شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین چیست؟

شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین آخرین برآورد از کل مصرف انرژی شبکه بیت‌کوین را ارائه می‌دهد.

تحقیقات جدید که در دسامبر 2022 منتشر شد بیان می‌کند؛ بزرگ‌ترین رقیب بیت‌کوین، اتریوم، با تغییر روش تولید (مهاجرت به مکانیزم PoS)، نیاز به انرژی الکتریکی خود را حداقل 99.84 درصد کاهش داده است!

شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین چیست؟

شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین، نشانگری است که آخرین برآورد از کل مصرف انرژی شبکه بیت‌کوین را به شما ارائه می‌دهد.

از زمان آغاز به کار شبکه بیت‌کوین، مکانیزم اجماع آن یا همان اثبات کار (PoW) فعال‌شد.

دستگاه‌هایی که برای ایجاد بلاک‌های جدید و حفظ امنیت شبکه تلاش می‌کنند (ماینر)، انرژی زیادی مصرف می‌کنند.

علاوه بر این، انرژی مورداستفاده در درجه اول از سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود.

به این ترتیب شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین برای ارائه بینشی در مورد این مقادیر و افزایش آگاهی در مورد ناپایداری الگوریتم اثبات کار ایجاد شده است.

نحوه کار ماینرها به چه شکل است؟

هر بلاک‌ تقریباً هر 10 دقیقه توسط ماینرها به بلاک‌چین بیت‌کوین اضافه و تأیید می‌شود.

این ماینرها نیازی به اعتماد به یکدیگر ندارند، تنها چیزی که ماینرها باید به آن اعتماد کنند، کدی است که بیت‌کوین را اجرا می‌کند.

این کد شامل چندین قانون برای تأیید تراکنش‌های جدید است. هر ماینر به‌طور جداگانه تأیید می‌کند که آیا تراکنش‌ها به این قوانین پایبند هستند یا خیر، و نیاز به اعتماد به سایر ماینرها را از بین می‌برد.

بیشتر بخوانید: استخراج بیت‌کوین چیست؟ ماینینگ بیت‌کوین چگونه است؟

روش کار به این شکل است که همه ماینرها بر سر مقدار یکسانی از تراکنش‌ها به توافق برسند.

هر ماینر در شبکه به‌طور مداوم وظیفه دارد تا دسته بعدی تراکنش‌ها را برای بلاک‌چین آماده کند. در این ­بین فقط یکی از این بلوک‌ها به‌طور تصادفی انتخاب می‌شود تا به آخرین بلوک در زنجیره تبدیل شود.

 انتخاب تصادفی در یک شبکه توزیع‌شده آسان نیست، بنابراین اینجاست که اثبات کار وارد عمل می‌شود.

در اثبات کار، بلوک بعدی از طریق اولین ماینری ایجاد می‌شود که یک مقدار معتبر تولید می‌کند. گفتن این کار آسان‌تر از انجام آن است، زیرا پروتکل بیت‌کوین انجام این کار را برای ماینرها بسیار دشوار می‌کند.

درواقع، سختی انجام آن به‌طور مرتب توسط پروتکل تنظیم می‌شود تا اطمینان حاصل شود که تمام ماینرها در شبکه به‌طور متوسط هر 10 دقیقه فقط یک بلوک معتبر تولید می‌کنند.

هنگامی‌که یکی از ماینرها درنهایت موفق به تولید یک بلوک معتبر شود، بقیه شبکه را مطلع خواهد کرد.

سایر ماینرها به‌محض اینکه تأیید کنند که تمام قوانین به‌درستی انجام شده، این بلوک را می‌پذیرند و سپس هر بلوکی را که خودشان روی آن کار می‌کردند کنار می‌گذارند.

ماینر خوش‌شانس همراه با کارمزد تراکنش‌های مربوط به تراکنش‌های پردازش شده در بلوک جدید مقدار ثابتی ارز دیجیتال به‌عنوان پاداش دریافت می‌کند. سپس چرخه دوباره شروع می‌شود.

بیشتر بخوانید: چرخه زندگی یک تراکنش ارز دیجیتال

فرآیند تولید یک بلوک معتبر عمدتاً مبتنی بر آزمون و خطا است.

جایی که ماینرها در هر ثانیه تلاش‌های متعددی را برای یافتن مقدار مناسب برای یک جزء بلوکی به نام “nonce” انجام می‌دهند، به این امید که بلوک تکمیل شده با الزامات مطابقت داشته باشد. زیرا هیچ راهی برای پیش‌بینی نتیجه وجود ندارد.

به همین دلیل، گاهی برای انتخاب ماینرها قرعه‌کشی به‌صورت خودکار در شبکه انجام می‌شود. تعداد تلاش‌ها به‌عنوان تعداد هش در ثانیه یا هش ریت توسط تجهیزات ماینینگ شما مشخص می‌شود.

بیشتر بخوانید: چرا بیت‌کوین برق زیادی مصرف می‌کند؟

پایداری

این چرخه استخراج مداوم، مردم را در سراسر جهان به استخراج بیت‌کوین تشویق می‌کند.

ازآنجایی‌که ماینینگ می‌تواند جریان خوبی از درآمد ایجاد کند، مردم بسیار مایلند تا برای به دست آوردن بخشی از آن، تجهیزات خود را راه‌اندازی کنند.

در طول سال‌ها، این امر باعث شده است که مصرف کل انرژی شبکه بیت‌کوین به مقادیر بسیار زیاد افزایش یابد، زیرا قیمت ارز به بالاترین حد خود رسیده است (به عنوان مثال در 2021).

اکنون کل شبکه بیت‌کوین انرژی بیشتری نسبت به تعدادی از کشورها مصرف می‌کند!

اگر بیت‌کوین یک کشور بود، مصرف انرژی حاصل از استخراج آن مانند تصویر زیر رتبه‌بندی می‌شد:

جدا از مقایسه قبلی، می‌توان شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین را با برخی از بزرگ‌ترین کشورهای مصرف‌کننده انرژی در جهان مقایسه کرد. نتیجه در ادامه نشان داده‌شده است.

رد پای کربن

بزرگ‌ترین مشکل بیت‌کوین شاید حتی مصرف زیاد انرژی نباشد، اما این واقعیت که اکثر تأسیسات استخراج در شبکه بیت‌کوین از سوخت‌های فسیلی تغذیه می‌کنند که سبب افزایش تولید آلایندگی می‌شود.

بیشتر بخوانید: بلاک‌چین کربن منفی چیست؟

مکان‌یابی ماینرها

تعیین تأثیر دقیق کربن انتشاریافته ناشی از فعالیت شبکه بیت‌کوین برای سال‌ها یک چالش بوده است.

به این منظور نه‌تنها لازم است که مقدار برق موردنیاز شبکه بیت‌کوین را بدانیم، بلکه باید بدانیم که این انرژی از کجا و به چه روشی تولید می‌شود.

مکان ماینرها یک عنصر کلیدی برای دانستن میزان آلایندگی یا تمیزی توان مصرفی آن‌ها است.

از سال 2020 کمبریج مطالعات دقیقی در مورد موقعیت جغرافیایی استخراج‌کنندگان بیت‌کوین در طول زمان ارائه داده است.

مقاله «بازبینی ردپای کربن بیت‌کوین» که در مجله علمی Joule در 25 فوریه 2022 منتشر شد، توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان از اطلاعات مکان فارم‌های استخراج برای تخمین مصرف برق و ردپای کربن شبکه استفاده کرد.

این مقاله نشان می‌دهد که سهم انرژی‌های تجدید پذیری که انرژی شبکه بیت‌کوین را تأمین می‌کنند، پس از تعطیلی مزارع استخراج ارز دیجیتال در چین در بهار 2021، از 41.6 درصد به 25.1 درصد، کاهش‌یافته است.

مزارع استخراج پیش از بهار 2021 که هنوز در چین بودند، به مقدار قابل‌توجهی از انرژی‌های تجدید پذیر (در بخش محدودی از سال) دسترسی داشتند، اما زمانی که مجبور به نقل‌مکان به سایر کشورها مانند آمریکا و قزاقستان شدند، این منابع از بین رفت.

