Принцип Ландауэра: термодинамика майнинга биткойнов

Физика

Принцип Ландауэра: термодинамика майнинга биткойнов

Что такое майнинг биткойнов?

Что ж, это вопрос с множеством уровней понимания. Нет предела тому, насколько глубока кроличья нора, а глубокое понимание гаек и болтов заняло многочисленные исследовательские журналы и статьи.

Однако для целей этой статьи мы будем простыми.

Краткое описание алгоритма хеширования SHA-256

Когда вы вводите пароль для разблокировки телефона или ноутбука, он работает, поскольку он соответствует уникальному решению криптографической головоломки.

Что делает современную криптографию, такую ​​как двухфакторная аутентификация, безопасной, так это то, что даже если бы кто-то получил доступ к паролю до хеширования или после хеширования, было бы чрезвычайно сложно получить соответствующий пароль.

Как вы можете видеть ниже, простая трехсимвольная строка «abc» соответствует почти неразборчивой строке.

SHA-256 работает, преобразуя строку произвольной длины в хэш из 64 символов.

Длина ввода может быть 3, 300 или даже 3000 символов. В результате получается хеш из 64 символов.

Проще говоря, биткойн считается добытым, когда найдено решение.

Это 64-символьная строка с 36 возможными входами для каждого символа. 26 букв алфавита и 10 числовых цифр. Итак, это 36⁶⁴ входов.

На следующем веб-сайте ниже показан рабочий пример решения хеш-функции.

Правильное решение было найдено после 856 192 328 попыток. И эта проблема уже была значительно упрощена за счет использования блока, который, как уже было показано, содержит решение.

В подавляющем большинстве ситуаций решений не существует.

Скорость хеширования

Теперь, когда у нас есть приблизительное представление о том, что такое хэш, мы можем расширить эту концепцию до метрики, известной как has rate. Это просто скорость добычи биткойнов во всем мире.

Согласно CoinDesk, хешрейт по состоянию на 6 февраля 2021 года составляет около 89 Exa Hash / second (EH / s).

Поскольку Биткойн использует алгоритм SHA-256, каждый хэш производит информацию, занимающую 256 бит памяти.

Связь между информацией и энергией

Следующее соотношение было предложено Рудольфом Ландауэром в 1961 году, когда он был исследователем в IBM.

Нижняя граница энергии, необходимой для стирания (или создания) единственного набора информации.

Где k_B - постоянная Больцмана, а T - температура системы в градусах Кельвина.

Согласно исследовательским журналам [3], современные компьютеры примерно в в миллионы раз менее энергоэффективны. Таким образом, для стирания 1 бита информации требуется в 10⁶ раз больше энергии.

Потребление энергии в биткойнах

Давайте сделаем некоторые приближения и попробуем рассчитать приблизительную цифру потребления энергии биткойнами в мире сегодня, основываясь на цифрах, которые обсуждались до сих пор.

Я понимаю, что это может быть совершенно неуместно, но на этот раз просто побалуйте меня!

1. Хэш SHA-256 дает 256 бит.

Минимальное теоретическое потребление энергии каждым хешем составляет 256 K T ln2.

Таким образом, каждый хэш имеет стоимость энергии не менее 7,30 / 10¹⁹ джоулей.

2. Учет затрат на электроэнергию в размере 10 центов.

Он намного ближе к 7,30 / 10¹³ джоулей для каждого хеша.

3. С учетом огромного количества попыток

В примере используется 856,192, 328 пытается получить правильный хеш.

Итак, это: 6,25 / 10⁴ джоулей на каждый правильный хеш.

4. Существующая скорость хеширования составляет 89 EH / s.

Это 89 x 10¹⁸ хешей в секунду.

И мы приходим к глобальному уровню энергопотребления 5,56 x 10¹⁶ ватт, или 5,56x10¹⁰ гигаватт (ГВт).

Для справки [4] АЭС среднего размера вырабатывает примерно 1 ГВт энергии.

===================================

Источники:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]: