Новое исследование энергоэффективности блокчейн-сетей на основе биткоина показало, что Bitcoin SV (BSV) на несколько порядков эффективнее, чем протоколы Bitcoin Core (BTC) и Bitcoin Cash (BCH).

В своем докладе под названием «Технология блокчейн и потребление энергии: стремление к эффективности», эксперты компании MNP — ведущей канадской фирмы, занимающейся консультированием по вопросам бухгалтерского учета, налогообложения и коммерческой деятельности, — изучили три блокчейн-протокола на основе биткоина и выяснили, что блокчейн BSV гораздо более энергоэффективен.

Более высокая энергоэффективность BSV очевидна, даже если мощность хеширования и объем транзакций всех сетей были бы равны, поскольку она обусловлена основополагающей разницей в дизайне BSV и других протоколов: отказом от произвольных ограничений на максимальный размер блока.

Блокчейн BSV основан на протоколе, наиболее точно соответствующем первоначальному видению биткоина, изложенному его создателем Сатоши Накамото. Поэтому он не накладывает каких-либо ограничений на максимальный размер блоков, обрабатываемых или «добываемых» в его сети, и, в результате, предлагает неограниченное масштабирование и возможность обрабатывать бесконечный объем транзакций.

«Эффективность BSV выше благодаря размерам блоков и количеству транзакций, уже сейчас обрабатываемых его сетью, (пропускной способности сети) на фоне ограничений, присущих другим протоколам. Пока размер или количество транзакций в сети BSV превышает лимиты других протоколов, BSV будет оставаться самым эффективным в этой группе, — сказано в докладе.

— По мере того, как все больше предприятий и потребителей внедряют технологии блокчейн, а требования регуляторов к использованию зеленой и возобновляемой энергии становятся все более строгими, важно понимать влияние блокчейна на окружающую среду, особенно в аспекте энергопотребления».

Сравнение энергоэффективности протоколов BSV, BTC и BCH требует создания модели для оценки эффективности всей сети. Именно это и сделали эксперты MNP в своем исследовании, опираясь на результаты предыдущих исследований энергоэффективности блокчейна, чтобы оценить эффективность каждого протокола по ряду параметров — в том числе по среднему потреблению энергии в пересчете на транзакцию и на мегабайт (Мб) данных.

 

Протокол биткоина и энергоэффективность

Поскольку во всех протоколах, включенных в сравнительное исследование, используется консенсусный механизм «доказательство выполненной работы» на основе алгоритма SHA-256, их относительное энергопотребление можно измерить и спрогнозировать с помощью модели, предложенной MNP. Система доказательства выполненной работы подразумевает, что майнеры должны расходовать вычислительную мощность (измеряемую в хешах в секунду) для решения криптографической головоломки, чтобы проверить и добавить блоки транзакций в блокчейн. Сложность этого действия можно динамически регулировать в зависимости от хеш-мощности майнеров, которые в качестве вознаграждения получают комиссии за содержащиеся в блоке транзакции и специальную субсидию за добычу блока.

«Общее количество биткоинов ограничено 21 миллионом монет, при этом новые монеты выпускаются в обращение через оператора узла, в котором был добыт блок, в размере фиксированной части субсидируемого вознаграждения. Субсидируемая часть вознаграждения за блок уменьшается вдвое через каждые 210 000 блоков (примерно раз в четыре года) сначала до 25 монет, затем до 12,5, 6,25, 3,125 монеты и так далее, пока в обращение не будет выпущен весь 21 миллион монет», — поясняется в докладе.

Таким образом, MNP отмечает, что по мере роста количества новых монет в сети комиссии за транзакции в итоге должны будут вырасти и стать заменой регулярно сокращающемуся вознаграждению за блок.

Энергозатраты на майнинг в биткоин-блокчейнах значительно увеличивались на фоне усиления конкуренции за вознаграждение за добычу блоков и появления нового оборудования, обеспечивающего повышенную мощность хеширования. Майнинг перестал быть процессом, осуществляемым на CPU потребительского класса. Он стал бизнесом для крупных организаций, контролирующих массивы хеш-мощностей, которые обеспечиваются специализированными интегральными микросхемами (ASIC).

«Как центральные процессоры (CPU) отличаются от графических (GPU), так и схемы ASIC отличаются друг от друга по эффективности. Самые ранние ASIC были энергоемкими в сравнении с теми, что доступны сегодня. Выбор оборудования — ключевой фактор, определяющий, сколько энергии биткоин-сеть будет потреблять за определенный период времени. Параметры оборудования также влияют на показатель сложности блокчейн-протокола биткоина и сети, поддерживающей и обеспечивающей работоспособность этого протокола», — говорится в докладе.

Основываясь на результатах предыдущих исследований, работу с майнинговыми компаниями и общедоступных данных, эксперты MNP разработали достоверную оценку майнингового оборудования SHA-256, используемого во всех сетях. На основе этой оценки исследователи смогли построить модель для измерения энергоэффективности каждого протокола.

 

Скорость обработки транзакций — ключ к эффективности

Применив эту модель к протоколам BSV, BTC и BCH, исследователи выяснили, что по релевантным параметрам потребления энергии в пересчете на транзакцию и на мегабайт данных сеть BSV показывает гораздо более высокую энергоэффективность, чем ее конкуренты.

Более высокая энергоэффективность обусловлена вовсе не разницей в применяемом оборудовании или механизме подтверждения выполненной работы, ведь все три протокола используют один и тот же консенсусный механизм. Причина, по которой протокол BSV более энергоэффективен, очень проста и заключается в том, что он может обрабатывать транзакции гораздо быстрее и при этом расходовать такое же количество энергии на блок.

«Транзакции — это главный показатель пропускной способности. Количество и размер транзакций в блоке будут влиять на размер блока. Размер блока в BTC строго ограничен и составляет около 4 Мб. У BCH лимит гораздо выше — 32 Мб. BSV не связан ограничениями на размер блока. Поскольку энергия потребляется именно в процессе майнинга, а блоки — это продукт майнинга, то чем больше транзакций в блоке, тем ниже потребление энергии на транзакцию. Точно так же, чем больше становится блок (в мегабайтах), тем ниже потребление энергии на мегабайт», — говорится в докладе.

Эксперты MNP смоделировали энергоэффективность каждого протокола со второго квартала 2020 года по второй квартал 2021 года и обнаружили, что больше всего энергии за этот период израсходовал BTC, причем со значительным отрывом:

«Результаты показывают, что BTC потребляет на порядок больше энергии, чем любой из двух других протестированных протоколов. Согласно результатам, полученным с использованием нашей модели, расчетная разница в потреблении между протоколом с наибольшим потреблением (BTC) и протоколом с наименьшим потреблением (BSV) была максимальной (16 041,24 ГВт·ч) в первом квартале 2021 года и минимальной (11 343,25 ГВт·ч) во втором квартале 2020 года. По нашим оценкам, за квартал BTC потребляет в 60–250 раз больше энергии, чем BSV».

 

Потребление энергии в пересчете на транзакцию

Результаты исследования показали, что потребление энергии на транзакцию в сети BTC значительно увеличивается за смоделированный период, и этот блокчейн, безусловно, остается наименее эффективным с точки зрения энергопотребления на транзакцию (в кВт·ч на транзакцию).

«Для BTC потребление на транзакцию со временем неуклонно увеличивается. По оценкам, во втором квартале 2020 года среднее потребление составляло 430 кВт·ч на транзакцию и далее выросло до 706 кВт·ч на транзакцию во втором квартале 2021 года», — говорится в докладе.

Для протокола BCH расчетное потребление на транзакцию достигло пика в третьем квартале 2020 года и составило 183 кВт·ч на транзакцию, после чего сократилось до 6,5 кВт·ч на транзакцию в первом квартале 2021 года.

Это значительно ниже, чем энергопотребление BTC (особенно минимальный уровень), но все же намного уступает стабильно эффективному использованию энергии сетью BSV.

Согласно модели MNP, потребление энергии на транзакцию в сети BSV колеблется от 3,3 кВт·ч на транзакцию в третьем квартале 2020 года до 2,4 кВт·ч на транзакцию во втором квартале того же года.

Различия в потреблении энергии на транзакцию для этих трех протоколов блокчейна показаны на графиках ниже. На втором графике отсутствует BTC, чтобы лучше показать разницу в энергоэффективности между BSV и BCH.

 

Потребление энергии в пересчете на мегабайт

При моделировании энергопотребления блокчейн-протоколов с учетом объема обрабатываемых данных разница между BSV и другими сетями становится еще более очевидной.

Оценка MNP показала, что в сети BTC пиковое среднее потребление энергии в пересчете на мегабайт (Мб) составляет 991 МВт·ч. Этой энергии достаточно для снабжения жилого дома в течение почти 100 лет.

«При оценке потребления энергии в пересчете на мегабайт наблюдается такая же картина [как и в потреблении в пересчете на транзакцию] — этот показатель вырос от приблизительно 757 МВт·ч/Мб во втором квартале 2020 года до 991 МВт·ч/Мб во втором квартале 2021 года», — говорится в докладе.

Показатель потребления энергии в пересчете на мегабайт в сети BCH немного лучше. Оценочная модель MNP показывает максимальное потребление энергии на уровне 194 МВт·ч/Мб в третьем квартале 2020 года и минимальное на уровне 20,5 МВт·ч/Мб в первом квартале 2021 года.

И снова у BSV уровень энергоэффективности намного выше, чем у протоколов, с которыми проводилось сравнение: по оценкам MNP, потребление в пересчете на мегабайт в сети BSV варьировалось от пикового значения в 12,63 МВт·ч/Мб в третьем квартале 2020 года до 0,9 МВт·ч/Мб во втором квартале 2021 года.

Различия в потреблении энергии на Мб показаны на графиках ниже. Как и ранее, BTC отсутствует на втором графике, чтобы более наглядно показать глубину разрыва между BSV и BCH.

Полная версия доклада MNP о технологии блокчейн и энергопотреблении доступна по ссылке.