Деньги из воздуха

Как добыча криптовалют может повлиять на мировую энергетику и климат

Изображение: Polybert49 / Flickr / CC BY-SA 2.0
Изображение: Polybert49 / Flickr / CC BY-SA 2.0

Мы более-менее знаем, что случилось после того, как люди научились добывать и использовать уголь, нефть или другие углеводороды, — расцвет промышленности, капитализация, глобальное потепление. Криптовалюты кажутся чем-то предельно нематериальным, но вычисления, которые их поддерживают, потребляют так много энергии, что биткоины, эфириумы и другие виртуальные деньги могут поменять не только мировую финансовую систему, но и климат всей планеты.

Кто такой Сатоси Накамото доподлинно не знает никто — то ли японский программист, то ли американский ученый-затворник, то ли группа криптоанархистов, разбросанных по миру. Известно другое: 31 октября 2008 года за авторством Накамото появилась статья Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, описывающая принцип создания и работы криптовалюты, а уже в начале 2009 года тот же Накамато запустил свою платежную сеть.

Раньше перевести средства можно было только одним (с небольшими вариациями) способом. Вы заводите счет в банке, кладете туда деньги и оформляете перевод — сообщаете банку о своем желании переместить часть средств на другой счет. Это запускает цепь муторных проверок: есть ли у вас достаточно денег, существует ли получатель платежа и так далее. Перевод занимает часы, дни или недели, а правила игры в этой ситуации определяет банк: кому можно переводить деньги, сколько взять за посредничество в операциях и кому рассказать о ваших действиях.

С биткоинами иначе: нет ни монетных дворов, ни банков-посредников, а только одна общая, доступная для всех пользователей база, в которой записаны все когда-либо совершавшиеся операции. Когда вы хотите перевести свои виртуальные деньги на другой счет (например, расплатиться биткоинами в интернет-магазине), другие пользователи подтверждают вашу сделку с помощью открытой информации из этой базы и туда же добавляют запись о новой операции. Они как бы свидетельствуют о сделке, но делают это гораздо быстрей и дешевле, чем банки.

Эти посредники в операциях называются майнерами — от английского слова mine («шахта»). Кроме небольшого процента от сделки они получают награду от самой платежной системы, автоматически выпускающей новые биткоины после регистрации перевода и зачисляющей эти виртуальные монеты на счета майнеров. Без этой «премии» вся система криптовалюты обрушилась бы: вычисления по сделке сложны (поэтому биткоин — это криптовалюта, то есть его безопасность поддерживается криптографическими алгоритмами) и без внешнего стимула никто бы заниматься ими не стал. Подтвердить сделку одновременно пытаются сразу все майнеры с активными вычислительными мощностями, подключенными к сети, и получает награду только самый быстрый и удачливый из них.

Фото: Lock the Gate Alliance / Flickr / CC BY 2.0

На заре криптовалют обыкновенный пользователь, подтверждающий операции на скромных мощностях домашнего компьютера, мог добыть за ночь сразу несколько десятков монет, но сейчас даже крупные «фермы», объединяющие силы сотен специализированных вычислителей, получают лишь нескольких биткоинов в день — награда за одни и те же объемы вычислений постоянно уменьшается. Это изначально было заложено еще самим Накамото, так же как и общее количество биткоинов, которые будут выпущены за все время, — 21 миллион монет (сейчас «напечатано» около 16,5 миллиона, а последний биткоин будет добыт ориентировочно в 2040 году).

В первой эмиссии было сразу 11 миллионов биткоинов, и тогда каждый из них стоил какие-то исчезающие доли центов. За виртуальные деньги стали покупать реальные товары, и постепенно курс вырос. Сейчас один биткоин стоит около 4500 долларов или 260 тысяч рублей.

После биткоина появилось множество других виртуальных валют: одни поддерживают необычные дополнительные опции, другие делают переводы абсолютно анонимными, а третьи отличаются от самого биткоина только небольшими техническими деталями. Суммарно вся их стоимость оценивается уже больше чем в 100 миллиардов долларов (на биткоины приходится около 75 из них) — это гораздо меньше, чем оборот всех «реальных» денег в мире, но уже больше, чем капитализация «Роснефти» или «Газпрома». А если учитывать, что криптовалютами заинтересовались банки и правительства некоторых стран, то скорей всего рынок виртуальных денег продолжит расти.


Особенности национального майнинга

К чему это может привести, легко понять на примере майнера-одиночки, добывающего криптовалюту у себя дома. Про этих людей ходит немало городских легенд: у майнеров выбивает пробки из-за огромных нагрузок на электросеть, по наводкам энергетических компаний к ним приходит полиция в поисках плантаций конопли, а воздух в квартирах разогревается до 60 градусов Цельсия.

Оборудование майнеров действительно потребляет много энергии (потому что проводит сложные вычисления для обеспечения безопасности всех сделок), а взамен выделяет много тепла (вечный спутник вычислений, о котором мы иногда забываем). Если забыть о «свидетельских» функциях майнеров, то по сути можно сказать, что они просто «превращают» электричество в биткоины.

Впрочем, людей добывающих криптовалюту в домашних условиях, становится все меньше. С теми же биткоинами это уже давно нереально, потому что весь «рынок» добычи поделен между крупными «фермами» — своеобразными артелями, где майнеры соединяют свои вычислительные мощности и создают инфраструктуру для их обслуживания, а потом делят доход от добычи.

Одна из крупнейших ферм для добычи биткоинов находится в китайском городе-призраке Канбаши. Его начали строить около 20 лет назад, когда в пустыне вокруг города нашли крупные месторождения угля. Мировой финансовый кризис сделал угольные шахты нерентабельными, и почти достроенный город, рассчитанный на миллион жителей, так и остался пустым — сейчас в нем живет не больше ста тысяч человек.

Ферма в Канбаши — это несколько больших складов на окраине города с тысячами вычислительных машин для обработки операции с биткоинами и четырьмя тысячами машин для операций с лайтконами в недружелюбных условиях внутренней Монголии: песчаные ветры из пустыни и сорокаградусная жара летом. Но местные угольные электростанции (некоторые шахты все-таки пережили кризис) продают свою электроэнергию по аномально низкой цене — иначе просто ее никто не купит, поэтому затраты на электричество (около 39 тысяч долларов в сутки) легко компенсируются доходами от майнинга (за сутки добывают около 115 биткоинов — около 520 тысяч долларов).


Тепловые следы вычислений

Наши действия в виртуальном мире имеют вполне реальное воплощение: нажатие кнопки, лайк в социальной сети — и вот уже электроны бегут по электрическим схемам, фотоны передают сигналы на тысячи километров, а на далеких серверах меняется намагниченность нескольких атомов жесткого диска. Все действия с информацией вполне материальны, а все вычисления сопровождаются выделениями энергии. Некоторые даже предлагают искать признаки внеземной жизни на удаленных космических телах по аномальному тепловому излучению: предполагается, что любая высокоразвитая цивилизация не сможет обойтись без глобальных вычислений, но так никогда и не изобретет хороших средств для утилизации тепла. Человечество пока не вышло на такие масштабы, но предпосылки тому уже есть: дата-центры потребляют около 2% мирового электричества и с распространением криптовалют эта доля может еще подрасти.

По некоторым оценкам, электричества, которое уходит на одну операцию в сети биткоинов, хватило бы среднему американскому домохозяйству на 1,6 суток, а вся сеть биткоинов по усредненному расходу энергии находится где-то на уровне Туркменистана (81-е место в рейтинге стран по потреблению электричества). Эколог из Лейденского университета Себастьян Дитман (Sebastiaan Deetman) показал, что расходы электричества на операции с биткоинами к 2020 году могут сравняться с объемом энергетики Дании — это не так много, но если вспомнить, что кроме биткоина существует еще множество других криптовалют, все становится серьезнее. Тем более что кроме энергетических затрат операции с криптовалютой оставляют серьезные «климатические следы»: по расчетам Дитмана в 2020 году каждая транзакция с биткоинами будет опосредованно «виновата» в выделении четырех тонн углекислого газа.

Свои оценки Дитман построил на двух параметрах: он взял статистику по увеличению энергетической эффективности вычислений для майнинга и статистику по увеличению объемов вычислений, спрогнозировал по этим данным будущие зависимости и наложил их друг на друга. В результате у него получилась, что суммарные энергетические затраты на операции с биткоинами возрастают не прямо пропорционально количеству транзакций, а растут все быстрее и быстрее, и каждая следующая транзакция «стоит» больше электричества, чем предыдущая.

Фото: B. F. Childs / NYPL Digital Collections / Public Domain

Такая нелинейность связана с «соревновательным» духом биткоина — транзакцию пытаются подтвердить вычислениями сразу все активные майнеры. Из-за этого между ними начинается гонка вооружений: чтобы добыть побольше монет, каждый майнер старается увеличить свои вычислительные мощности, и в результате увеличивается суммарная мощность всей системы, в то время как суммарная награда, положенная майнерам, остается такой же (она зафиксирована изначальными правилами эмиссии биткоинов). В результате за каждый биткоин приходится «платить» все больше и больше электричества.

Это чем-то похоже на трагедию общинных пастбищ — одну из модельных ситуаций теорий игр. В ней у жителей деревни есть одно большое общее пастбище, на котором разрешено пасти только общий скот, чтобы ресурсы пастбища не истощались. Но дальше один человек решает потихоньку пасти на общем пастбище еще и свою корову: «Одна скотинка много травы не съест и общему делу не повредит, а мне будет лучше».

Дальше так же делает второй, третий и наконец все жители деревни нарушают договор, и пастбище постепенно истощается. Примерно так же и с майнерами: если бы они договорились не наращивать вычислительные мощности в погоне за личной выгодой, а, скажем, делить общий доход в каких-то установленных пропорциях (о, утопия!), то не было бы бесконечного роста энергетических расходов на операции с биткоинами.

Но пока такого не происходит, и биткоины многократно проигрывают по своей энергетической эффективности, например, платежной системе VISA, одна транзакция в которой требует примерно в 5 тысяч раз меньше энергии. Так что классическая банковская система здесь пока впереди: никакой анонимности и децентрализованности, зато куда меньше шансов вызвать мировой энергетический коллапс и окончательно «сломать» мировой климат.


Что делать?

Как водится, есть несколько способов. Можно договориться использовать в системе биткоинов только возобновляемые источники энергии. Об этом часто говорят хозяева майнинговых ферм (например, в Исландии, где много майнеров, вся энергия по определению «зеленая» — от геотермальных и приливных электростанций), и иногда здесь появляются очень экстравагантные решения: в 2011 году была запущена криптовалюта SolarCoin, которую можно не только купить на рынке или намайнить за посредничество в операциях, но еще и получить в награду за 1 мегаватт-час выработанной солнечной энергии. Но все-таки подобные истории больше похожи на красивые пиар-ходы: вряд ли альтернативная энергетика, и без того имеющая огромное количество стимулов к росту, станет развиваться быстрей под давлением криптовалют.

О другом решении, банальном и абсолютно невероятном, уже было чуть выше: можно поменять правила игры — остановить гонку вычислительных мощностей, отказаться от принципа, по которому каждую транзакцию пытаются подтвердить сразу все майнеры. Но этот сценарий разбивается о децентрализованность криптовалют. Если нет центра, контролирующего их выпуск и оборот, то некому и авторитетным решением свыше менять правила, а самоорганизация сообщества, кажется, идет очень непросто.

Третий способ — расслабиться и попытаться приспособиться к новым условиям. Системы для майнинга потребляют много энергии, а взамен дают криптовалюту и много дармового тепла — значит, что-то можно с этим сделать? Например, подключить к ним отопительную систему или хотя бы бойлер для нагревания воды в душе. Во всяком случае, домашнее отопление на непонятной черной коробке, обсчитывающей чужие операции с криптовалютой в интернете, — это уже вполне в духе постапокалиптической эстетики Fallout или «Дороги», еще одна зарисовка нашего прекрасного технологического будущего.

Правки: в первом варианте текста «Чердак» написал, что ферма в Канбаши потребляет около 40 МВт энергии в час, а SolarCoin дают за 1 мегаватт выработанной солнечной энергии. Но внимательный читатель Данил Михайлов это заметил (как и в прошлый раз — в материале о неразрушающих методах исследования). Спасибо еще раз, Данил!

Михаил Петров
Теги:

Читать еще на Чердаке: