Помогите обновить эту страницу

🌏

Есть новая версия этой страницы, но пока только на английском языке. Помогите нам перевести последнюю версию.

Здесь нет ошибок!🐛

Эта страница сейчас не переводится. Пока что мы намеренно оставили эту страницу на английском языке.

Последнее обновление страницы: 25 мая 2022 г.

Энергопотребление Ethereum

Текущий расход энергии Ethereum с доказательством работы слишком высок и неэкологичен. Решение проблемы с расходом энергии без ущерба для безопасности и децентрализации является серьезной технической задачей, и в течение многих лет она находилась в центре внимания исследований и разработок. Давайте рассмотрим, почему создание Ethereum оказало большое влияние на окружающую среду и как грядущее обновление сети с переходом к доказательству владения кардинально это изменит.

Энергия защищает сеть

Транзакции блокчейна Ethereum проверяются майнерами. Майнеры объединяют транзакции в упорядоченные блоки и добавляют их в блокчейн Ethereum. Новые блоки передаются всем другим операторам узлов, которые независимо выполняют транзакции и подтверждают их правильность. Любая попытка обмана выявляется как несоответствие между различными узлами. Достоверные блоки добавляются в блокчейн и становятся неизменной частью истории.

Способность любого майнера добавлять новые блоки существует только в том случае, когда есть затраты, связанные с добычей, и непредсказуемость того, какой конкретный узел отправляет следующий блок. Эти условия выполняются путем введения доказательства работы (proof-of-work, PoW). Чтобы иметь право передать блок транзакций, майнер должен решить произвольную вычислительную задачу быстрее, чем любой другой майнер. Решение этой задачи создает конкуренцию между майнерами и затраты на энергоснабжение. Для успешного обмана блокчейна нечестный майнер должен будет последовательно выигрывать в гонке доказательства работы, что весьма маловероятно и непомерно дорого.

Ethereum использовал доказательство работы с момента создания. Переход с доказательства работы на доказательство владения всегда был одной из основных целей Ethereum. Однако создание системы доказательства владения с соблюдением всех принципов безопасности и децентрализации Ethereum является нетривиальной задачей. Потребовалось провести большое число исследований и совершить прорыв в области криптографии, криптоэкономики и механизмов проектирования, чтобы достичь момента, когда переход стал возможен.

Расходы на электроэнергию при использовании доказательства работы

Доказательство работы (proof-of-Work) — это надежный способ обеспечить безопасность сети и проводить честные изменения в блокчейне, но это проблематичный подход по целому ряду причин. Поскольку право добыть блок требует решения произвольной вычислительной задачи, майнеры могут увеличивать их шансы на успех, вкладывая средства в более мощное оборудование. Это стимулирует гонку вооружений среди майнеров, в ходе которой они приобретают все более энерготребовательное оборудование для майнинга. Протокол подтверждения работы Ethereum в настоящее время имеет годовое энергопотребление примерно такое же, как Финляндия1, а углеродный след — как Швейцария1.

Доказательство владения

Более экологичное будущее Ethereum уже строится в виде цепи c доказательством владения (proof-of-stake, PoS). При использовании доказательства владения решение произвольных задач не требуется. Отход от решения задач кардинально сокращает потребление энергии, требуемой для обеспечения безопасности сети. Майнеры заменяются валидаторами, которые выполняют ту же функцию с той разницей, что вместо использования своих активов для перевода их в форму вычислительной работы, они закладывают ETH в качестве залога против нечестного поведения. Если валидатор бездействует (не в сети, когда он должен выполнять свои обязанности), его залоговые ETH будут медленно утекать, в то время как доказуемо нечестное поведение приведет к тому, что залоговые активы будут «сокращаться». Это надежно простимулирует активное и честное участие в обеспечении безопасности сети.

Как и в случае с доказательством работы, злоумышленнику потребуется не менее 51 % от общего количества ETH, размещенного в сети, для выполнения атаки 51 %. Однако в отличие от доказательства работы, где потенциальная потеря при неудавшейся атаке сводится к расходам на генерацию хэша для майнинга, при доказательстве доли владения возможная потеря при атаке — это вся сумма ETH, используемая в качестве залога. Эта сдерживающая структура позволяет обеспечить безопасность сети с помощью доказательства владения, устраняя при этом необходимость тратить энергию на произвольные вычисления. Подробные пояснения по сетевой безопасности в рамках модели Proof-of-Stake можно найти здесь и здесь.

Слияние

С декабря 2020 года работает функциональная цепочка Proof-of-Stake под названием Beacon Chain, которая демонстрирует жизнеспособность протокола. Понятие «слияние» относится к моменту времени, когда Ethereum полностью откажется от модели Proof-of-Work и перейдет к модели Proof-of-Stake. Ожидается, что слияние произойдет во втором квартале 2022 года. Подробнее о слиянии.

Расходы на электроэнергию при модели Proof-of-Stake

Помимо укрепления доверия к механизму PoS, Beacon Chain также позволит оценить энергопотребление Ethereum после слияния. Недавняя оценка показала, что слияние с переходом на Proof-of-Stake может привести к сокращению общего энергопотребления на 99,95 %. Учитывая это, Proof-of-Stake будет примерно в 2000 раз более энергоэффективным, чем Proof-of-Work. Энергозатраты Ethereum будут примерно равны стоимости работы домашнего компьютера для каждого узла в сети.

изображение

Оценка энергопотребления PoW на транзакцию, используемая на рисунке, основана на данных за май 2021 года, на момент написания этот источник предполагал потребление до 175,56 кВт*ч.

Давайте сравним эти цифры с таким сервисом, как Visa. 100 000 транзакций Visa используют 149 кВт*ч энергии2. Предполагая, что шардинг реализован, текущая скорость транзакций Ethereum (15 транзакций в секунду) будет увеличена как минимум в 64 раза (количество шардов) без учета дополнительной оптимизации от накопительных пакетов. Реалистичная оценка для Ethereum с накопительными пакетами после шардинга и слияния составляет 25 000–100 000 транзакций в секунду. Мы можем использовать эту информацию для оценки максимального и минимального расхода энергии на 100 000 транзакций.

  • 25 000 транзакций в секунду.
  • 100 000 / 25 000 = 4 секунды для обработки 100 000 транзакций.

Мы также можем оценить расход энергии Ethereum в секунду, сделав скромную оценку, согласно которой безопасность сети обеспечивают 10 000 активных валидаторов (на данный момент в Beacon Chain более 250 000 валидаторов, но многие валидаторы могут действовать на одном узле). В настоящее время, по оценкам, существует 3000–4000 отдельных узлов, поэтому 10 000 — это скромная оценка после слияния:

1,44 кВт*ч ежедневного потребления * 10 000 сетевых узлов = 14 400 кВт*ч в день. В сутках 86 400 секунд, поэтому 14 400 / 86 400 = 0,1667 кВт*ч в секунду.

Если мы умножим это число на количество времени, необходимое для обработки 100 000 транзакций: 0,1667 * 4 = 0,667 кВт*ч..

Это примерно 0,4 % энергии, используемой Visa для того же количества транзакций, или снижение расхода энергии примерно в 225 раз по сравнению с текущей сетью Ethereum на Proof-of-Work.

Повторение расчета с максимальным количеством транзакций в секунду дает 0,1667 кВт*ч в секунду, что составляет около 0,1 % от энергопотребления Visa, или сокращение примерно в 894 раза.

Примечание. Сравнение по количеству транзакций не совсем точно, поскольку потребление энергии Ethereum зависит от времени. Энергопотребление Ethereum в течение 1 минуты одинаково и не зависит от того, выполняется 1 или 1000 транзакций.

Мы должны также учитывать, что Ethereum не ограничивается простыми финансовыми транзакциями, но также является полноценной платформой, созданной для умных контрактов и децентрализованных приложений.

Более зеленый Ethereum

Хотя энергопотребление Ethereum исторически было значительным, разработчики вложили много времени и умственных усилий в переход от энергоемкой к более энергоэффективной проверке блоков. Цитируя Bankless, лучший способ уменьшить потребление энергии доказательством работы — это просто «отключить его». Именно такой подходрешили реализовать в Ethereum.

🌲
Если вы считаете, что эти статистические данные неверны или их можно сделать более точными, пожалуйста, поднимите вопрос или сообщите об этом. Это оценки команды ethereum.org, сделанные с использованием общедоступной информации и текущей дорожной карты Ethereum. Эти заявления не являются официальным обещанием Фонда Ethereum.

Дополнительные ресурсы

Сноски и источники

1. Энергопотребление Ethereum с Proof-of-Work

Энергопотребление по странам, в т. ч. Ethereum (ТВт*ч, в годовом исчислении)

2. Энергопотребление Visa

Среднее потребление энергии на транзакцию в сети Bitcoin по сравнению с сетью VISA по состоянию на 2020 год, Statista

Финансовый отчет Visa за 4 квартал 2020 года

Эта страница помогла с ответом на ваш вопрос?