فارم‌های استخراج در حال حاضر برای استخراج‌کنندگان بیت‌کوین، عمدتاً برق را از طریق بر زغال‌سنگ یا گاز تأمین می‌کنند، که همچنین شدت کربن برق مورداستفاده برای استخراج بیت‌کوین را افزایش داده است.

این مقاله تأکید می‌کند که میانگین شدت کربن مصرفی شبکه بیت‌کوین احتمالا از 478.27 gCO2/kWh به‌طور متوسط در سال 2020 به 557.76 gCO2/kWh در آگوست 2021 افزایش یافته باشد.

چالش‌های کلیدی برای استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر

درک این نکته مهم است که انرژی‌های تجدید پذیر از منابع مختلف انرژی هستند.

این در حالی است که  استخراج‌کنندگان بیت‌کوین نیاز به انرژی ثابتی دارند و به همین دلیل ازلحاظ تاریخی به استفاده از انرژی مبتنی بر سوخت فسیلی (که به‌طورکلی منبع انرژی پایدارتری است) ختم شده‌اند.

یک ماینر ASIC بیت‌کوین، پس از روشن شدن، خاموش نمی‌شود تا زمانی که خراب شود یا نتواند بیت‌کوین را با سود استخراج کند. به همین دلیل، ماینرهای بیت‌کوین تقاضای بار پایه را در یک شبکه افزایش می‌دهند.

با توجه به تغییرات آب‌وهوایی که نوسانات تولید برق‌آبی را در مکان‌هایی مانند سیچوان (در چین) افزایش می‌دهد، بعید است که این وضعیت در آینده بهتر شود.

مقایسه شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین با سایر سیستم‌های پرداخت

برای در نظر گرفتن انرژی مصرف‌شده توسط شبکه بیت‌کوین، می‌توانیم آن را با سیستم پرداخت دیگری مانند VISA مقایسه کنیم.

طبق گزارش VISA، این شرکت برای تمام عملیات خود در کل 740000 گیگا ژول انرژی (از منابع مختلف) در سراسر جهان مصرف کرده است.

این بدان معناست که VISA نیاز انرژی برابر با حدود 19304 خانوار ایالات‌متحده دارد.

همچنین می‌دانیم که VISA، میزان 138.3 میلیارد تراکنش را در سال 2019 پردازش کرده است. با کمک این اعداد، می‌توان هر دو شبکه را باهم مقایسه کرد و نشان داد که بیت‌کوین در هر تراکنش بسیار پرمصرف­‌تر از VISA است.

همچنین تفاوت در شدت کربن در هر تراکنش حتی بیشتر است زیرا انرژی استفاده شده توسط VISA نسبتاً “سبزتر” از انرژی استفاده شده توسط شبکه استخراج بیت‌کوین است.

ردپای کربن در هر تراکنش VISA تنها 0.45 گرم CO2eq است.

یکی از دلایل کلیدی که چرا در هر تراکنش بیت‌کوین، انتشار CO2 می‌تواند بسیار شدید باشد این است که، بلاک‌چین نه‌تنها بر اساس یک الگوریتم نیازمند انرژی ساخته شده است، بلکه از نظر ظرفیت پردازش تراکنش­‌ها نیز بسیار محدود است.

یک بلوک برای بلاک‌چین بیت‌کوین می‌تواند حاوی 1 مگابایت داده باشد.

ازآنجایی‌که یک بلوک جدید به‌طور متوسط تنها یک بار در هر 10 دقیقه تولید می‌شود، این محدودیت داده از مدیریت بیش از 7 تراکنش در ثانیه توسط شبکه جلوگیری می‌کند.

بنابراین در خوش‌بینانه‌ترین سناریو، بیت‌کوین از نظر تئوری می‌تواند سالانه حدود 220 میلیون تراکنش را انجام دهد.

درعین‌حال، سیستم مالی جهانی بیش از 700 میلیارد پرداخت دیجیتال را در سال انجام می‌دهد (و یک سیستم ارائه‌دهنده پرداخت مانند VISA می‌تواند در صورت نیاز بیش از 65000 پرداخت در ثانیه انجام دهد).

