Не считая обвала криптовалютных курсов к валютам классическим, этот год выдался для блокчейн-технологий спокойным. Но под внешним спокойствием, в глубине, зреют перемены поистине исторического значения. Об одной из таких глобальных подвижек — запуске поверх Bitcoin сети Lightning Network, что обещает снять проблему перегрузки — речь здесь недавно уже шла (см. «Биткойн и Самый Важный График»). Сегодня рассказ о другой фундаментальной реформе: переводе Ethereum, второй по популярности криптовалюты, на майнинг по схеме proof-of-stake. Вне зависимости от того, будет ли результат этой реформы положительным или отрицательным, сбудутся ли надежды её сторонников или материализуются опасения оппонентов, ей уготовано место в учебниках истории. Поэтому стоит разобраться в происходящем с самого начала.
А начать необходимо опять с биткойна — как первой криптовалюты и блокчейн-системы, ставшей по-настоящему востребованной. Очень упрощая, внутреннее устройство Bitcoin можно представить следующим образом. В нём с одной стороны находятся рядовые участники, пересылающие друг другу произвольные суммы. С другой — блокчейн, то есть цепочка блоков-записей: только будучи записанной в блокчейн, транзакция считается исполненной. А между ними находятся невидимые, но очень важные посредники: майнеры. Их роль: собирать заявки от рядовых участников, проверять на корректность и собственно записывать в блокчейн.
Поскольку это пусть и не тяжёлый, но труд, за него разумно требовать вознаграждение. Таким вознаграждением служат комиссионные с транзакций, плюс периодически сокращающаяся фиксированная сумма (выпускаемые «новые монеты»; подробнее см. «Когда иссякнут рудники»). Таким образом майнинг — это полезный и потому прибыльный бизнес. И конечно, между майнерами существует конкуренция.
Чтобы записать в блокчейн новый блок, требуется выполнить некоторую работу, точнее — решить математическую задачку (отыскать правильный хэш, подробнее см. «Математика против лома»). Тот из майнеров, кто находит решение первым, получает весь барыш. Большого ума тут не нужно, важнее грубая вычислительная мощь: вероятность решить задачу для каждого участника одинакова и прямо пропорциональна мощности его компьютера. Так что между майнерами идёт непрекращающееся состязание: они постоянно наращивают производительность своих вычислительных машин, стараясь обойти соперников и получить вознаграждение.
Вот почему в первые годы существования Bitcoin «майнить» можно было на CPU (миллионы попыток в секунды или, как это называют майнеры, миллионы хэшей в секунду), позже уже только на GPU (миллиарды хэшей в секунду), а нынче пришла пора специализированных чипов, ASIC, каждый из которых, суть, тысячи калькуляторов, одновременно решающих ту самую задачку с производительностью в триллионы хэшей в секунду. Суммарная производительность всех майнеров Bitcoin на текущий момент превышает 32 миллиона триллионов хэшей в секунду. Такую работу выполняют майнеры каждую секунду, пытаясь отыскать решение задачи. И состязание продолжается!
Эта схема называется proof-of-work (PoW), то есть «доказательство работой». И на самом-то деле это неплохая схема: она наглядно защищает блокчейн от мошенников. Если найдётся желающий потратить одну монету дважды, ему, чтобы сделать соответствующую запись в блокчейн, придётся прежде произвести ту же самую работу, что и майнерам, а значит, обладать значительными вычислительными ресурсами. Потому что иного пути — чудесного способа писать в блокчейн, не решая задачи поиска хэша, меняющегося каждые 10 минут — попросту не существует. И даже квантовые компьютеры задачу сильно не облегчат (см. там же, «Математика против лома»).
Так что, повторюсь, схема PoW неплоха. Проблема, за которую её когда-то побаивались, а теперь многие откровенно ненавидят, в «мелком» побочном эффекте. На вычисления, понятно, расходуется энергия — и когда речь о миллионах триллионов операций в секунду, энергии нужно много.
Как много? За последние годы было предпринято несколько серьёзных попыток оценить её, результаты разнятся, но в любом случае ясно, что речь об огромной величине. Согласно одной из самых убедительных оценок, Bitcoin Energy Consumption Index, годовое энергопотребление сети Bitcoin в текущий момент превышает 60 тераватт-часов. Если бы биткойн был страной, он стоял бы по потреблению электричества сразу после Чехии и Швейцарии, занимая позицию в пятом десятке мирового рейтинга. Но будет понятней, если провести такую аналогию: сегодня на поддержание работы Bitcoin тратится около 0,3% всего электричества, потребляемого на планете.
Остановитесь на минутку, задумайтесь, просто из уважения к этому числу. Уже оно одно свидетельствует о масштабе и значимости проекта. Bitcoin — безоговорочно самый успешный, самый массовый, самый нужный для человечества софтверный инструмент!
Отсюда же и три вопроса, которые волнуют биткойн-сообщество давно, а в последний год и весь окружающий мир, наблюдающий за взлётами и падениями криптовалют. Вопрос первый — самый простой: есть ли смысл тратить столько энергии на содержание такой вроде бы эфемерной штуки, как криптовалюта? В качестве примера «правильной» электронной наличности сомневающиеся обычно приводят VISA и ей подобные: там, в пересчёте на одну транзакцию, тратится электроэнергии в десятки тысяч раз меньше.
Однако сравнение это некорректное. Дело в том, что в классических системах (VISA и ей подобные) энергопотребление распределено иначе. Майнеров там нет, зато есть банки, техника, сотрудники, обслуживание и зарплаты которых в расчёт почему-то не принимаются. Пользователи же Bitcoin на вопрос о смысле уже ответили — самим фактом своего участия.
Отсюда второй и более сложный вопрос: как долго это сможет продолжаться? Ведь, посмотрите на графики, сложность майнинга и энергопотребление биткойна растут почти без остановок и в отдельных местах напоминают экспоненту. Последние месяцы опровергли аргумент, который приводился ранее: мол, сложность майнинга колеблется в унисон с обменным курсом — но обвал текущего года не уменьшил сложности (выходит, она в большей степени зависит от ожиданий).
Так что стоит попробовать экстраполировать кривую в будущее — и тогда мы получаем совсем уж дикий прогноз: при экспоненциальном росте сложности и энергопотребления, уже к концу текущего года биткойн отнимет у планеты 1% электричества, потом сравняется с европейскими странами, а в начале 2020-х потребует для своего обслуживания электричества больше, чем его потребляется всей планетой! Иначе говоря поддерживать работу Bitcoin станет физически невозможно. Но ещё до того он катастрофически перекосит рынки электроэнергии, отняв всё дешевое электричество.
Справедливости ради отмечу, что в возможность реализации апокалиптического прогноза верят немногие: считается, что рост энергопотребления в какой-то момент будет ограничен размером комиссионных. Но тем не менее актуален третий и самый сложный вопрос: а нельзя ли сделать алгоритм майнинга более энергоэффективным? И тут мы ступаем на неизведанную территорию.
«Доказательство работой», proof-of-work, стало первым реализованным на практике, первым получившим широкое признание и самым наглядным, но не единственным способом заверять записи в блокчейне. Существует несколько других методов и самый многообещающий из них называется proof-of-stake (PoS), то есть, буквально, «доказательство долей». Прелесть его в том, что он позволяет вообще отказаться от сложных вычислений!
Как? Майнеры, работающие по методу PoS, соревнуются не мощностями вычислительных машин, а размерами своих кошельков. Применительно к биткойну это могло бы выглядеть следующим образом. Майнеры, как и раньше, должны собирать заявки от рядовых участников и проверять их на корректность. А право сделать запись в блокчейн разыгрывается каждые 10 минут между всеми — и вероятность выигрыша прямо пропорциональна сумме на счету конкретного майнера. Таким образом чем больше денег в вашем криптокошельке, тем вероятней, что именно вы получите право записать следующий блок в блокчейн. Считать ничего не требуется вообще — а значит и тратить киловатты сперва на вычисления, а потом на охлаждение вычислителя. Идеально!
Схема PoS интересна ещё и потому, что, несмотря на вроде бы радикальные отличия, у неё с PoW больше общего, чем кажется. Во-первых, сегодня, чтобы построить станцию для биткойн-майнинга, придётся потратить значительную сумму. В PoS вы попросту замораживаете примерно такую же сумму на специальном счету — так даже проще! Во-вторых, PoS уничтожает риск старения оборудования: в PoW, из-за постоянной конкуренции, майнинговые станции устаревают, эксплуатация их становится невыгодной, а значит, теряется потраченный на их постройку капитал. В PoS ваши деньги просто станут приносить меньший доход, но останутся деньгами.
Учитывая это, майнеры Bitcoin вроде бы в первую очередь должны быть заинтересованы в переводе Bitcoin с PoW на PoS. Проблема, однако, в том, что не всё можно свести к деньгам.
Биткойн, оцениваемый сегодня примерно в полмиллиона рублей за единицу, ценится так высоко прежде всего за свою стабильность. Ведь за почти десять лет работы он доказал, что несмотря ни на какие колебания курса, взломы, экономические потрясения и политические коллизии, его участники могут быть уверены: в следующие десять минут в блокчейн будет записан очередной блок и система продолжит работу как прежде. И благодарить за эту стабильность следует в том числе PoW. Многообещающая же схема PoS хоть и проработана основательно теоретически, практически ни в одной блокчейн-системе сопоставимого с Bitcoin размера реализована пока не была. Да, есть криптовалюты, в которых PoS задействована в чистом виде или гибридно (BitcoinDark, BitShares, Blocknet и другие), но ни одна из них не может сравниться с биткойном по нагрузке и капитализации. Вот почему дискуссия о переводе Bitcoin на PoS остаётся пока чисто теоретической. Что если переход будет сделан, а в PoS обнаружится некое неизвестное слабое место? Нет, стабильность для Bitcoin превыше всего!
И тем важнее эксперимент, назначенный ориентировочно на нынешнее лето (точная дата не разглашалась; поправьте, если это уже не так): Ethereum, вторая по значимости криптовалюта, будет переведена на PoS. До сих пор, несмотря на некоторые отличия (более частую запись блоков, акцент на скриптах и др.), Ethereum работала аналогично Bitcoin, в том числе и в том, что касается майнинга, основанного на PoW. В новой версии системы, известной под кодовым именем Casper, будет осуществлён частичный переход к схеме PoS. Схема в целом предполагается почти та же, что рассмотрена выше: желающие поучаствовать в майнинге должны будут зарезервировать некоторую сумму со своих счетов — и это даст им небольшой постоянный доход.
Почему Ethereum на реформу решилась, а Bitcoin нет? Ответ простой: амбиции! Первой из крупных криптовалют перейдя на PoS, Ethereum навсегда выйдет из тени родителя, утвердит свой имидж более прогрессивного, самостоятельного, самоценного инструмента. Но это надежды. Чем эксперимент закончится в действительности, предсказать трудно — потому что есть как аргументы «за», так и аргументы «против». Подробное философско-техническое обоснование есть в Сети, но рядовым пользователям и криптоинвесторам важно знать следующие моменты.
Если в биткойновом PoW фундаментом является необходимая работа, то в Ethereum PoS фундамент — это неотвратимый штраф. От мошенников PoS в Ethereum защищает даже надёжней PoW, благодаря простому правилу «полного штрафа». Если найдётся участник, который рискнёт занести в блокчейн некорректную информацию (скажем, потратить монету дважды), такое нарушение непременно будет обнаружено (ведь все улики тут же, в блокчейне). После чего почти все принадлежащие мошеннику средства будут уничтожены, а оставшаяся небольшая часть выплачена в качестве вознаграждения тому участнику системы, который на мошенника указал. Таким образом риск безусловно слишком высок — и это гарантирует чистоту блокчейна. В Bitcoin с её PoW такой гарантии нет: там «пойманный за руку» мошенник лишится только украденного, но его майнинговое оборудование останется при нём, так что он сможет попытаться снова.
PoS защищает лучше и от централизации блокчейн-систем. Возьмите Bitcoin: удорожание оборудование для майнинга вытесняет мелких игроков и приводит к концентрации майнинговых мощностей в руках крупных компаний в районах с дешёвой электроэнергией. Вот почему сегодня биткойн-майнинг в значительной степени сосредоточен в Китае. Понятное дело, это создаёт и угрозу стабильности.
Бороться с этим можно, например, применив особую разновидность PoW, мешающую ускорять майнинг более быстрым железом (скажем, в Bitcoin Gold и Zcash акцент не на скорости вычислителя, а на объёме оперативной памяти). Но PoS ещё лучше: он позволяет участвовать в майнинге игрокам со сколь угодно мелкими суммами, в том числе через участие в пулах. В гипотетическом же случае сговора между крупными игроками, PoS позволяет легче провести форк — и навсегда лишить «провинившиеся» кошельки права голоса.
Однако есть и контраргументы, заставляющие как минимум задуматься. Один из них — это отсутствие в PoS естественного старения майнингового оборудования. Сегодня, в PoW, острая конкуренция среди майнеров обеспечивает постоянную смену действующих лиц: пусть несколько китайских компаний доминируют в майнинге Bitcoin сейчас, непрекращающийся рост сложности даёт шанс новым игрокам потеснить их в будущем — применив новое «железо», отыскав новые программные решения.
А вот в криптовалюте, использующей PoS, «свергнуть тирана» уже не получится: там богатые будут лишь ещё сильнее богатеть, а мелким игрокам останется навсегда довольствоваться незначительной ролью. Учитывая, что важные решения в криптовалютах принимаются голосованием майнеров, PoS-система (предположительно) обречена вечно двигаться в направлении, выбираемом одними и теми же доминирующими участниками.
Другой контраргумент связан с энергопотреблением. PoS обычно представляется как альтернатива «неоправданно прожорливому» PoW. Но важно понимать, что называть ситуацию с потреблением электроэнергии биткойном «кризисом», значит рисовать картину в излишне мрачных тонах. Пока энергии хватает — это не кризис, а нормальная работа. На поддержание Bitcoin тратится много энергии? Бесспорно. Но в истории цивилизации есть и другие примеры сомнительно полезных, но очень энергоёмких производств — возьмите хоть добычу того же самого золота! И вовсе не факт, что ситуация перерастёт в кризис в будущем, что система не урегулируется сама, не отыщет точку равновесия между возможностями майнеров, их количеством и стоимостью электричества.
К тому же появляются новые факторы. Прежде всего это уже упоминавшийся запуск Lightning Network — сети «второго уровня», поверх сети Bitcoin, которая позволяет увеличить поток транзакций (теоретически) в бесконечное число раз без пропорционального повышения нагрузки на блокчейн. Это означает помимо прочего, что отныне Bitcoin может наращивать свою пропускную способность без увеличения энергопотребления майнерами — результат, о котором участники Ethereum, даже вооружившись PoS, по-прежнему могут только мечтать.
Подводя итог: всех нас, собравшихся на криптовалютной сцене или вокруг неё, снова ждут очень интересные месяцы и даже, вероятно, годы. Будет крайне интересно посмотреть, как справится PoS с большой нагрузкой в Ethereum — и куда повернёт кривая энергопотребления в Bitcoin, оставшегося на PoW, но радикально реформирующего принцип работы с блокчейном. Хороший момент сделать ставки.