Työntodiste (PoW) on tehokas
Esipuhe
Suurin osa ihmisistä ajattelee Bitcoinin työntodisteen (engl. Proof of Work, PoW) olevan “tuhlausta”. [1] Tässä artikkelissa tutkin sitä, miten kaikki on energiaa, raha on energiaa, energiankäyttö on subjektiivista ja vertailen työntodisteen energiakustannuksia suhteessa nykyisiin hallintojärjestelmiin. Tämä artikkeli on kokoelma välittömiä ajatuksia monilta eri ihmisiltä. Minun lisäarvoni oli näiden kertomusten yhdistämisessä, tiivistämisessä ja yhdistämisessä.
Työ on energiaa
Ajatus siitä, että “työ” on energiaa, sai alkunsa, kun ranskalainen matemaatikko Gaspard-Gustave de Coriolis sanoi, että energia on “tehtyä työtä”. Kauan sitten kaikki työ taloudessa oli täysin inhimillistä työtä. Tämä työ toimi ruualla.
Noin miljoona vuotta sitten ihmiset keksivät tulenkäytön. Tämän seurauksena käytettävissämme olevan energian määrä kasvoi, koska nyt pystyimme kuumentamaan paitsi sen mitä söimme, mutta myös lämmittää asumukset. Tämä lisäenergian käyttö paransi elinolojamme.
Muutamia tuhansia vuosia sitten energiankulutuksemme kasvoi edelleen, kun ryhdyimme kesyttämään ja kasvattamaan eläimiä. Eläimet voisivat työskennellä meidän asemastamme. Myös näitä uusia työntekijöitä piti ruokkia. Tarvittiin suuria määriä ruokaa energiankulutuksen tyydyttämiseksi, ja vaurautemme kasvoi samalla.
Viimeisen sadan vuoden aikana olemme rakentaneet hienoja koneita. Nämä mekaaniset koneet tekivät työtä ensin vedestä ja tuulesta, sitten edullisemmista energianlähteistä, kuten hiilestä ja kaasusta, ja nyt ydinlähteistä (fissio/fuusio). Niin koneet kuin myös luonto tekevät työtä energiaa hyödyntämällä. Meillä on talous, joka ei perustu rahaan, vaan työhön ja energiaan.
Kaikki asiat elämässämme ovat läheisesti sidoksissa energian hintaan. Veden puhdistus vaatii energiaa. Tuotteiden kuljettaminen vaatii energiaa. Tuotteiden valmistaminen vaatii energiaa. Ruoanvalmistus vaatii rahaa. Jääkaapit ja pakastimet vaativat energiaa. Vapailla markkinoilla minkä tahansa hyödykkeen hinta heijastelee suurelta osin kyseisen hyödykkeen tuottamiseen kulutettua energiaa. Koska vapaat markkinat kannustavat tuottamaan hyödykkeitä kaikkein edullisimmin, minkä tahansa hyödykkeen tuottamiseen käytetyn energian määrä minimoidaan. Rahan, joka edustaa tavaroiden ja palvelujen tuottamiseen tarvittavaa työtä, voidaan katsoa edustavan varastoitua energiaa.
1900-luvun alussa Henry Fordin ja Thomas Edisonin kaltaiset teollisuusjohtajat olivat kiinnostuneita korvaamaan kullan tai dollarin “energiadollarilla” tai “energiayksiköillä” (hyödyke-energiavaluutta). Tämä käsite oli suosittu sen kestävän ja toimivan rahan ominaisuuksien vuoksi, mukaan lukien: selkeästi määritelty laskenta-/tiliyksikkö, helppo mitattavuus/vaikea väärennettävyys, jaettavissa pienemmiksi yksiköiksi ja vaihdettavuus (siis nämä yksiköt vastaavat mitä tahansa muuta yksikköä). Energiaraha oli kuitenkin epätäydellinen, sillä sitä ei voinut siirtää tai varastoida helposti.
Tietämättänsä oli hän keksinyt suuren lain ihmiskunnan toiminnoissa, nimittäin, ett’ei tarvinnut muuta kiihottaaksensa, joko pojan tai aikuisenkin miehen halua saadaksensa jotakuta esinettä, kun tehdä sen saaminen vaikeaksi.
