ارزهای رمزنگاری شده (Cryptocurrency) فین‌تک (FinTech)

مصرف انرژی بیت‌کوین چقدر است؟

میزان مصرف انرژی بیت‌کوین محل بحث‌های متعددی بوده است. نوشتار پیش ‌رو روشی ابتکاری برای تخمین و پیش‌بینی مصرف انرژی بیت‌کوین مطرح کرده و میزان الکتریسیته مصرفی بیت‌کوین را در حال حاضر به‌طور خارق‌العاده‌ای چیزی حدود مصرف کشور اتریش تخمین می‌زند؛ اما اعداد به‌تنهایی همه حقیقت را نشان نمی‌دهند. آیا بیت‌کوین باعث گرم شدن کره زمین می‌شود؟

مصرف انرژی بیت‌کوین

مصرف انرژی بیت‌کوین

آیا می‌دانستید؟

روش اجماع با حداقل اعتماد بیت‌کوین (Bitcoin) از زمان پیدایش وابسته به الگوریتم اثبات-کار (proof-of-work) بوده است. ماشین‌هایی که «کار» را انجام می‌دهند برای این مهم میزان عظیمی انرژی مصرف می‌نمایند. شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین برای فهم میزان مصرف و ارتقای آگاهی در مورد ناپایداری (unsustainability) الگوریتم اثبات-کار ایجادشده است.

در نظر داشته باشید که این شاخص منحصر به بیت‌کوین و بیت‌کوین‌کش (Bitcoin Cash) بوده و دیگر شاخه‌های بیت‌کوین را در نظر نیاورده است.

ماینرها چه‌کار می‌کنند؟

هر بلوک مجموعه‌ای جدید از تراکنش‌ها است که تقریباً هر ده دقیقه یک‌بار توسط ماینرها به بلاکچین بیت‌کوین اضافه می‌شود. برای کار روی بلاکچین نیازی به وجود اعتماد بین ماینرها نیست. تنها چیزی که ماینرها باید به آن اعتماد کنند کدی است که بیت‌کوین را اجرا می‌کند. این کد شامل چندین قانون برای تائید تراکنش‌های جدید است. برای مثال یک تراکنش تنها زمانی می‌تواند صحیح باشد که فرستنده میزان درج‌شده در تراکنش را دارا بوده باشد. تک‌تک ماینرها به‌صورت انفرادی التزام تراکنش به این قوانین را تائید کرده و لزوم اعتماد بین ماینرها را مرتفع می‌سازند.

مسئله اصلی اقناع ماینرها به توافق روی تاریخچه یکتایی از تراکنش‌ها است. هر ماینر در شبکه به‌طور مداوم وظیفه آماده‌سازی دسته تراکنش‌های بعدی بلاکچین را بر عهده دارد. تنها یک بلوک به‌صورت تصادفی (Random) از میان این‌همه انتخاب‌شده و تبدیل به آخرین بلوک زنجیره خواهد گردید. انتخاب تصادفی در یک شبکه توزیع یافته کار ساده‌ای نیست و اینجاست که اثبات-کار به میان می‌آید. در اثبات‌-کار بلوک بعدی متعلق به اولین ماینری است که بتواند یک بلوک معتبر تولید کند. البته این امر در مقام عمل به این سادگی نیست. پروتکل بیت‌کوین انجام این کار را برای ماینرها دشوار می‌سازد. درواقع این دشواری به‌طور منظم توسط پروتکل چنان تغییر می‎کند که تضمین کند تمام ماینرها در شبکه هر ده دقیقه (تقریب) تنها یک بلوک معتبر تولید کنند.

زمانی که یکی از ماینرها موفق به تولید یک بلوک معتبر شود به بقیه شبکه هم اطلاع می‌دهد. دیگر ماینرها پس از تائید مطابقت بلوک با تمام قوانین آن را قبول کرده و بلوکی که خود در حال ساختنش بودند را دور می‌ریزند. ماینر خوش‌شانس علاوه بر کارمزد تراکنش‌های پردازش‌شده در بلوک به میزان ثابتی کوین (coin) پاداش می‌یابد. این چرخه بار دیگر از اول آغاز می‌شود.