حداکثر ظرفیت تراکنش بیت‌کوین تنها 0.03 درصد از این عدد (به‌سرعت در حال رشد) را نشان می‌دهد.

این مقدار کمتر از تعداد کل پرداخت‌های الکترونیکی پردازش شده در کشوری مانند مجارستان (بیش از 300 میلیون در سال) است.

با چنین محدودیتی، بیت‌کوین به‌سادگی قادر به دستیابی به هر شکلی از پذیرش جریان اصلی نقدینگی و نقل و انتقالات مالی به‌عنوان یک ارز جهانی و/یا سیستم پرداخت نیست.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع انواع نود بیت‌کوین و وظیفه آن‌ها در شبکه

برخلاف محدودیت تراکنش شبکه، مصرف انرژی این شبکه محدود نشده است.

درعین‌حال قیمت بیت‌کوین محرک اصلی در مصرف انرژی و تأثیرات زیست‌محیطی شبکه است زیرا هیچ محدودیتی برای بالا رفتن آن وجود ندارد و به همین موضوع باعث افزایش تمایل به استخراج می‌شود که همین مسئله سبب رشد زیاد مصرف انرژی می‌شود.

به همین دلیل، شبکه بیت‌کوین می‌تواند چندین برابر کل کشور مجارستان (که سالانه 43 تراوات ساعت مصرف می‌کند) انرژی الکتریکی مصرف کند.

متأسفانه برای بیت‌کوین، هیچ راه‌حل واقعی برای این مشکل مقیاس‌پذیری وجود ندارد.

طرفداران ارز دیجیتال استدلال می‌کنند که راه‌حل‌های به‌اصطلاح لایه دوم مانند شبکه لایتنینگ به مقیاس‌پذیری بیت‌کوین کمک می‌کند، درحالی‌که عملاً غیرممکن است که چنین راه‌حلی در مقیاس زیاد عملکرد خیلی خوبی داشته باشد.

بیشتر بخوانید: BOLT 12 و LNURL؛ آینده شبکه لایتنینگ بیت‌کوین چگونه خواهد بود؟

دیدگاه دیگر

به دلیل مسائل مقیاس‌پذیری ذکر شده، اغلب استدلال می‌شود که بیت‌کوین بیشتر شبیه «طلای دیجیتال» است تا یک سیستم پرداخت.

ازاین‌رو می‌توانیم استخراج بیت‌کوین را با استخراج طلا مقایسه کنیم. هر ساله حدود 3531 تن طلا استخراج می‌شود که مجموع انتشار مربوط به آن به 81 میلیون تن دی‌اکسید کربن می‌رسد.

وقتی این میزان را با شدت کربن تولیدشده توسط استخراج بیت‌کوین مقایسه می‌کنیم، می‌توانیم مشاهده کنیم که این مصرف انرژی از انرژی مورد نیاز برای استخراج طلا بیشتر است.

توجه داشته باشید که این مقایسه نیز ناقص است زیرا می‌توانیم استخراج طلای واقعی را متوقف کنیم، درحالی‌که بیت‌کوین بدون استخراج فعال به‌سادگی وجود نخواهد داشت.

جایگزین‌های مکانیزم اثبات کار (PoW)

اثبات کار اولین الگوریتم اجماع بود که توانست خود را ثابت کند، اما این تنها الگوریتم اجماع نیست.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع انواع الگوریتم‌های اجماع در بلاک‌چین

الگوریتم‌های کارآمدتر انرژی، مانند اثبات سهام (PoS)، در سال‌های اخیر درحال‌توسعه بوده‌اند.

در اثبات سهام، این صاحبان ارز دیجیتال هستند که به‌جای ماینرها، بلوک‌ها را ایجاد می‌کنند، بنابراین نیازی به دستگاه‌هایی با مصرف انرژی بالا ندارند.

به همین دلیل، مصرف انرژی اثبات سهام در مقایسه با اثبات کار ناچیز است. بیت‌کوین به‌طور بالقوه می‌تواند به چنین الگوریتم اجماع مهاجرت کند، که به‌طور قابل‌توجهی پایداری زیست‌محیطی را بهبود می‌بخشد.