—Mark Twain, Tom Sawyer — Koulupojan historia (1879 [1876])
Pikakelaus 31. lokakuuhun 2018 — Satoshi julkaisi Bitcoin-paperinsa. Bitcoinin työntodiste (engl. Proof of Work, PoW) oli kehitetty alun perin taistelussa roskapostia vastaan. Vasta myöhemmin Satoshi sovelsi sitä digitaalisen käteisen tapauksessa. Työntodisteeseen perustuva louhinta muuntaa tiettyyn käyttötarkoitukseen suunniteltujen koneiden (ASIC) avulla sähköä bitcoineiksi (lohkopalkkion avulla). Kone tekee jatkuvasti laskentaa (arvauksia/ääniä), kunnes se ratkaisee kryptografisen arvoituksen ja saa bitcoineja (lohkopalkkion). Arvoituksen ratkaisu osoittaa, että louhija käytti energiaa ASIC:ien ja sähkön muodossa, joka on todiste siitä, että louhija teki työtä. Bitcoinissa on kapitalistinen äänestysmekanismi (“rahaa vaarannettu, ääniä saatu”), joka perustuu tiivisteiden (äänien) tuottamiseen energian/ASIC-piirien avulla. — Hugo Nguyen
Kun Satoshi suunnitteli työntodisteen, hän muutti perusteellisesti sen, kuinka ihmisten välinen konsensus eli yhteisymmärrys muodostetaan energiaa muuntamalla poliittista äänistä epäpoliittisiksi ääniksi (hasheiksi eli tiivisteiksi). Työntodiste on todiste polttamisesta tai osoitus siitä, että energiaa on kulutettu. Miksi tämä on tärkeää? Se on fyysiselle maailmalle kaikkein yksinkertaisin ja oikeudenmukaisin tapa varmentaa jotain digitaalisessa maailmassa. Bitcoin on fysiikkaa, ei koodia. Bitcoin on superhyödyke, joka on luotu energiasta, maailmankaikkeuden perushyödykkeestä. Työntodiste muuntaa sähköä digitaaliseksi kullaksi.
Bitcoinin pääkirja eli lohkoketju voi olla muuttumaton, jos ja vain jos sen tuottaminen on kallista. Se, että työntodiste (PoW) on “kallis”, on ominaisuus, ei bugi. Aivan viime aikoihin asti jonkin turvaaminen tarkoitti paksun fyysisen seinän rakentamista kaiken sellaisen ympärille, jota pidetään arvokkaana. Kryptovaluuttojen uusi maailma on epäintuitiivinen ja outo — ei ole fyysisiä seiniä rahamme suojaamiseksi, ei ovia holveissa. Bitcoinin julkisen kirjanpidon ja pääkirjan turvaa sen kollektiivinen laskentateho: kaiken seinän rakentamiseen kulutetun energian yhteenlaskettu summa. Läpinäkyvän kalliin muotoilun takia sen tuhoaminen vaatii vastaavan määrän energiaa (väärentämättömän kallista).
Energiankulutus
Kryptoapokalypsi on ovella — Bitcoinin työntodiste on niin huono, että se tuhoaa maailman vuonna 2020! Olet ehkä huomannut, että suurin osa “maailmanloppua” kailottavista artikkeleista perustuu Alex de Vriesin analyysin tuloksiin. De Vries on Hollannin PwC:llä työskentelevä “finanssitieteilijä ja lohkoketjuasiantuntija” ja Digiconomist-verkkosivun kirjoittaja. Hänen arvioitaan on jo kohtuullisen paljon kritisoitu sen huonon energiankulutusta koskevan laskeman vuoksi. Hänen valitsemansa avainmittari oli myös tarkoituksellisen harhaanjohtava (“sähkönkulutus siirtotapahtumaa kohden”) useista syistä:
- Kulutettu energia on lohkoa kohden, jossa voi olla vaihteleva määrä tapahtumia. Suurempi määrä siirtotapahtumia ei tarkoita suurempaa energiankulutusta.
- Bitcoin-siirtotapahtumien taloudellinen tiheys kasvaa kaiken aikaa (niputtaminen eli batching, Segwit, Salamaverkko jne.). Bitcoinin muuttuessa selvitysverkoksi, jokaista kulutettua energiayksikköä vastaa eksponentiaalisesti enemmän ja enemmän taloudellista arvoa.