فرایند تائید یک بلوک معتبر به‌شدت وابسته به سعی و خطا است. ماینرها چندین بار در ثانیه به دنبال مقدار صحیح یک مؤلفه بلوک به نام نانس (nonce) هستند و امیدوارند بلوک کامل شده مطابق با الزامات باشد (راهی برای پیش‌بینی نتیجه نیست). به این دلیل است که گاهی ماینینگ (استخراج) را به انتخاب ارقام بلیت در مسابقه بخت‌آزمایی (lottery) تشبیه می‌کنند. تعداد تلاش‌ها در هر ثانیه برای یافتن نانس را هَش (hash) می‌نامند و میزان آن وابسته به قدرت پردازشی دستگاه ماینینگ است که معمولاً با گیگا-هش در ثانیه (یک میلیارد هش در ثانیه) نمایش داده می‌شود.

پایداری (Sustainability)

سیکل مداوم استخراج بلوک به مردم در سرتاسر جهان برای استخراج بلوک پاداش می‌دهد. با توجه به این‌که ماینینگ می‌تواند یک جریان ثابت درآمدی به وجود بیاورد، مردم حاضر به اجرا کردن ماشین‌های پرمصرف برای به دست آوردن گوشه‌ای از درآمد ماینینگ هستند. این امر و بالا رفتن قیمت بیت‌کوین در طول سال‌های اخیر باعث افزایش انرژی مصرفی شبکه بیت‌کوین و رسیدن به مقادیر خیره‌کننده‌ای گشته‌اند. بر اساس گزارش منتشرشده توسط آژانس بین‌المللی انرژی (International Energy Agency) مصرف شبکه کلی بیت‌کوین بیشتر از برخی کشورها است.

مقایسه مصرف انرژی بیت‌کوین با کشورها

مقایسه مصرف انرژی بیت‌کوین با کشورها

علاوه بر مقایسه قبلی، مصرف انرژی بیت‌کوین را می‌توان به‌عنوان درصدی از مصرف انرژی کشورهای بزرگ هم بیان نمود.

 مصرف انرژی بیت‌کوین نسبت به کشورها

مصرف انرژی بیت‌کوین نسبت به کشورها

اثر کربن (Carbon footprint)

بزرگ‌ترین مشکل بیت‌کوین مصرف میزان عظیمی انرژی نیست، مسئله اینجا است که انرژی شبکه غالباً توسط الکتریسیته تولیدشده از نیروگاه‌های با سوخت زغال‌سنگ در چین تأمین می‌شود. در این کشور الکتریسیته بر پایه زغال‌سنگ باقیمت اندکی تولید می‌گردد. حتی با فاکتورهای محافظه‌کارانه انتشار دی‌اکسید کربن، تأثیر کربن هر تراکنش بیت‌کوین رقم خیره‌کننده‌ای است.

آمار کلیدی شبکه

شرحمیزان
میزان مصرف الکتریسیته تخمینی بیت‌کوین در یک سال در حال حاضر۷۳٫۱۲ ترا-وات ساعت (TWh)
درآمد سالانه از ماینینگ (mining) در سطح جهان۴٬۷۷۶٬۲۸۶٬۰۶۴ دلار
هزینه تخمینی سالانه ماینینگ در سطح جهان۳٬۶۵۶٬۰۷۳٬۰۶۹ دلار
درصد هزینه در حال حاضر۷۶٫۵۵%
کشور نزدیک‌تر به بیت‌کوین ازنظر مصرف الکتریسیتهاتریش
میزان مصرف الکتریسیته تخمینی در روز گذشته۲۰۰٬۳۳۲٬۷۷۱ کیلو-وات ساعت (KWh)
تقریب وات مصرفی به ازای هر گیگا-هش در ثانیه (GH/s)          ۰٫۱۶۵ وات
میزان هش کل شبکه۵۰٬۴۹۸ پتا-هش در ثانیه (PH/s)
الکتریسیته مصرفی برای هر تراکنش۹۲۷ کیلو-وات ساعت (KWh)
تعداد خانوارهای آمریکایی که می‌توان با الکتریسیته مصرفی بیت‌کوین، انرژی آن‌ها را تأمین کرد۶٬۷۷۰٬۵۰۶
تعداد خانوارهای آمریکایی که می‌توان با الکتریسیته مصرفی تنها یک تراکنش، انرژی آن‌ها را برای یک روز تأمین کرد۳۱٫۳۳
مصرف الکتریسیته بیت‌کوین به‌عنوان درصدی از کل الکتریسیته مصرفی در جهان۰٫۳۳%
تأثیر کربن (carbon footprint) سالانه۳۵٬۸۳۰ کیلو-تن ‌دی‌اکسید کربن
تأثیر کربن هر تراکنش۴۵۴٫۲۹ کیلوگرم ‌دی‌اکسید کربن

مقایسه مصرف انرژی بیت‌کوین با دیگر سامانه‌های پرداخت

برای درک میزان مصرف انرژی بیت‌کوین آن را با ویزا (VISA) مقایسه می‌کنیم. طبق اطلاعات منتشرشده توسط ویزا، میزان مصرف انرژی این شرکت در سطح جهان و برای همه عملیات ۶۷۴٬۹۲۲ گیگا-ژول بوده است. این میزان برابر با مصرف ۱۷٬۰۰۰ خانوار آمریکایی است. همچنین می‌دانیم ویزا ۱۱۱٫۲ میلیارد تراکنش را در سال ۲۰۱۷ پردازش کرده است. به کمک این اعداد می‌توان این دو شبکه را باهم مقایسه نمود و نشان داد مصرف انرژی بیت‌کوین برای هر تراکنش به چه میزان غیرمعمول است.

دقت کنید که در این نمودار یک تراکنش بیت‌کوینی با ۱۰۰٬۰۰۰ تراکنش ویزا مقایسه شده!

مقایسه مصرف متوسط شبکه بیت‌کوین با شبکه ویزا

مقایسه مصرف متوسط شبکه بیت‌کوین با شبکه ویزا

اگرچه این اعداد بی‌نقص نیستند (برای مثال مصرف دفاتر ویزا لحاظ نشده است) اما تفاوت به میزانی عظیم است که درهرصورت تعجب‌برانگیز خواهد ماند. در مقایسه با یک تراکنش معمول بدون وجه نقد در یک سامانه مالی معمول، بیت‌کوین هزاران بار بیشتر انرژی مصرف می‌کند. ممکن است این میزان انرژی به نظر عده‌ای قیمتی مناسب برای عدم نیاز به وجود شخص ثالث معتمد باشد، اما نشان خواهیم داد که لزومی به پرداخت چنین هزینه بالایی نیست.

جایگزین‌ها

اگرچه اثبات-کار اولین الگوریتم اجماع بود که توانست خود را اثبات کند ولی تنها الگوریتم اجماع نیست. در طی سال‌های اخیر الگوریتم‌های با مصرف انرژی بهینه‌تری مانند اثبات-سهام (proof-of-stake) درحال‌توسعه بوده‌اند. در اثابت-سهام، به‌جای ماینرها این صاحبان کوین هستند که بلوک را می‌سازند و درنتیجه دیگر نیاز به ماشین‌های پرمصرف برای تولید حداکثر میزان هش در ثانیه نیست. به همین دلیل مصرف انرژی اثبات-سهام در مقایسه با اثبات-کار ناچیز است. اتخاذ چنین الگوریتم اجماعی توسط بیت‌کوین می‌تواند باعث افزایش قابل‌توجه پایداری سیستم گردد. تنها عیب این امر وجود نسخه‌های متعددی از اثبات-سهام است که هیچ‌کدام هنوز نتوانسته‌اند خود را کاملاً اثبات کنند. بااین‌وجود کارهای انجام‌گرفته بر روی این الگوریتم‌ها نوید حل این مسئله در آینده را می‌دهد.

مدل مصرف انرژی و مفروضات اصلی

اگرچه به‌سادگی می‌توان قدرت هش کل شبکه را محاسبه نمود، به علت نبود سوابق و اطلاعات درباره تمام ماشین‌های فعال، محاسبه مصرف انرژی شبکه غیرممکن است. درگذشته گمانه‌زنی‌های صورت گرفته در مورد مصرف انرژی برای رسیدن به عدد مشخصی از وات مصرفی در ثانیه بر پایه مفروضاتی در باب نوع ماشین‌های فعال و نحوه توزیع آن‌ها بود. یک بررسی دقیق از یک معدن (mine) واقعی بیت‌کوین نشان می‌دهد چگونه چنین رویکردی با صرف‌نظر از اطمینان به ماشین (reliability) و محیط و هزینه‌های سرمایش باعث حاصل شدن عدد کوچک‌تری می‌گردد. این رویکرد غیردقیق منجر به مشاهده تخمین‌های متفاوت و با انحراف قابل‌توجه از یکدیگر و در مواردی بی‌توجهی به عواقب اقتصادی این پارامترها شده است. شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین قصد دارد با تغییر دیدگاه مسئله را از دید اقتصادی موردتوجه قرار دهد.

