Kunnen fotonische chips Bitcoin redden?

foto van abstracte lichtstralen Roland Larsson / Unsplash

Toen de Bitcoin-bubbel eind 2017 barstte, daalde de waarde van de cryptocurrency in slechts een paar dagen van meer dan $ 17.000 naar minder dan $ 7.000. Wereldwijde berichtgeving suggereerde dat de valuta-hausse abrupt leek te zijn geëindigd.

Maar toen de waarde van Bitcoin daalde, gebeurde er iets vreemds. De snelheid waarmee bitcoins werden gemaakt - of gedolven - nam dramatisch toe. De reden? Ondanks de waardedaling was bitcoin mining nog steeds zeer winstgevend. Met andere woorden, de kosten van mijnbouw - de prijs van de hardware plus de energie om het te laten werken - waren nog steeds minder dan de waarde van de munten die het produceerde.

Deze mijnbouwexplosie hield bijna een jaar aan. In november 2018 daalde de waarde van Bitcoin opnieuw dramatisch, dit keer van ongeveer $6.500 naar minder dan $3.500.

Dit trok het kleed onder veel mijnwerkers vandaan. Plots waren bitcoins niet langer waardevol genoeg om hun energiekosten te dekken en werden de mijnen gesloten. Voor het eerst in de geschiedenis van de cryptocurrency stortte de mijnbouwsnelheid in, van 60 exa-hashes per seconde naar slechts 35.

De impact was aanzienlijk. Voordien was mijnbouw geografisch divers, waardoor een land of regio geen ongepaste invloed uitoefende. Nu was mijnbouw alleen mogelijk waar energie goedkoop genoeg was om winst te maken - voornamelijk in het westen van China. En China verhoogde zijn toezicht op cryptocurrencies, sloot uitwisselingen en verbood verschillende activiteiten.

Dit vormde een existentiële bedreiging voor Bitcoin. En sindsdien zijn cryptocurrency-experts wanhopig op zoek naar een oplossing.

Het fundamentele probleem is dat bitcoin-mining rekenkundig duur is. Dit is een opzettelijke truc om de cryptocurrency veilig te maken. Maar rekenen is energie-intensief. En naarmate de interesse in de cryptocurrency is toegenomen, neemt ook de hoeveelheid energie die het verbruikt toe.

Volgens sommige schattingen verbruikt bitcoin-mining momenteel meer dan 75 terawattuur per jaar, meer dan het totale elektriciteitsverbruik van Oostenrijk. Dat is niet duurzaam, vooral als Bitcoin exponentieel blijft groeien, zoals de cryptocurrency-gemeenschap hoopt. Dus een nieuwe manier om de valuta te ontginnen is hard nodig.

Doe mee met Michael Dubrovsky bij de non-profit PoWx, Marshall Ball aan de Columbia University in New York en Bogdan Penkovsky aan de universiteit van Parijs-Saclay in Frankrijk. Deze jongens hebben een nieuwe manier bedacht om Bitcoin te beveiligen die rekenkundig duur is, maar veel energiezuiniger. Cruciaal is dat ze zeggen dat het ook compatibel is met de huidige coderingssystemen en dus relatief eenvoudig zou moeten zijn om op te nemen in toekomstige iteraties van Bitcoin.

Hun geheime saus is eenvoudig. In plaats van te vertrouwen op conventionele computers om het rekenwerk te doen, willen Dubrovksy en co optische computers gebruiken. Ze zeggen dat deze apparaten aanzienlijk minder energie verbruiken en dus de calculus achter bitcoin-mining fundamenteel zullen veranderen. Maar hebben ze gelijk?

Eerst wat achtergrond. Bitcoin is gebaseerd op een gedecentraliseerd grootboek dat alle transacties registreert die aan de valuta zijn gekoppeld. Dit zorgt ervoor dat geen enkele entiteit de valuta controleert.

Een belangrijk idee is dat het grootboek veilig moet zijn, zodat iedereen de inhoud ervan kan vertrouwen. Deze beveiliging wordt bereikt door het grootboek regelmatig te versleutelen, zodat de inhoud niet kan worden gewijzigd.