تخمین زده می‌شود که تغییر به اثبات سهام می‌تواند 99.95% از انرژی موردنیاز برای اجرای یک سیستم مبتنی بر اثبات کار را کاهش دهد.

مدل مصرف انرژی بیت‌کوین

حتی اگر هش ریت کل شبکه را بتوان به‌راحتی محاسبه کرد، نمی‌توان تخمین دقیقی برای میزان مصرف انرژی بیت‌کوین زد، زیرا هیچ رجیستری مرکزی برای همه ماینر­‌های فعال (و مصرف برق دقیق آن‌ها) وجود ندارد.

در گذشته، تخمین‌های مصرف انرژی معمولاً شامل این فرضیه بود که چه دستگاه‌هایی هنوز فعال هستند و چگونه توزیع می‌شوند تا به تعداد معینی از وات مصرف‌شده در هر گیگاهرتز در ثانیه (GH/s) برسیم.

بررسی دقیق یک فارم استخراج  بیت‌کوین در دنیای واقعی نشان می‌دهد که چنین رویکردی قطعاً منجر به رسیدن به عددی کمتر از میزان واقعی مصرف انرژی شبکه بیت‌کوین می‌شود.

زیرا این محاسبات عوامل مرتبط مانند قابلیت اطمینان دستگاه، آب‌وهوا و هزینه‌های خنک‌کننده را نادیده می‌گیرد.

بنابراین، این رویکرد خودسرانه منجر به مجموعه وسیعی از تخمین‌های مصرف انرژی شده است که به‌شدت نسبت به یکدیگر اختلاف دارند.

بنابراین، شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین (BECI) پیشنهاد می‌کند که فرضیات را تغییر داده و از منظر اقتصادی مصرف انرژی بیت‌کوین را بررسی کنیم.

این شاخص بر این فرض ساخته شده است که درآمد و هزینه‌های ماینر با یکدیگر مرتبط هستند.

ازآنجایی‌که هزینه‌های برق جزء اصلی هزینه‌های جاری است، نتیجه می‌شود که کل مصرف برق شبکه بیت‌کوین باید با درآمد ماینرها نیز مرتبط باشد.

به بیان ساده، هرچه درآمد فارم استخراج بیشتر باشد، می‌توان ماشین‌های استخراج انرژی بیشتری را پشتیبانی کرد.

اینکه چگونه شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین از درآمد ماینرها برای رسیدن به تخمین مصرف انرژی استفاده می‌کند، در اینفوگرافیک زیر خلاصه‌شده است:

درآمدهای استخراج‌کننده بیت‌کوین و هزینه‌های تخمینی در حال حاضر به شرح زیر است:

توجه داشته باشید که ممکن است در مورداستفاده از مفروضات مختلف به نتایج متفاوتی دست یابیم.

مفروضات انتخاب‌شده به گونه‌ای انتخاب‌شده‌اند که بر اساس اطلاعات عملیات استخراج واقعی می‌توان آن‌ها را هم شهودی و هم محافظه‌کارانه در نظر گرفت.

در پایان، هدف این شاخص تولید یک تخمین کامل نیست، بلکه تولید یک تخمین روزانه معتبر از نظر اقتصادی است که دقیق‌تر و قوی‌تر از تخمین مبتنی بر کارایی مجموعه‌ای از دستگاه‌های ماینر است.

سوالات متداول

جمع بندی

بدیهی است که مکانیزم اجماع شبکه بیت‌کوین با مصرف انرژی گره خورده است و به دلیل مشکلات مقیاس‌پذیری، به سادگی نمی‌توان مکانیزم کم‌مصرف‌تری را جایگزین آن کرد.

در این مقاله سعی کردیم درباره میزان مصرف انرژی بیت‌کوین و در نهایت شاخص مصرف انرژی بیت‌کوین که تخمین‌های دقیق‌تری را از میزان مصرف این شبکه به ما می‌دهد، صحبت کنیم. تجربیات و نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید.