Крім обвалу кріптовалютних курсів до валютам класичним, цей рік видався для блокчейн-технологій спокійним. Але під зовнішнім спокоєм, в глибині, зріють зміни воістину історичного значення. Про одну з таких глобальних зрушень - запуск поверх Bitcoin мережі Lightning Network, що обіцяє зняти проблему перевантаження - мова тут недавно вже йшла (див. « Біткойн і Самий Важливий Графік »). Сьогодні розповідь про іншу фундаментальна реформа: перекладі Ethereum, другий за популярністю криптовалюта, на Майнінг за схемою proof-of-stake. Незалежно від того, чи буде результат цієї реформи позитивним або негативним, чи збудуться надії її прихильників або матеріалізуються побоювання опонентів, їй уготовано місце в підручниках історії. Тому варто розібратися в тому, що відбувається з самого початку.

А почати необхідно знову з біткойнов - як першої криптовалюта і блокчейн-системи, що стала по-справжньому затребуваною. Дуже спрощуючи, внутрішній устрій Bitcoin можна представити таким чином. У ньому з одного боку знаходяться рядові учасники, які переказують один одному довільні суми. З іншого - блокчейн, тобто ланцюжок блоків-записів: тільки будучи записаної в блокчейн, транзакція вважається виконаним. А між ними знаходяться невидимі, але дуже важливі посередники: Майнер. Їх роль: збирати заявки від рядових учасників, перевіряти на коректність і власне записувати в блокчейн.

Оскільки це нехай і не важкий, але праця, за нього розумно вимагати винагороду. Таким винагородою служать комісійні з транзакцій, плюс періодично скорочується фіксована сума (випускаються «нові монети»; докладніше див. « Коли вичерпаються рудники »). Таким чином Майнінг - це корисний і тому прибутковий бізнес. І звичайно, між Майнер існує конкуренція.

Щоб записати в блокчейн новий блок, потрібно виконати деяку роботу, точніше - вирішити математичну задачку (відшукати правильний хеш, докладніше див. « Математика проти лома »). Той з Майнер, хто знаходить рішення першим, отримує весь прибуток. Великого розуму тут не потрібно, важливіше груба обчислювальна потужність: ймовірність вирішити задачу для кожного учасника однакова і прямо пропорційна потужності його комп'ютера. Так що між Майнер йде безперервне змагання: вони постійно нарощують продуктивність своїх обчислювальних машин, намагаючись обійти суперників і отримати винагороду.

Сумарна продуктивність всіх Майнер Bitcoin, мільйони терахешей в секунду. Графіка: Bitinfocharts.com.

Ось чому в перші роки існування Bitcoin «Майн» можна було на CPU (мільйони спроб в секунди або, як це називають Майнер, мільйони хеш в секунду), пізніше вже тільки на GPU (мільярди хеш в секунду), а нині прийшла пора спеціалізованих чіпів , ASIC, кожен з яких, суть, тисячі калькуляторів, одночасно вирішують ту саму задачу з продуктивністю в трильйони хешей в секунду. Сумарна продуктивність всіх Майнер Bitcoin на поточний момент перевищує 32 мільйони трильйонів хеш в секунду. Таку роботу виконують Майнер кожну секунду, намагаючись відшукати рішення завдання. І змагання триває!

Ця схема називається proof-of-work (PoW), тобто «доказ роботою». І на самій-то справі це непогана схема: вона наочно захищає блокчейн від шахраїв. Якщо знайдеться бажаючий витратити одну монету двічі, йому, щоб зробити відповідний запис в блокчейн, доведеться перш зробити ту ж саму роботу, що й Майнер, а значить, мати значні обчислювальними ресурсами. Тому що іншого шляху - чудесного способу писати в блокчейн, не вирішуючи завдання пошуку хеша, мінливого кожні 10 хвилин - просто не існує. І навіть квантові комп'ютери завдання сильно не полегшать (див. Там же, « Математика проти лома »).

Так що, повторюся, схема PoW непогана. Проблема, за яку її колись побоювалися, а тепер багато відверто ненавидять, в «дрібному» побічний ефект. На обчислення, зрозуміло, витрачається енергія - і коли мова про мільйони трильйонів операцій в секунду, енергії потрібно багато.

Як багато? За останні роки було зроблено декілька серйозних спроб оцінити її, результати відрізняються, але в будь-якому випадку ясно, що мова про величезну величиною. Згідно з однією з найбільш переконливих оцінок, Bitcoin Energy Consumption Index , Річне енергоспоживання мережі Bitcoin в поточний момент перевищує 60 терават-годин. Якби біткойн був країною, він стояв би за споживанням електрики відразу після Чехії та Швейцарії, займаючи позицію в п'ятому десятку світового рейтингу. Але буде зрозуміліше, якщо провести таку аналогію: сьогодні на підтримку роботи Bitcoin витрачається близько 0,3% всієї електрики, споживаного на планеті.

Bitcoin Energy Consumption Index. Енергоспоживання мережі Bitcoin зростає тепер приблизно на 10% щомісяця. Але були в недавньому минулому і періоди, коли місяць приносив стрибок в 20%, і в 30% ...

Зупиніться на хвилинку, задумайтеся, просто з поваги до цього числа. Уже воно одне свідчить про масштаб і значущість проекту. Bitcoin - беззастережно найуспішніший, наймасовіший, найпотрібніший для людства софтверний інструмент!

Звідси ж і три питання, які хвилюють біткойн-спільнота давно, а в останній рік і весь навколишній світ, який спостерігає за злетами і падіннями криптовалюта. Питання перше - найпростіший: чи є сенс витрачати стільки енергії на утримання такої начебто ефемерної штуки, як криптовалюта? Як приклад «правильної» електронної готівки сумніваються зазвичай призводять VISA і їй подібні: там, в перерахунку на одну транзакцію, витрачається електроенергії в десятки тисяч разів менше.

Однак порівняння це некоректне. Справа в тому, що в класичних системах (VISA і їй подібні) енергоспоживання розподілено інакше. Майнер там немає, зате є банки, техніка, співробітники, обслуговування і зарплати яких в розрахунок чомусь не приймаються. Користувачі ж Bitcoin на питання про сенс вже відповіли - самим фактом своєї участі.

Звідси другий і більш складне питання: як довго це зможе тривати? Адже, подивіться на графіки, складність Майнінг і енергоспоживання біткойнов ростуть майже без зупинок і в окремих місцях нагадують експоненту. Останні місяці спростували аргумент, який приводився раніше: мовляв, складність Майнінг коливається в унісон з обмінним курсом - але обвал поточного року не зменшила складності (виходить, вона більшою мірою залежить від очікувань).

Так що варто спробувати екстраполювати криву в майбутнє - і тоді ми отримуємо зовсім вже дикий прогноз: при експоненційному зростанні складності і енергоспоживання, вже до кінця поточного року біткойн відніме у планети 1% електрики, потім зрівняється з європейськими країнами, а на початку 2020-х зажадає для свого обслуговування електрики більше, ніж його споживається усією планетою! Інакше кажучи підтримувати роботу Bitcoin стане фізично неможливо. Але ще до того він катастрофічно перекосить ринки електроенергії, відібравши все дешеву електрику.

Справедливості заради зазначу, що в можливість реалізації апокаліптичного прогнозу вірить мало хто: вважається, що зростання енергоспоживання в якийсь момент буде обмежений розміром комісійних. Але тим не менш актуальне третій і найскладніше питання: а чи не можна зробити алгоритм Майнінг більш енергоефективним? І тут ми ступаємо на незвідану територію.

«Доказ роботою», proof-of-work, стало першим реалізованим на практиці, першим отримав широке визнання і найбільш наочним, але не єдиним способом завіряти записи в блокчейне. Існує кілька інших методів і самий багатообіцяючий з них називається proof-of-stake (PoS), тобто, буквально, «доказ часткою». Принадність його в тому, що він дозволяє взагалі відмовитися від складних обчислень!

Як? Майнер, що працюють за методом PoS, змагаються не потужностями обчислювальних машин, а розмірами своїх гаманців. Стосовно до біткойнов це могло б виглядати наступним чином. Майнер, як і раніше, повинні збирати заявки від рядових учасників і перевіряти їх на коректність. А право зробити запис в блокчейн розігрується кожні 10 хвилин між усіма - і ймовірність виграшу прямо пропорційна сумі на рахунку конкретного Майнера. Таким чином чим більше грошей у вашому кріптокошельке, тим вірогідніше, що саме ви отримаєте право записати наступний блок в блокчейн. Вважати нічого не потрібно взагалі - а значить і витрачати кіловати спершу на обчислення, а потім на охолодження обчислювача. Ідеально!