Het encryptieproces moet echter speciale eigenschappen hebben. Het grootboek moet extreem moeilijk te versleutelen zijn, maar eenmaal versleuteld moet het gemakkelijk te controleren zijn.

Het blijkt dat er een reeks wiskundige objecten is die valdeurfuncties worden genoemd en die precies deze eigenschap hebben. Ze worden inderdaad al veel gebruikt voor het versleutelen van alles, van persoonlijke berichten tot creditcardtransacties.

Deze vorm van codering is rekenkundig duur - er zijn krachtige computers voor nodig die duur zijn om te gebruiken. Dus Bitcoin heeft nog een andere functie die de sleutel tot zijn succes is geweest. Iedereen die het coderingsproces uitvoert - het bewijs van werk - wordt beloond met nieuw gemaakte bitcoins.

Daarom wordt het proces mining genoemd. Naarmate de waarde van Bitcoin is gestegen, is ook de populariteit van mijnbouw toegenomen.

Maar dit heeft een keerzijde. Berekenen is energie-intensief. Dus mijnwerkers hebben gezocht naar verschillende manieren om hun kosten te verlagen. Een ontwikkeling was de introductie van toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen - ASIC-chips - die zijn geoptimaliseerd voor het enige doel van Bitcoin-mining. Een andere was het vinden van goedkope energiebronnen.

Dubrovksy en co zeggen dat optische computers deze calculus veranderen. Ze zijn geïnspireerd op de snelle ontwikkeling van de afgelopen jaren van fotonische chips die veel efficiënter kunnen rekenen dan silicium. De belofte van de technologie is om 2-3 orden van grootte betere energie-efficiëntie te bieden dan elektronische processors, zegt het team.

Daartoe hebben Dubrovksy en co een herzien coderingsprotocol bedacht, HeavyHash genaamd, dat is geoptimaliseerd voor fotonische computers. Dit betekent dat de beste resultaten alleen kunnen worden bereikt door een fotonische processor te gebruiken om het rekenwerk uit te voeren.

Dit optische bewijs van werk zou de acceptatie van fotonische chips moeten aanmoedigen en zo het energiebudget van Bitcoin drastisch moeten verminderen. De implementatie van optische Proof of Work zal de ontwikkeling van energiezuinige fotonische coprocessors helpen versnellen, aldus de onderzoekers.

Wanneer de kosten van energie niet langer de belangrijkste overweging zijn, zeggen Dubrovsky en co, zullen de kosten van hardware de berekeningen domineren. En dat zal ervoor zorgen dat mijnwerkers winstgevend kunnen werken op locaties over de hele wereld in plaats van alleen in regio's waar energie goedkoop is.

Tenminste, dat is de theorie. Het probleem is dat de energie-efficiëntie van fotonische chips nog niet duidelijk is vastgesteld. Optische schakelaars werken bijvoorbeeld door hun brekingsindex te veranderen, en dit wordt momenteel gedaan met kleine verwarmingselementen. Silicium-fotonische circuits variëren ook op kleine manieren die moeten worden gecompenseerd met microverwarmers.

Deze verwarmers verhogen het energiebudget van de chips aanzienlijk op manieren die moeilijk te voorspellen zijn. Dubrovksy en co voorspellen inderdaad niet duidelijk de energiebesparingen die mogelijk (of niet) mogelijk zijn naarmate Bitcoin opschaalt. Dat maakt het moeilijk om de effectiviteit van optische proof of work te beoordelen.

Evenmin laten de onderzoekers zien hoe optische proof of work het probleem zal oplossen dat samenhangt met regionale verschillen in de kosten van stroom. In de toekomst zullen de hardwarekosten voor alle miners vergelijkbaar zijn, zoals nu. Dus op de lange termijn is het vinden van goedkope energiebronnen de beste manier om de winst te maximaliseren.

Dat is niet anders dan het probleem waarmee Bitcoin momenteel wordt geconfronteerd. Daarom is het moeilijk om aan de conclusie te ontsnappen dat deze vorm van energiezuinig computergebruik alleen maar het onvermijdelijke uitstelt.

Referentie: arxiv.org/abs/1911.05193 : Optisch bewijs van werk

zich verstoppen