در ساخت این شاخص فرض بر این بوده که هزینه‌ها و درآمد یک ماینر با یکدیگر ارتباط دارند. با توجه به این‌که هزینه الکتریسیته یک مؤلفه اصلی در هزینه‌ها به شمار می‌رود، به این نتیجه می‌رسیم که مصرف انرژی بیت‌کوین در کل شبکه هم باید با درآمد ماینرها ارتباط داشته باشد. به بیان ساده‌تر، هرچه درآمد ماینرها بیشتر باشد، تعداد بیشتری ماشین پرمصرف می‌توانند پشتیبانی شوند. چگونگی محاسبه مصرف انرژی شبکه از طریق درآمدها به‌طور مفصل در اینجا و اینجا توضیح داده‌شده و خلاصه‌ای از آن در ذیل آمده است:

چگونگی محاسبه شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین

  • اول: محاسبه کل درآمد از استخراج بیت‌کوین (دلار)
  • دوم: تخمین درصد هزینه برای الکتریسیته

در این شاخص فرض شده است که در موازنه به‌طور متوسط ۶۰% درآمد ماینرها صرف هزینه‌های عملیاتی می‌شود.

  • سوم: یافتن قیمت پرداختی ماینرها برای هر کیلو-وات ساعت (kW/h)

به ازای هر ۵ سنت هزینه عملیاتی، فرض شده که ۱ کیلو-وات ساعت انرژی مصرف‌شده است.

  • چهارم: تبدیل هزینه‌ها به مصرف انرژی

تولید زمان می‌برد. تغییر قیمت‌ها می‌تواند زیاد یا کم باشد ولی ماشین‌های پرمصرف جدید یک‌شبه ظاهر نخواهند شد. رفتار واقع‌بینانه در مورد تغییرات قیمت، لحاظ کردن زمان کافی برای تولید‌کنندگان جهت پاسخ به تغییر در شرایط خواهد بود.

شاخص بر این فرض استوار است که ماشین‌های جدید منوط به این‌که سودآور باشند تولید خواهند شد تا زمانی که رسیدن به سود غیرممکن باشد و بازار به تعادل برسد.

دقت داشته باشید که با تغییر در مفروضات نتایج متفاوت خواهند بود برای تنظیم دلخواه این مفروضات می‌توانید از این ماشین‌حساب استفاده کنید. مفروضات طوری انتخاب‌شده‌اند که با توجه به داده‌های واقعی از عملیات ماینرها می‌توان آن‌ها را هم بدیهی و هم محافظه‌کارانه دانست. در آخر هدف شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین نه تولید یک تخمین بی‌عیب و نقص؛ بلکه خلق یک تخمین قابل‌اعتماد برای مصارف روزمره بوده است که دقیق‌تر و توانمندتر از تخمینی بر اساس بهره‌وری مجموعه‌ای گزینشی از ماشین‌های ماینینگ باشد.

انتقاد و اعتبارسنجی

روش تخمین شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین به‌تفصیل در این مقاله توضیح داده‌شده است.

در طول زمان این شاخص مورد انتقادهای فراوانی قرارگرفته است. مارک بِوند (Marc Bevand)، کارآفرین، ابراز داشته است که نقایص فراوانی در نحوه تخمین مصرف انرژی بیت‌کوین توسط این شاخص رخ‌داده ‌است. وی در تحلیل فنی بازار-محور خود در مورد مصرف انرژی بیت‌کوین عدد ۱۸ ترا-وات ساعت در هرسال را به واقعیت نزدیک‌تر دانسته است (در مقایسه با ۷۳٫۱۲ ترا-وات ساعت تخمین شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین). این رویکرد جایگزین که بر اساس تحلیل قدرت محاسباتی میزان هش (hashrate) صورت گرفته، چندان آری از عیب نیست. مورگان استنلی (Morgan Stanle) در گزارش خود به‌درستی مشکل اصلی این رویکرد را تشخیص داده است:

«روش تخمین مصرف انرژی بیت‌کوین بر پایه میزان هش مجموعه‌ای از پیش‌فرض‌های خوش‌بینانه‌ در مورد بهره‌وری داشته و الکتریسیته مصرفی در سرمایش و تجهیزات شبکه را لحاظ نکرده است.»

تأثیر این عامل قابل‌توجه است. والری واویلو (Valery Vavilov)، مدیرعامل بیت‌فیوری (BitFury)، اظهار داشته است:

«در بسیاری از مراکز داده (Data Center) ۳۰ الی ۴۰ درصد از هزینه‌های الکتریسیته مربوط به هزینه سرمایش است.»

بنابراین تعجب‌برانگیز نیست که رویکرد مبتنی بر میزان‌ هش تخمین‌های پایین‌تری در مورد انرژی مصرفی بیت‌کوین تولید کند.

مورگان استنلی در گزارشش بیان کرده که مصرف انرژی بیت‌کوین در سال باید حداقل ۲۳ ترا-وات ساعت باشد. مورگان استنلی این عدد را بر اساس گزارش کوارتز (Quartz) از مرکز داده استخراج بیت‌مِین (Bitmain) به دست آورده است. این مرکز داده پاییز گذشته مجهز به ادوات ماینینگ «۱۳۸۷» شده است. این مرکز داده با در اختیار داشتن ۴% ظرفیت شبکه جهانی بیت‌کوین (۶٬۰۰۰٬۰۰۰ ترا-هش در ثانیه) ۴۰ مگا-وات در ساعت مصرف دارد. مورگان استنلی با تقسیم میزان هش فعال شبکه بیت‌کوین در زمان تهیه گزارش بر ظرفیت هش مرکز داده بیت‌مِین و ضرب آن در میزان مصرف آن، به عدد ۲۷۰۰ مگا-وات ساعت و ۲۳ ترا-وات ساعت در سال می‌رسد. این شرکت خود اذعان داشته که به علت مجهز نبودن همه به ادوات استخراج با بهره‌وری بالا، نظیر آنچه در بیت‌مِین به‌کاررفته است، تخمین‌های مصرف انرژی بیت‌کوین احتمالاً باید در محدوده درستی قرارگرفته باشند. تخمین شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین در آن تاریخ حدود ۳۷ ترا-وات ساعت در سال بود.

پیش‌بینی مصرف انرژی بیت‌کوین در آینده

شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین، برخلاف تخمین‌های وابسته به میزان هَش، یک مدل پیش‌بینی برای مصرف آینده بیت‌کوین هم هست. این مدل پیش‌بینی می‌کند که در آخر ۶۰% درآمد ماینرها صرف هزینه‌های الکتریسیته خواهد شد. در حال حاضر (ژانویه ۲۰۱۸) این میزان به‌مراتب کم‌تر است. در اواخر ژانویه ۲۰۱۸ شاخص انرژی بیت‌کوین میزان مخارج الکتریسیته را حدود ۲۲% درآمد تخمین زده است. بر این اساس شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین، با فرض درآمد ثابت، میزان تقریبی ۱۳۰ ترا-وات ساعت در سال را برای مصرف انرژی بیت‌کوین در آینده تخمین می‌زند.

پیش‌بینی مصرف انرژی بیت‌کوین در آینده

پیش‌بینی مصرف انرژی بیت‌کوین در آینده

مورگان استنلی هم مصرف انرژی بیت‎‌کوین در آینده را چیزی بین ۱۲۰ تا ۱۴۰ ترا-وات در ساعت محاسبه کرده است. می‌توان نتیجه گرفت که شاخص نسبتاً ساده تخمین مصرف انرژی بیت‌کوین همان چیزی را نشان می‌دهد که شواهد غیرقابل‌انکار در مورد واقعیت استخراج بیت‌کوین در شرایط واقعی و همچنین پیش‌بینی‌های تولید چیپ‌های استخراج به آن اشاره می‌کنند.

داده‌های مرتبط را می‌توانید از اینجا دانلود کنید.

منبع: Digiconomist

درباره نویسنده

حمید خارزی

مشاور فن‌آوری کسب‌و‌کار، علاقه‌مند به مطالعات میان‌رشته ای فن‌آوری و علوم انسانی، حقوق‌خوان

دیدگاهتان را بنویسید

/* ]]> */