Перейти до основного контенту

Останнє оновлення сторінки: 25 травня 2023 р.

Енергоспоживання Ethereum

Поточні витрати енергії Ethereum із доказом роботи (proof-of-work) занадто високі та неекологічні. Розв’язання проблеми з енерговитратами без шкоди для безпеки та децентралізації є складним технічним завданням. Це питання було в центрі досліджень і розробок протягом багатьох років. З’ясуймо, чому створення Ethereum мало великий вплив на навколишнє середовище та як майбутнє оновлення мережі з переходом на доказ частки (proof-of-stake) принесе кардинальні зміни.

Енергія захищає мережу

Транзакції блокчейну Ethereum перевіряються майнерами. Майнери об’єднують транзакції в упорядковані блоки та додають їх у блокчейн Ethereum. Нові блоки передаються всім іншим операторам вузлів, які самостійно виконують транзакції та підтверджують їх правильність. Будь-яка спроба шахраювання стає явною через невідповідність між різними вузлами. Достовірні блоки додаються до блокчейну та стають незмінною частиною історії.

Здатність будь-якого майнера додавати нові блоки існує лише в тому разі, якщо є витрати, пов’язані з майнингом, і непередбачуваність того, який конкретний вузол подає наступний блок. Ці умови виконуються завдяки введенню доказу роботи (proof-of-work, PoW). Щоб мати право надати блок транзакцій, майнер повинен розв’язати довільну обчислювальну задачу швидше, ніж будь-який інший майнер. Розв’язання цієї задачі створює конкуренцію між майнерами та їх витратами на енергоспоживання. Щоб успішно обманювати блокчейн, недобросовісному майнеру довелося б постійно перемагати в гонці доказу роботи, що дуже малоймовірно та надзвичайно дорого.

Ethereum використовує доказ роботи з моменту свого створення. Перехід від доказу роботи до доказу частки (proof-of-stake) завжди був головною метою Ethereum. Однак розробка системи доказу частки з дотриманням основних принципів безпеки та децентралізації Ethereum не є простим завданням. Для забезпечення можливості переходу знадобилося багато досліджень і проривів у сфері криптографії, криптоекономіки та проєктування механізмів.

Енерговитрати за використання доказу роботи

Доказ роботи (proof-of-work) є надійним способом убезпечити мережу та запровадити чесні зміни до блокчейну, але це проблематично з кількох причин. Оскільки право майнити блок вимагає розв’язання довільної обчислювальної задачі, майнери можуть збільшити свої шанси на успіх, вкладаючи кошти в потужніше обладнання. Це стимулює гонку озброєнь серед майнерів, які купують нове обладнання для майнингу, що споживає все більше енергії. Протокол доказу роботи Ethereum наразі має загальне річне споживання енергії приблизно таке, як у Фінляндії1, а вуглецевий слід — як у Швейцарії1.

Доказ частки

Екологічніше майбутнє для Ethereum уже будується у вигляді ланцюга з доказом частки (proof-of-stake, PoS). Коли використовується доказ частки, розв’язування довільних задач непотрібне. Відсутність потреби розв’язування задач різко зменшує енерговитрати, необхідні для захисту мережі. Майнерів замінюють валідатори, які виконують ту саму функцію, але замість використання активів для переведення їх у форму обчислювальної роботи вони закладають ETH як гарантію в разі недобросовісної поведінки. Якщо валідатор неактивний (перебуває офлайн, коли повинен виконувати певні обов’язки валідатора), його частка ETH в стейкінгу може повільно витікати, тоді як доказово недобросовісна поведінка призведе до того, що активи в стейкінгу будуть скорочуватися. Це сильно сприяє активній і чесній участі в забезпеченні захисту мережі.

Як і в разі доказу роботи, зловмиснику знадобиться щонайменше 51 % від загальної кількості ETH у стейкінгу для виконання атаки 51 %. Однак, на відміну від корегування, де потенційна втрата від невдалої атаки є лише вартістю генерування геш-потужності, необхідної для майнингу, при доказу частки можлива втрата атаки становить усю кількість ETH, яка використовується як застава. Ця стримувальна структура забезпечує безпеку мережі з доказом частки, одночасно усуваючи необхідність витрачати енергію на довільні обчислення. Детальні пояснення щодо безпеки мережі з доказом частки можна знайти тут і тут(opens in a new tab).

Об’єднання

З грудня 2020 року працює функціональний ланцюг доказу частки під назвою Beacon Chain, який демонструє життєздатність цього протоколу. Поняття «об’єднання» стосується моменту, коли Ethereum повністю відмовиться від моделі доказу роботи й перейде на доказ частки. Очікується, що об’єднання відбудеться в 3–4 кварталі 2022 року. Докладніше про об’єднання.

Енерговитрати за моделі доказу частки

Окрім формування впевненості в механізмі доказу частки, Beacon Chain також дає змогу оцінювати енергоспоживання Ethereum після об’єднання. Згідно з останніми підрахунками(opens in a new tab) припускається, що об'єднання з доказом частки може призвести до зниження загального споживання енергії на 99,95%, при цьому доказ частки буде приблизно у 2000 разів більш енергоефективним, ніж корегування. Енерговитрати Ethereum будуть приблизно дорівнювати вартості роботи домашнього комп’ютера для кожного вузла в мережі.

зображення (opens in a new tab)

Оцінка споживання енергії за моделі PoW на транзакцію, використана на малюнку, базується на даних за травень 2021 року(opens in a new tab); на момент написання це джерело припускало рівень споживання до 175,56 кВт⋅год(opens in a new tab)

Порівняймо ці дані з таким сервісом, як Visa. 100 000 операцій із Visa використовують 149 кВт⋅год енергії2. Якщо припустити, що сегментування впроваджено, поточна швидкість транзакцій Ethereum (15 транзакцій за секунду) буде збільшена щонайменше у 64 рази (кількість сегментів), не враховуючи додаткову оптимізацію шляхом зведення. Реалістична оцінка для Ethereum із накопичувальними пакетами після шардингу й об’єднання становить 25 000–100 000(opens in a new tab) транзакцій на секунду. Ми можемо використати цю інформацію, щоб оцінити максимальні та мінімальні енергозатрати на 100 000 транзакцій.

  • 25 000 транзакцій на секунду.
  • 100 000 / 25 000 = 4 секунди для обробки 100 000 транзакцій.

Ми також можемо оцінити енерговитрати Ethereum за секунду, зробивши застарілу оцінку, згідно з якою 10 000 активних валідаторів захищають мережу (наразі в Beacon Chain є понад 250 000 валідаторів(opens in a new tab), але більшість із них можуть працювати на одному вузлі). Наразі за підрахунками існує 3000–4000 окремих вузлів, тому 10 000 — це застаріла оцінка для періоду після об’єднання).

1,44 кВт⋅год щоденного використання * 10 000 мережевих вузлів = 14 400 кВт⋅год на день. У добі 86 400 секунд, тому 14 400 / 86 400 = 0,1667 кВт⋅год за секунду.

Помножимо це число на кількість часу, потрібного для обробки 100 000 транзакцій: 0,1667 * 4 = 0,667 кВт⋅год.

Це близько 0,4 % енергії, яку використовує Visa для такої самої кількості транзакцій, або зменшення енерговитрат приблизно у 225 разів у порівнянні з поточною мережею доказу роботи Ethereum.

Повторення розрахунку з максимальною кількістю транзакцій на секунду дає 0,1667 кВт⋅год на секунду, що становить близько 0,1 % від енерговитрат Visa, або скорочення в приблизно 894 рази.

Примітка. Порівняння на основі кількості транзакцій є не зовсім точним, оскільки використання енергії Ethereum залежить від часу. Енергоспоживання Ethereum залишається однаковим протягом 1 хвилини та не залежить від того, виконується 1 чи 1000 транзакцій.

Ми повинні також враховувати, що Ethereum не обмежується простими фінансовими операціями, а є повноцінною платформою, створеною для розумних контрактів і децентралізованих програм.

Екологічніша система Ethereum

Хоча енергоспоживання Ethereum завжди було високим, розробники вклали багато часу й розумових зусиль на перехід від енергомісткої до енергоефективної перевірки блоків. Цитуючи Bankless(opens in a new tab), найкращий спосіб зменшити споживання енергії за моделі доказу роботи — просто «вимкнути його». Саме цей підхід вирішили реалізувати в Ethereum.

🌲
Якщо ви вважаєте, що ці статистичні дані неправильні або неточні, поставте питання або повідомте про це. Це оцінки команди ethereum.org, створені з використанням загальнодоступної інформації та поточної дорожньої карти Ethereum. Ці твердження не є офіційною обіцянкою фонду Ethereum Foundation.

Додаткові ресурси

Примітки та джерела

1. Енергоспоживання Ethereum на корегування

Енергоспоживання по країнах, включно з Ethereum (ТВт⋅год за рік)(opens in a new tab)

2. Енергоспоживання Visa

Порівняння середнього енергоспоживання мережі Bitcoin за одну транзакцію з мережею VISA у 2020 році, Statista(opens in a new tab)

Фінансовий звіт Visa за 4 квартал 2020 року(opens in a new tab)

Чи була ця стаття корисною?