I chip fotonici possono salvare Bitcoin?

foto di fasci di luce astratti Roland Larsson / Unsplash

Quando la bolla di Bitcoin è scoppiata alla fine del 2017, il valore della criptovaluta è sceso da oltre $ 17.000 a meno di $ 7.000 in pochi giorni. La copertura delle notizie globali ha suggerito che il boom valutario sembrava essere terminato bruscamente.

Ma quando il valore di Bitcoin è diminuito, è successo qualcosa di strano. La velocità con cui i bitcoin venivano creati o estratti è aumentata notevolmente. La ragione? Nonostante il calo di valore, il mining di bitcoin è stato comunque estremamente redditizio. In altre parole, il costo del mining - il prezzo dell'hardware più l'energia per farlo funzionare - era ancora inferiore al valore delle monete che produceva.

Questo boom minerario è continuato per quasi un anno. Poi, a novembre 2018, il valore di Bitcoin è sceso di nuovo drasticamente, questa volta da circa $ 6.500 a meno di $ 3.500.

Questo ha strappato il tappeto da sotto molti minatori. Improvvisamente i bitcoin non erano più abbastanza preziosi per coprire i loro costi energetici e le miniere furono chiuse. Per la prima volta nella storia della criptovaluta, il tasso di mining è crollato, passando da 60 exa-hash al secondo a soli 35.

L'impatto è stato significativo. Prima di questo, l'estrazione mineraria era geograficamente diversa, impedendo a un paese oa una regione di esercitare un'influenza indebita. Ora l'estrazione mineraria era possibile solo dove l'energia era abbastanza economica da consentire un profitto, principalmente nella Cina occidentale. E la Cina stava aumentando il controllo delle criptovalute, chiudendo gli scambi e vietando varie attività.

Ciò rappresentava una minaccia esistenziale per Bitcoin. E da allora, gli esperti di criptovaluta hanno cercato disperatamente una soluzione.

Il problema fondamentale è che il mining di bitcoin è computazionalmente costoso. Questo è uno stratagemma deliberato per rendere sicura la criptovaluta. Ma il calcolo è ad alta intensità energetica. E con l'aumento dell'interesse per la criptovaluta, aumenta anche la quantità di energia che consuma.

Secondo alcune stime, il mining di bitcoin attualmente consuma oltre 75 terawattora all'anno, più dell'intero consumo di elettricità dell'Austria. Non è sostenibile, in particolare se Bitcoin continua a crescere in modo esponenziale, come spera la comunità delle criptovalute. Quindi un nuovo modo per estrarre la valuta è un disperato bisogno.

Entrano Michael Dubrovsky al PoWx senza scopo di lucro, Marshall Ball alla Columbia University di New York e Bogdan Penkovsky all'Università di Paris-Saclay in Francia. Questi ragazzi hanno escogitato un nuovo modo per proteggere Bitcoin che è computazionalmente costoso ma molto più efficiente dal punto di vista energetico. Fondamentalmente, dicono che è anche compatibile con gli attuali sistemi di crittografia e quindi dovrebbe essere relativamente semplice includerlo nelle future iterazioni di Bitcoin.

La loro salsa segreta è semplice. Invece di affidarsi ai computer convenzionali per sgranocchiare i numeri, Dubrovksy e compagni vogliono usare i computer ottici. Dicono che questi dispositivi utilizzino molta meno energia e quindi cambieranno radicalmente il calcolo alla base del mining di bitcoin. Ma hanno ragione?

Prima un po' di background. Bitcoin si basa su un registro decentralizzato che registra tutte le transazioni associate alla valuta. Ciò garantisce che nessuna singola entità controlli la valuta.

Un'idea chiave è che il registro deve essere sicuro in modo che tutti possano fidarsi del suo contenuto. Questa sicurezza si ottiene crittografando regolarmente il libro mastro in modo che il suo contenuto non possa essere modificato.

Tuttavia, il processo di crittografia deve avere proprietà speciali. Il registro deve essere estremamente difficile da crittografare, ma una volta crittografato, deve essere facile da controllare.

Si scopre che esiste un insieme di oggetti matematici chiamati funzioni botola che hanno esattamente questa proprietà. In effetti, sono già ampiamente utilizzati per crittografare qualsiasi cosa, dai messaggi personali alle transazioni con carta di credito.

Questa forma di crittografia è dispendiosa dal punto di vista computazionale: richiede computer potenti la cui gestione è costosa. Quindi Bitcoin ha un'altra caratteristica che è stata la chiave del suo successo. Chiunque esegua il processo di crittografia, la prova del lavoro, viene ricompensato con bitcoin appena creati.

Ecco perché il processo si chiama mining. Con l'aumento del valore di Bitcoin, è aumentata anche la popolarità del mining.

Ma questo ha un aspetto negativo. Il calcolo è ad alta intensità energetica. Quindi i minatori hanno cercato vari modi per ridurre i loro costi. Uno degli sviluppi è stata l'introduzione di circuiti integrati specifici dell'applicazione, chip ASIC, ottimizzati per l'unico scopo del mining di Bitcoin. Un altro era trovare fonti di energia a basso costo.

Dubrovksy e compagni affermano che il calcolo ottico cambia questo calcolo. Sono ispirati dal rapido sviluppo negli ultimi anni di chip fotonici in grado di elaborare con un'efficienza molto maggiore rispetto al silicio. La promessa della tecnologia è di offrire 2-3 ordini di grandezza di efficienza energetica migliore rispetto ai processori elettronici, afferma il team.

A tal fine, Dubrovksy e co hanno escogitato un protocollo di crittografia rivisto, chiamato HeavyHash, ottimizzato per i computer fotonici. Ciò significa che i migliori risultati possono essere ottenuti solo impiegando un processore fotonico per eseguire il calcolo dei numeri.

Questa prova ottica del lavoro dovrebbe incoraggiare l'adozione di chip fotonici e ridurre così drasticamente il budget energetico di Bitcoin. L'implementazione della Proof of Work ottica aiuterà ad accelerare lo sviluppo di coprocessori fotonici ad alta efficienza energetica, affermano i ricercatori.

Quando il costo dell'energia non sarà più la considerazione principale, affermano Dubrovsky e compagni, il costo dell'hardware dominerà i calcoli. E ciò garantirà che i minatori possano lavorare in modo redditizio in località di tutto il mondo piuttosto che solo nelle regioni in cui l'energia è a basso costo.

Almeno, questa è la teoria. Il problema è che l'efficienza energetica dei chip fotonici deve ancora essere stabilita chiaramente. Ad esempio, gli interruttori ottici funzionano modificando il loro indice di rifrazione, e questo è attualmente fatto con minuscoli riscaldatori. Anche i circuiti fotonici al silicio variano in piccoli modi che devono essere compensati con microriscaldatori.

Questi riscaldatori aumentano significativamente il budget energetico dei chip in modi difficili da prevedere. In effetti, Dubrovksy e colleghi non prevedono chiaramente i risparmi energetici che potrebbero (o meno) essere possibili man mano che Bitcoin cresce. Ciò rende difficile valutare l'efficacia della prova ottica del lavoro.

Né i ricercatori mostrano come la prova ottica del lavoro risolverà il problema associato alle differenze regionali nel costo dell'energia. In futuro i costi dell'hardware saranno simili per tutti i minatori, come lo sono ora. Quindi, a lungo termine, il modo migliore per massimizzare i profitti sarà comunque trovare fonti di energia a basso costo.

Non è diverso dal problema che sta attualmente affrontando Bitcoin. Ecco perché è difficile sfuggire alla conclusione che questa forma di calcolo ad alta efficienza energetica semplicemente posticipa l'inevitabile.

Rif: arxiv.org/abs/1911.05193 : Prova ottica del lavoro

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