в механизме Proof-of-Work. Распределенные системы, хранящие информацию о деньгах и их движении, защищаются от злоупотреблений тем, что в блокчейн попадает информация, получаемая в результате решения сложных алгоритмических задач. Решение задачи означает создание (говорят «закрытие) нового блока, который содержит информацию о транзакциях (записях) распределенного реестра. За закрытие блока нашедшему решение выдается награда в криптовалюте. Для криптовалютной сети биткоин сейчас — это 12,5 биткоина за каждый закрытый блок. Эта премия уменьшается вдвое каждые четыре года.
Механизм Proof-of-Work дает возможность каждому узлу сети проверить корректность добавления нового блока: другими словами, убедиться в том, что другой узел, добавляющий новый блок в блокчейн, действительно проделал необходимые расчеты. В ходе проверки находится хеш (символьная строка) заголовка нового блока, которая содержит в себе ссылку на предыдущий блок. Таких операций хеширования, отмечает де Врис, в марте 2018 года в мире проводилось порядка 26 квинтильонов (миллиард миллиардов) в секунду.
Этот механизм породил индустрию майнинга (заработка на закрытии блоков) и сделал ее гигантским потребителем электричества. В 2012 году суммарная мощность сети биткоина превысила самый мощный суперкомпьютер в мире. Компьютерам для решения алгоритмических задач нужно много энергии. Они становятся все более производительными, но усложняются и расчеты в протоколе биткоина — раз в две недели, после заполнения каждых следующих 2016 блоков. Иначе бы майнеры генерировали слишком много цифовой валюты. В плане потребления энергии это порочный круг: чем более дешевым и эффективным становится оборудование для майнинга, тем более сложные задачи приходится ему решать, чтобы не вызвать перепроизводства криптовалюты.
Количество биткоинов алгоритмически ограничено, но сколько энергии на их майнинг будет потрачено? Де Врис опасается, что затраты электричества на биткоин могут вырасти с текущих 0,5% мирового энергопотребления до 5%. По его оценкам, при доходах майнинговой индустрии в $5 млрд в 2018 году затраты на оборудование и электричество составят около $3,7 млрд. Оппоненты считают его оценку завышенной в три раза.
Если доходы майнеров перестанут окупать затраты на оборудование и электричество, майнинговые фермы будут демонтированы. Если, конечно, майнеры честно платят за электричество и им приходится покупать майнинговое оборудование. Бывают и другие случаи — например, один умник использовал суперкомпьютер National Science Foundation, чтобы намайнить биткоинов примерно на $10 000. Затраты университета в связи с этим достигли $150 000. А в Оренбурге на заброшенном заводе была создана едва ли не крупнейшая майнинговая ферма в России и Европе, не заплатившая при этом за 8 млн кВт*ч электричества. Теперь она закрыта.
В августе 2018 года доходы майнеров превышали их расходы примерно на 50%. Это означает, что, если биткоин не будет дорожать, столь взрывного роста потребляемой им энергомощности мы больше не увидим. Но страшно подумать, какой величины могут достигнуть энергозатраты на майнинг, если сбудутся прогнозы криптооптимистов о цене биткоина в $50 000.
Экологическая проблема
Значительная часть электричества на Земле вырабатывается угольными электростанциями. Особенно высока их доля в Китае, на который в 2017 году приходилось 72% производства биткоинов. Правительству даже пришлось начать вытеснение майнеров из страны. Это может быть связано как с борьбой против уклонения от налогов и отмывания денег, так и с планами по созданию собственной государственной криптовалюты.
Биткоин крайне неэкологичен. На обслуживание одной транзакции в биткоинах летом 2018 расходовалось 934 кВт/ч энергии. Для сравнения, на проведение 100 000 транзакций в системе VISA нужно в 5,5 раз меньше энергии. «Углеродный след», производимый биткоином, составляет 17,7 млн т углекислого газа.
Даже в странах, которые вырабатывают в основном «зеленую» энергию, майнинг может стать проблемой. Например, в Исландии холодный климат позволяет экономить на охлаждении, а почти вся энергия получена от экологических источников (солнечные, ветровые и гидроэлектростанции).
Северная страна стала настолько привлекательной, что в 2018 году криптофермы Исландии потребят больше электричества, чем домохозяйства. Если майнинг станет невыгодным, это будет экономическим ударом для энергоиндустрии страны, а также может вызвать технологические сложности: не всегда удается достаточно быстро сократить производство электроэнергии.
В поисках решения
У криптоиндустрии есть способ снизить свою энергоемкость. Один из них — замена Proof-of-Work на другие методы закрытия блоков, например, на Proof-of-Stake. В этом случае шансов сгенерировать следующий блок будет больше у тех узлов, которые уже обладают большим количеством токенов и держат их дольше. Нет нужды строить майнинговые фермы, которые соревнуются в решении алгоритмических задач. Если бы вся криптоиндустрия разом переключилась на Proof-of-Stake, ее энергопотребление упало бы в десятки тысяч раз. В системе с Proof-of-Stake хранение одной единицы криптовалюты в кошельке у владельца эквивалентно одному голосу в борьбе за право пристроить следующий блок в блокчейн. При этом может быть сохранено вознаграждение за создание новых цифровых монет. Такой переход планирует провести сеть Ethereum. А сеть братьев Дуровых TON планирует запустить похожий подход, где эмиссию контролируют избранные пользователи, — он тоже не требует майнинга*.
Сейчас эмиссия биткоинов требует много электричества и негативно влияет на экологию. Механизм Proof-of-Stake избавит криптовалютные сети от энергетической зависимости. При этом придется решить другие этические вопросы: чтобы эмитировать криптовалюту, нужно будет уже обладать криптовалютой. Деньги, по сути, будут выпускаться сообществом людей, которые уже обладают деньгами. Минус этого механизма в том, что он стимулирует концентрацию криптобогатства в одних руках. Но такой механизм по крайней мере не будет наносить вреда экологии и нагружать энергосети, а выход можно будет искать внутри криптосообщества. Например, за счет внедрения гибридных вариантов.
*Примечание для подготовленных читателей:
Еще интереснее построена эмиссия MILE. Каждый из участников экосистемы MILE участвует в подписании блока в равной доли и может стать не только владельцем денег, но и их эмитентом, зарабатывая небольшой процент доходов от эмиссии монет. Отличие заключается в том, что MILE использует ранее не существовавший протокол минтинга (экологичного майнинга) sdBFT, который, будучи похожим на PoS, всё же им не является. Любой протокол PoS имеет ограничение в виде пары десятков активных мастернод, ввиду чего возникает высокая вероятность централизации. В отличие от привычных пользователю стратегий, в экосистеме MILE, первой реализовавшей протокол sdBFT на практике, децентрализация обеспечена программным путём: из десяти тысяч нод для закрытия блока выбираются сто, причём это происходит по алгоритму, который гарантирует энтропию высокого уровня в сочетании с низким потреблением энергии.