- Keskimääräinen siirtokustannus tapahtumaa kohden ei ole riittävä mittari Bitcoinin työntodisteen mittaamiseksi, vaan se olisi määriteltävä sen taloudellisen historian turvallisuuden perusteella. Energiankulutus turvaa olemassa olevat Bitcoin-varannot, ja tämä prosenttiosuus pienenee ajan myötä inflaation hidastuessa. Bitcoiniin “kertyy” energiaa, joka liittyy kaikkiin lohkoihin, jotka on louhittu sen luomisen jälkeen. Tutkija LaurentMT on osoittanut empiirisesti, että Bitcoinin työntodisteesta tulee toden totta ajan mittaan entistä tehokkaampi: kasvavat kustannukset tasapainottuvan sitä mukaan, kun järjestelmän vakuuttaman ja varmentaman kokonaisarvon määrä kasvaa.
Nyt kun tiedämme, mikä on oikea avainmittari energiankulutukseen sijoitetun pääoman tuottoasteen (ROI) arvioimiseksi, katsotaan, miten käytetyn energian kustannukset ovat muuttuneet Bitcoinin työntodisteen tapauksessa.
ASIC:ien tehokkuuden paraneminen on hidastumaan päin. Tehokkuuden parantumisen hidastumisen vuoksi voimme olettaa, että valmistajien välinen kilpailu lisääntyy katteiden supistumisen vuoksi.
Yhteenlasketut louhintakustannukset siirtyvät ASIC-laitteistojen etukäteiskustannuksista (CAPEX) jatkuviin energiankäyttökustannuksiin (OPEX). Louhintakeskusten fyysisellä sijainnilla ei ole merkitystä Bitcoin-verkon kannalta (ne ovat siirrettävissä), joten louhijat siirtyvät sellaisille alueille, jotka tuottavat ylijäämäenergiaa alhaisimmilla rajakustannuksilla. Pitkällä aikavälillä tämä voi parantaa maailmanlaajuisten energiamarkkinoiden tehokkuutta, kun Bitcoin-louhijat pyrkivät tekemään ns. varmaa voittoa eli arbitraasia sähköllä maailmanlaajuisten louhintakeskusten välillä. Bitcoinin louhinnan kustannuksista tulee alin (ylimääräisen) arvo (ylimääräiselle) sähkölle. Tämä saattaa ratkaista uusiutuviin energialähteisiin liittyvän ongelmat, joiden kapasiteetti on ennustettava, mutta joka muutoin heitetään hukkaan, kuten veden ja metaanin tapauksissa. Tulevaisuudessa Bitcoin-louhinta voisi auttaa niitä uusiutuvien energialähteiden parissa toimivia, joiden energiantuotanto vaihtelee. Tällaiset energiantuottajat voisivat kytkeytyä louhijoihin ja muuntaa ylimääräisen energian bitcoineiksi.
Alumiini oli suosittu keino “viedä” sähköä niiden maiden parissa, joilla on runsaasti uusiutuvia energialähteitä, mutta jotka ovat liian kaukana (esim. Islanti). Bauksiitin rikastaminen alumiinioksidiksi vaatii paljon sähköenergiaa ja sen muuntaminen alumiiniksi tapahtuu vain yhteen suuntaan (aivan kuten tiivisteitä). Samat “epäoikeudenmukaista” energiankulutusta koskevat huolenaiheet esitettiin jo yli 40 vuotta sitten vuonna 1979 (mukaan lukien keskittymistä koskevat huolet). Kaikki nämä alumiiniyritykset ovat jatkuvasti pyrkineet löytämään entistä edullisempaa sähköä ja muita myönnytyksiä. Alumiinin valmistuksen kehittyminen vuosikymmenien saatossa on johtanut siihen, että alumiinin valmistamisesta on tullut aiempaa tehokkaampaa, kun sitä mitataan sillä, kuinka monta kiloa alumiinia yhdellä kilowattitunnilla voidaan valmistaa.
