以太坊计划削减99%能源消耗

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比特币承受了大部分炒作以及对加密货币的责难，把它年轻幼小的兄弟以太坊留在了阴影里。但是以太坊也绝不算小，截至发稿时，其市值接近100亿美元，同样具有惊人的能源足迹。

以太坊挖矿消耗的能源约为比特币的1/4到1/2，但在2018年大部分时间，其用电量和冰岛这个国家的用电量差不多。事实上，典型的以太坊交易在一天内消耗的电力要比一个普通的美国家庭每日平均用电量还要多。

Vitalik Buterin 说“即便你不相信污染和二氧化碳是个问题，但的确存在巨大的能源浪费。真正的消费者——也就是我我们每个人——对电力的需要正在被比特币取代。” Vitalik Buterin是个24岁的俄罗斯裔加拿大计算机科学家，18岁就发明了以太坊。

Vitalik Buterin

Buterin 计划在2019年开始削减以太坊能源浪费。今年，以太坊基金会，以及各大推动加密货币的开源运动，都计划实地测试期待已久的以太坊代码“大换血”。如开发人员是对的，那么到2019年底，以太坊的新代码可以用目前所消耗能源的1%来完成交易。

为加密货币新贵 Cosmos 提供咨询的Zaki Manian说，以太坊的重生尝试将是今年“最值得关注的技术之一”。Manian 说，以太坊的开发过程意味着多个开发者和组织必须公开协作，在规范上趋同，创造出让区块链真正实现的技术，并使其无缝协作。Manian 说:“这是迄今为止所尝试过的最具技术野心的开源社区项目。”

Zaki Manian

和比特币一样，以太坊也依赖区块链技术。区块链是一个由用户社区维护的交易数字账簿。(之所以称之为区块链，是因为新的交易被绑定到数据的“区块”中，并写入记录所有交易的现有区块——即一条“链”的末端。) 然而，Buterin设计以太坊的目的不仅仅是在没有中心授权的情况下安全地维护账簿。他的愿景是让以太坊成为一个去中心化的、对所有人开放的、本质上不受停机、审查和欺诈等因素影响的全球计算机。

以太坊区块链之所以具备这样的潜力，是因为它能够存储数据、支持决策并自动分配价值。它通过智能合约以及由用户和开发人员用以太坊的定制编程语言写的程序来管理任务。智能合约具有明显的商业应用价值，但从长远来看，基于智能合约构建的应用最终将使以太坊成为最终的云计算平台。

这一崇高的愿景与以太坊当前的现实相冲突。尽管在以太坊上运行着一些价值数百万美元的应用程序，但就连Buterin也表示，他怀疑以太坊消耗的资源超过了它带来的社会效益。

问题出在挖矿上。像大多数加密货币一样，以太坊依赖于一种名为“工作量证明（proof of work, PoW)的规则进行算力竞赛。在 PoW 规则下，所有参与者都竞相保证交易安全，并将交易数据添加到区块链的全球分布式账本中。这是一场赢家通吃的比赛，他们拿到新挖出的加密货币的奖励。因此，计算机算力越强，获得奖励的机会就越大。

设计PoW的初衷就是增加挖矿的难度。其设计理念是防止任何一个实体控制区块链。比方说，如果一个比特币矿工的计算机系统拥有该网络一半以上的算力，该矿工就可能做出欺诈行为，比如篡改早已完成的交易。比特币用户几乎没有追索权，因为矿工都是匿名的。

理论上，PoW 能让挖矿保持其分布式的特征。然而实际上，由中国几家芯片厂生产的可以加速挖矿的特殊应用积体电路（ASICs）的出现，已将算力集中在这些矿机身上而不是各种不同的加密货币上了。

以太坊选择了一种内存密集型的PoW算法来挖以太币，进一步对抗了能源集中化的现象。这种以太币挖矿算法对ASIC来说是不利的。

然而，以太坊的 PoW 算法并未阻止用于挖以太币的计算资源的爆炸性增长。2017年，因为以太币价值从8美元飙升至862美元，挖以太币的计算能力增长了25倍以上，挖矿公司建立了专用数据中心，拥有丰富的通用图形处理单元，非常适合挖以太币。

由此产生的能源需求引起了环保人士的强烈反对。与此同时，公用事业部门和社区认为，如果它们迎合加密货币矿工的需求，就会面临财务风险和机会成本。这些矿工在创造少量就业机会的同时，也吞噬了廉价的电力。为矿工提供服务可能需要公用事业部门进行设备升级，但如果加密货币价格暴跌，挖矿业务关闭，设备升级可能就成为徒劳。

最近的市场动态验证了公共事业单位的担忧。以太币价格去年一月达到1358美元的峰值，然后就开始下跌。去年11月，价格跌破120美金，这足以抹掉矿工的边际利润，并使一些公司放慢挖矿速度甚至关闭挖矿设备。根据 Digiconomist 网站（由普华永道高级助理及区块链专家Alex de Vries创建）预测，以太坊矿工们可能会在不到20天的时间内将总能耗减少一半以上。

难怪一些公用事业公司会提高矿工的电价，比如总部位于蒙特利尔的魁北克省水电公司。公用事业及其监管机构的这种阻力可能会进一步削弱基于PoW的加密货币的安全性。限制电力供应和不断上涨的能源成本将阻碍新矿工的加入，加速挖矿权的集中化，从而增加共谋和欺诈的风险。