Не думайте, що схему proof-of-work придумали спеціально для блокчейна. Ось, наприклад, гроші аборигенів островів Полінезії. Зв'язка черепашок по суті - і, щоб вони стали грошима, черепашки повинні бути знайдені, розсортовані за розміром, можливо, піддані механічній обробці. Так само і proof-of-stake має свої аналоги в світі фізичних речей: згадайте камені Раї - гроші островів Мікронезії, часом многометрового діаметра, змінювали власників не рухаючись з місця.

Схема PoS цікава ще й тому, що, незважаючи на начебто радикальні відмінності, у неї з PoW більше спільного, ніж здається. По-перше, сьогодні, щоб побудувати станцію для біткойн-Майнінг, доведеться витратити значну суму. У PoS ви просто заморожуєте приблизно таку ж суму на спеціальному рахунку - так навіть простіше! По-друге, PoS знищує ризик старіння обладнання: в PoW, через постійну конкуренції, майнінговие станції застарівають, експлуатація їх стає невигідною, а значить, втрачається витрачений на їх будівництво капітал. У PoS ваші гроші просто стануть приносити менший дохід, але залишаться грошима.

З огляду на це, Майнер Bitcoin начебто в першу чергу повинні бути зацікавлені в перекладі Bitcoin з PoW на PoS. Проблема, однак, у тому, що не все можна звести до грошей.

Біткойн, оцінюваний сьогодні приблизно в півмільйона рублів за одиницю, цінується так високо насамперед за свою стабільність. Адже за майже десять років роботи він довів, що незважаючи ні на які коливання курсу, зломи, економічні потрясіння і політичні колізії, його учасники можуть бути впевнені: в наступні десять хвилин в блокчейн буде записаний черговий блок і система продовжить роботу як раніше. І дякувати за цю стабільність слід в тому числі PoW. Багатообіцяюча ж схема PoS хоч і опрацьована ґрунтовно теоретично, практично ні в одній блокчейн-системі порівнянного з Bitcoin обсягу збуту поки не була. Так, є криптовалюта, в яких PoS задіяна в чистому вигляді або гибридно (BitcoinDark, BitShares, Blocknet та інші ), Але жодна з них не може зрівнятися з біткойнов по навантаженню і капіталізації. Ось чому дискусія про переведення Bitcoin на PoS залишається поки чисто теоретичної. Що якщо перехід буде зроблений, а в PoS виявиться якесь невідоме слабке місце? Ні, стабільність для Bitcoin понад усе!

І тим важливіше експеримент, призначений орієнтовно на нинішнє літо (точна дата не розголошувалася; поправте, якщо це вже не так): Ethereum, друга за значимістю криптовалюта, буде переведена на PoS. До сих пір, незважаючи на деякі відмінності (більш часту запис блоків, акцент на скриптах і ін.), Ethereum працювала аналогічно Bitcoin, в тому числі і в тому, що стосується Майнінг, заснованого на PoW. У новій версії системи, відомої під кодовим ім'ям Casper, буде здійснений частковий перехід до схеми PoS. Схема в цілому передбачається майже та ж, що розглянута вище: бажаючі взяти участь в Майнінг повинні будуть зарезервувати певну суму зі своїх рахунків - і це дасть їм невеликий постійний дохід.

Чому Ethereum на реформу зважилася, а Bitcoin немає? Відповідь проста: амбіції! Першою з великих криптовалюта перейшовши на PoS, Ethereum назавжди вийде з тіні батька, затвердить свій імідж більш прогресивного, самостійного, самоцінного інструменту. Але це надії. Чим експеримент закінчиться в дійсності, передбачити важко - бо є як аргументи «за», так і аргументи «проти». Детальний філософсько-технічне обгрунтування є в Мережі , Але рядовим користувачам і кріптоінвесторам важливо знати наступні моменти.

Якщо в біткойновом PoW фундаментом є необхідна робота, то в Ethereum PoS фундамент - це невідворотний штраф. Від шахраїв PoS в Ethereum захищає навіть надійніше PoW, завдяки простому правилу «повного штрафу». Якщо знайдеться учасник, який ризикне занести в блокчейн некоректну інформацію (скажімо, витратити монету двічі), таке порушення неодмінно буде виявлено (адже всі докази тут же, в блокчейне). Після чого майже всі належні шахраєві кошти будуть знищені, а що залишилася невелика частина виплачена в якості винагороди тому учаснику системи, який на шахрая вказав. Таким чином ризик безумовно занадто високий - і це гарантує чистоту блокчейна. У Bitcoin з її PoW такої гарантії немає: там «спійманий за руку» шахрай позбудеться тільки вкраденого, але його майнінговое обладнання залишиться при ньому, так що він зможе спробувати знову.

PoS захищає краще і від централізації блокчейн-систем. Візьміть Bitcoin: подорожчання обладнання для Майнінг витісняє дрібних гравців і призводить до концентрації майнінгових потужностей в руках великих компаній в районах з дешевою електроенергією. Ось чому сьогодні біткойн-Майнінг в значній мірі зосереджений в Китаї. Ясна річ, це створює і загрозу стабільності.

Боротися з цим можна, наприклад, застосувавши особливий різновид PoW, що заважає прискорювати Майнінг більш швидким залізом (скажімо, в Bitcoin Gold і Zcash акцент не на швидкості обчислювача, а на обсязі оперативної пам'яті). Але PoS ще краще: він дозволяє брати участь в Майнінг гравцям зі як завгодно дрібними сумами, в тому числі через участь в пулах. У гіпотетичному ж випадку змови між великими гравцями, PoS дозволяє легше провести форк - і назавжди позбавити «провинилися» гаманці права голосу.

Поки Bitcoin заснований на PoW, його підстерігає і ще одна специфічна небезпеку, яка називається трагедією громад. У міру того, як вичерпується випуск нових монет, Майнер все більше залежатимуть від комісійних, які сплачуються рядовими учасниками. Зрештою це змусить їх приймати перекази з будь-який, навіть самої маленької комісією. Але це ж обставина підштовхне рядових учасників платити за переклади якомога менше. В результаті робота Майнера може стати невигідною, відбудеться катастрофічне скорочення числа Майнер, падіння якої складності Майнінг, PoW втратить свої захисні властивості і біткойновий блокчейн стане вразливим для шахраїв. Схема PoS в цій гіпотетичній ситуації повинна проявити себе краще: оскільки витрачатися на обчислення не потрібно, Майнінг залишиться вигідним навіть на одних комісійних.

Однак є і контраргументи, які змушують як мінімум, замислитися. Один з них - це відсутність в PoS природного старіння майнінгового обладнання. Сьогодні, в PoW, гостра конкуренція серед Майнер забезпечує постійну зміну діючих осіб: нехай кілька китайських компаній домінують в Майнінг Bitcoin зараз, безперервне зростання складності дає шанс новим гравцям потіснити їх в майбутньому - застосувавши нове «залізо», відшукавши нові програмні рішення.

А ось в криптовалюта, що використовує PoS, «повалити тирана» вже не вийде: там багаті будуть лише ще сильніше багатіти, а дрібним гравцям залишиться назавжди задовольнятися незначною роллю. З огляду на, що важливі рішення в криптовалюта приймаються голосуванням Майнер, PoS-система (імовірно) приречена вічно рухатися в напрямку, вибирати одними і тими ж домінуючими учасниками.

Інший контраргумент пов'язаний з енергоспоживанням. PoS зазвичай представляється як альтернатива «невиправдано ненажерливому» PoW. Але важливо розуміти, що називати ситуацію зі споживанням електроенергії біткойнов «кризою», значить малювати картину в надмірно похмурих тонах. Поки енергії вистачає - це не криза, а нормальна робота. На підтримку Bitcoin витрачається багато енергії? Безперечно. Але в історії цивілізації є й інші приклади сумнівно корисних, але дуже енергоємних виробництв - візьміть хоч видобуток того ж самого золота! І зовсім не факт, що ситуація переросте в кризу в майбутньому, що система не врегулюється сама, не знайде точку рівноваги між можливостями Майнер, їх кількістю і вартістю електрики.

До того ж з'являються нові чинники. Перш за все це вже згадуваний запуск Lightning Network - мережі «другого рівня», поверх мережі Bitcoin, яка дозволяє збільшити потік транзакцій (теоретично) в нескінченне число разів без пропорційного підвищення навантаження на блокчейн. Це означає крім іншого, що відтепер Bitcoin може нарощувати свою пропускну здатність без збільшення енергоспоживання Майнер - результат, про який учасники Ethereum, навіть озброївшись PoS, як і раніше можуть тільки мріяти.

Підводячи підсумок: всіх нас, присутніх на кріптовалютной сцені або навколо неї, знову чекають дуже цікаві місяці і навіть, ймовірно, роки. Буде вкрай цікаво подивитися, як впорається PoS з великим навантаженням в Ethereum - і куди поверне крива енергоспоживання в Bitcoin, що залишився на PoW, але радикально реформує принцип роботи з блокчейном. Хороший момент зробити ставки.