“Tämä maailmanlaajuinen energiaverkko vapauttaa hukkaomaisuuden ja tekee siitä uudelleen elinkelpoisen. Kuvittele mielessäsi kolmiulotteinen topografinen maailmankartta, jossa edulliset energiapisteet ovat alempana ja kalliit energiapisteet korkeammalla. Kuvittele Bitcoin-louhinta lasilliseksi vettä. Kaada se kartan päälle ja seuraa, kuinka vesi asettuu [enimmäkseen] koloihin ja sopukoihin ja lopulta tasoittuu.”
— Nic Carter (Twitter)
Bitcoinin työntodiste on kaiken sähkön viime käden ostaja. Työntodiste muodostaa sähkön alimmaishinnan eli hintalattian, joka kannustaa rakentamaan uusia energiantuotantolaitoksia erilaisten, muuten käyttämättömäksi jäävien, energialähteiden varaan.
Milloin työntodistukseen käytetyn energian kasvu *loppuu*? Juuri silloin, kun tarpeeksi moni energiantuottaja saa työntodistuksesta suoraan rajatuottoa kilowattitunnin kuluttamisesta työntodistuksen muodostamiseen = rajatuotto siitä, että kilowattitunti myydään sähköverkkoon — kun työntodistuksen ‘preemio‘”’ laskee nollaan. Kutsun tätä tasapainoa ‘Nakamoto-pisteeksi’. Uskon, että työntodistus käyttää noin 1–10 prosenttia koko maailman energiasta, kun tämä tasapaino saavutetaan.
— Dhruv Bansal
Jotkut valittavat, että Bitcoin-louhinta ei tee “mitään hyödyllistä”, esimerkiksi alkulukujen etsimistä. Niin sanotun toissijaisen työnpalkkion käyttöönotto saattaa vaikuttaa hyvältä ajatukselta, mutta tosiasiassa se tuo mukanaan turvallisuusriskin. Palkkion jakaminen voi johtaa tilanteeseen, jossa “toissijainen toiminta on ensisijaista toimintaa hyödyllisempää”. Toissijainen toiminta voi sinänsä olla täysin vaaratonta ja harmitonta (lämmitys), mutta se muuttaa tästä huolimatta palkkiorakennetta: siirrymme odotetusta palkkiosta, $100 x muodostetusta tiivisteestä, kohti, $100 + $5 lämmöstä x muodostettua tiivistettä kohden, uutta palkkiorakennetta. “Louhintalämmitin” on oikeastaan vain uusi lisävaatimus louhintalaitteiden tehokkuudelle. Tämä siis kasvattaa louhinnan vaikeusastetta ja lisää energiankulutusta, koska tällöin louhijan pitää käyttää enemmän energiaa yhden lohkon louhimista kohden. Onneksi Bitcoinilla ei ole koskaan tätä ongelmaa, koska sen turvallisuuden takaa työntodistusalgoritmin puhtaus.
Huomaa: Bitcoin tekee jo nyt jotain todella hyödyllistä yhteiskunnan hyväksi (louhinta ei olisi kannattavaa, jos näin ei olisi), eikä ole järkevää edellyttää, että louhijat olisivat altruistisia ilman kannustimia.
Suhteelliset kustannukset
Kaikki edellyttää energiaa (termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö). Yhden energiankäyttötavan väittäminen enemmän tai vähemmän tuhlaavaksi johonkin toiseen käyttötapaan verrattuna on täysin subjektiivinen arvostelma, koska kaikki käyttäjät ovat maksaneet markkinahinnan tuon sähkön käyttämiseksi.
Jos ihmiset havaitsevat, että sähköstä kannattaa maksaa, sähköä ei ole heitetty hukkaan. Ne, jotka kuluttavat tätä sähköä, palkitaan bitcoin-valuutalla.
— Saifedean Ammous
Termodynamiikassa maailmankaikkeus on perimmäinen suljettu systeemi. Bitcoinin käyttämä ylimääräinen sähkökapasiteetti kuluttaa monta mittaluokkaa vähemmän sähköä kuin nykyiset-fiat-rahajärjestelmät, jotka eivät edellytä sähköä vain pankki-infrastruktuurin ylläpitämiseksi, vaan myös sotilaallisen ja poliittisen koneiston ylläpitämiseksi. Energian käyttäminen finanssijärjestelmän selkärangan turvaamiseksi on “positiivinen nettotulos”. Teen alla karkean vertailun nykyisiin taloudellisiin, sotilaallisiin ja poliittisiin järjestelmiin (muistiinpanot ovat artikkelin alaosassa).
Tyyppi I -sivilisaatio
Halpojen energialähteiden etsiminen tekee mahdolliseksi suuremman reaalimaailman taloudellisen vaurauden. Bitcoin, joka valjastaa nämä uudet tai unohdetut energialähteet tehokkaaseen käyttöön, ei vain vie meitä kohti Kardašovin Tyyppi I -taloutta kohti, vaan saattaa viedä meidät lähemmäs Kardašovin Tyyppi I -energiasivilisaatiota kohti (olemme tällä hetkellä n. 0,72 Kardašovin asteikolla). [2] Bitcoin-louhinnan kannustamana saatamme päästä T1-tasolle aiemmin 200 vuoden sijaan alle muutamassa vuosikymmenessä. Tyyppi I -aseman saavuttamisen jälkeen energiankulutuksen kasvun rajoittaminen ei ole enää tarpeellista, mikä parantaa kaikkien elintasoa.
Paine edullisten energialähteiden löytämiseksi kiihdyttää fuusioreaktoreiden rakentamisesta. Luonto on varustanut koko maailmankaikkeuden fuusioreaktoreilla (tähdet). Ihmiset pyrkivät parhaillaan jäljittelemään luontoa kehittämällä ja rakentamalla fuusioreaktoreita. Ydinfuusion lopullinen kehittäminen vaatii arviolta noin 80 miljardin dollarin panostuksen tutkimukseen muutaman vuosikymmenen kuluessa. Fuusioreaktoreiden polttoainetta (pääasiassa deuterium) on runsaasti maapallon merissä, joka voi mahdollisesti täyttää maailman energiatarpeet miljooniksi vuoksiksi. Fuusiovoimalla on puolellaan monia uusiutuvien energialähteiden etuja, kuten se, että se on pitkäaikainen energialähde eikä aiheuta kasvihuonekaasuja tai ilmansaasteita. Fuusio voisi luoda erittäin suuren energiatuotannon tiheyden ja keskeytymättömän sähkön toimituksen. Toinen näkökohta fuusioenergiaan on, että sen tuotantokustannukset eivät kärsi mittakaavahaitoista. Vesi- ja tuulienergian kustannukset ovat nousseet, kun parhaat paikat kehitetään ja rakennetaan ensin ja niitä seuraavat generaattorit on asetettava vähemmän ihanteellisille paikoille. Fuusioenergiassa tuotantokustannukset eivät nouse kovin paljon, vaikka voimaloita rakennettaisiin paljon, koska raaka-ainevaroja (merivettä) on saatavasti runsaasti ja laajasti ympäri maapalloa.
Vettä, vettä määrätt’ on,
ja kaikki janoaa,
vettä silmänkantamat:
et vettä juoda saa.
— Samuel Taylor Coleridge, Vanhan merimiehen tarina (1798)
Fuusiovoima ja muut edullisemmat energialähteet ratkaisevat ihmiskunnan suurimmat ongelmat, kuten makean veden pulan. Meitä ympäröi joka puolella merivesi, mutta suolanpoistoasemat, jotka poistavat suolan merivedestä, vaativat paljon energiaa. Meriveden suolanpoiston kustannukset ovat tällä hetkellä korkeammat kuin makean veden, pohjaveden, veden kierrätyksen ja vedensuojelun.
Ihmiskunnan halu tutkia niin vuorien huippuja, merenpohjia, atomiytimiä kuin avaruusajan rakennetta kasvaa, kun energian välittömät rajoitteet ylitetään. Me pääsemme tähdille.
Onko luottamukseton 1,34 triljoonan dollarin vuosittainen selvitystoiminta vastapuolten välillä, ja kaikille edullisemmasta energiasta koituvat lisähyödyt, nykyisten 4,5 miljardin dollarin louhintakustannusten arvoista? Mielestäni vastaus on ehdottomasti kyllä.
Muistiinpanot:
- Kaikki kustannukset on laskettu Yhdysvaltain dollareissa
- “Valtiot” sisältävät kaikki vuotuiset kokonaismenot, mukaan lukien sotilasmenot
- Vuonna 2006 Yhdysvaltain puolustusministeriö (DoD) käytti lähes 30 000 gigawattituntia (GWh) sähköä ja kustannukset olivat lähes 2,2 miljardia dollaria
- Maailmanlaajuiset sotilasmenot ovat vuosittain n. 1,7 triljoonaa dollaria
- Alustava tutkimus, johon tämä analyysi perustuu
- Pankkijärjestelmän, kullanlouhinnan ja kullankierrätyksen kustannukset ovat vuoden 2014 arvioita
- Pankkijärjestelmän ja valtion arviot ovat yhdistelmä vuotuisia kuluja, joihin sisältyy sähkökustannukset
- Yhdysvaltain energiankulutus prosentteina koko maailman energiankulutuksesta
- Yhdysvaltain liittovaltion energiamenot
- Bitcoin-louhintakustannukset
- Pelkästään pankkijärjestelmän pyörittämiseen kulutetaan vuosittain n. 63,8 miljardin dollarin edestä sähköä
- Bitcoin ei ole johtanut yhdenkään työntekijän kuolemaan, kun taas kulta on aiheuttanut 50 000 kuolonuhria viimeisten 100 vuoden aikana
- Fiat-valuutan inflaatio on ollut n. 2–3 prosenttia vuodossa, joka on säästöjen arvoa alentava piilovero. Kustannukset ovat liian suuret niiden laskemiseksi, eikä niitä ole sisällytetty laskelmaan
- Bitcoin ei ole valtion liikkeeseen laskema, joten sen jakeluun liittyy vain vähän korruptiota
Suomentajan kommentit:
[1] Suomalaista sähkö-/energia-FUD:ia vuosien varrelta:
- 2017
– “Bitcoin-louhimisen sähkönkulutus valtavaa — enemmän kuin monilla valtioilla”
– “Bitcoin kuluttaa jo enemmän sähköä kuin suurin osa maailman maista” - 2018
– “Bitcoinin louhinta ahmii sähköä jo 40 TWh — lähes puolet Suomen sähkönkulutuksesta”
– “Bitcoinien louhinta on jo kalliimpaa kuin oikean kullan louhinta, kertoo tutkimus — ”Vuonna 2018 bitcoin kuluttaa enemmän energiaa kuin Tanska”
– “73,1 TWh vuodessa - Bitcoin-louhinta kuluttaa valtavasti sähköä”
– “Näin se ilmasto lämpenee — bitcoin-louhinta kuluttaa massiiviset määrät sähköä”
– “Bitcoinin louhinta ahmii sähköä jo 40 TWh — lähes puolet Suomen sähkönkulutuksesta”
– Entisen europarlamentaarikko Liisa Jaakonsaaren kysymys Euroopan parlamentissa - 2019
– “Tutkijat arvioivat: Bitcoin kuluttaa vuodessa jo enemmän energiaa kuin Sveitsi”
Joitakin suomenkielisiä vastauksia energia-/sähkö-FUD:iin:
- “Onko Bitcoinin louhinnan sähkönkulutus liioiteltu ongelma?”
- ”Bitcoinin korkea energiankulutus on vain väliaikainen ongelma”
- “Bitcoin vie energiaa kuin valtio mutta auttaa valuuttapulasta kärsiviä halvan sähkön maita”
[2] Lisätietoa Kardašovin asteikosta ja sivilisaatioiden tyypittelystä
Suomennos Dan Heldin kirjoittamasta artikkelista “PoW is Efficient”. Artikkeli on alun perin julkaistu Cryptoeconomics-sarjassa 14.9.2018.
Dan Held (Twitter) työskentelee nykyisin Krakenin liiketoiminnan kehitysjohtaja. Hän on vuosien varrella kirjoittanut lukuisia mielenkiintoisia Bitcoinia ja muita kryptovaroja käsitteleviä artikkeleita. Held on lisäksi perustanut ja toiminut lukuisissa kryptotoimialaan keskittyvissä yrityksissä. Hän siirtyi Krakenin palvelukseen sen jälkeen, kun Kraken osti hänen ja Clark Moodyn vuonna 2017 perustaman institutionaalisten sijoittajien kryptovarojen kirjanpitoon, raportointiin ja rekonsiliaatioon keskittyneen Interchange-nimisen yrityksen.
Kirjoituksen on suomentanut Thomas Brand (Twitter).