对于Buterin而言，削减能源使用一开始就是以太坊愿景的一部分。以太坊的其他支持者大多数都同意这一点。以太坊撰稿人Paul Hauner 表示“在以太坊社区，人们普遍认为PoW使用了太多能源。对我来说，削减能耗是第一要务，“Paul Hauner是澳大利亚网络安全和区块链开发公司 Sigma Prime 的联合创始人。

Paul Hauner

以太坊的计划是将 PoW 替换为利益证明（PoS）——分布式共识的替代机制，该机制首次应用于2012年一个叫 Peercoin 的加密货币。PoS随机挑选一个矿工处理交易，而不是数百万处理器同时处理相同的交易。

在 PoS 机制下，参与者成为验证者而不是矿工，关键是要使验证者保持诚实。PoS通过要求每一个验证者在以太坊中投注以太币作为抵押来实现这个关键要求。投注的以太币越多，验证者就会有越多的机会。但同时也意味着，如果被发现作弊，该验证者将会遭受很大的损失。

根据Buterin的说法，转向PoS将使以太坊交易所消耗的能量减少一百倍以上。他说：”PoW是耗费巨额电力的部分，区块链交易本身所需的算力并不是超级密集，主要是验证数字签名。这不像某种重型3D矩阵地图或机器学习那样，有千兆字节的数据。”

削减算力和能源使用不仅仅是一种生态行为，还具有经济利益。因为这会降低新的以太币的发行速度来鼓励验证者——稀释了一个加密货币的额外资金。Darren Langley 说：“因为PoS验证者并没有消耗所有的能量，我们不必像以前一样奖励他们。”Darren Langley是澳大利亚布里斯班的Rocket Pool的高级区块链开发人员，该公司正在开发一款可以组装的应用程序权益池，为加入权益池的验证者支付利息。

转向PoS还可以提高安全性。在PoS下，每个验证者帐户的位置是已知的，如果验证者违反规则，那么位置销毁。以太坊基金会的主要PoS开发人员Vlad Zamfir将这比做：比特币社区获得了销毁滥用权力的矿工数据中心的权力。

Vlad Zamfir

到2015年，PoS的优势已经说服了以太坊社区作出转变，而Buterin这样的领导者预计会在短短的一两年内实现这一目标。为了明确他们的意图，以太坊的核心开发人员重新编写了他们的PoW代码，以增加挖矿难度。它被称为“硬弹（Hard bomb）”，它在2016年底开始减缓新交易区块的建立，预计在此后的几年内，它将让以太坊挖矿滞不前。

然而，这个“硬弹”的功能更像是带有贪睡按钮的闹钟。2017年10月，当挖矿时间翻倍，达到30秒时，以太坊团队重置了时钟，将PoW的世界末日推迟了大约12个月。他们很快就会再次按下贪睡按钮。

并不是说以太坊团队正在睡觉。Buterin说，事实上，以太坊的开发者已经消灭了大部分与PoS相关的理论怪兽。但是将这些理论解决方案转变为高效软件的过程一直比预期的要慢。

为2019年带来希望的是以太坊领导人在2018年6月采用的一项激进的新计划。在此之前，他们曾预计将PoS并入现有的以太坊区块链。六月，他们决定与PoW彻底决裂，建立一个完全通过PoS操作的全新区块链。

这个双链解决方案被称为以太坊2.0，为以太坊程序员带来了非常不同的体验，因为如果继续使用原始链的话，就意味着要将PoS机制编写成一组复杂的智能合约。Hauner正在领导一项名为Lighthouse的工作，以建立一个以太坊2.0软件客户端，他说：“以太坊的智能合约语言是编写复杂代码的艰难媒介。编写智能合约是在一个受限的计算环境里，不能在上面做一些复杂的事情。”

在决定转向以太坊2.0的几个月后，PoS规范就被草拟了出来，超过6个团队已经在使用各种编程语言开发软件实现。Sigma Prime的Hauner团队正在使用Rust开发其以太坊2.0客户端。他预计这款应用和其他应用将在2019年初在测试网络上运行PoS。

Buterin 表示，在2019年底之前，公共测试网可能会处理另一个拥有多个分支机构的以太网2.0创新，以提高交易吞吐量。但他警告称，仍可能有“未知因素”潜伏，可能使这一时间推迟。

作为一个价值数十亿美元的网络，以太坊如果推出不稳定或不安全的技术，显然会损失惨重。要使用以太坊的PoS链，以太币的持有者必须在原有的以太坊链上存入一个智能合约，该合约不可逆转地将以太币转移到新的链上。任何失误都可能让使用以太坊智能合约的开发人员和项目处于危险之中。

但是如果延迟太久，以太坊也会遭受巨额损失。一系列资金充足的项目，如cardano、Dfinity、Eosio和Cosmos等，正在酝酿自己的基于PoS的区块链。像以太坊一样，他们试图证明高安全性和高效率并不矛盾。

第一个释放区块链应用潜力的东西很可能成为未来的计算平台。而其他区块链可能会消失。Manian说：“这种环境自然是非常具有掠夺性的，只有一个平台能幸存下来。”

 

作者：Peter Fairley

来源：spectrum.ieee

翻译：Judy

校对：黄非红

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