تأثیر مخرب معادن دیجیتال بر محیط زیست

موضوع مهم در شبکه P2P بیت‌کوین، نحوه تولید و نگهداری یک دفتر کل مجازی است که معاملات و تراکنش‌ها در آن ثبت می‌شوند. از نظر فنی هر کسی می‌تواند این دفتر را به‌روزرسانی کند، اما برای این کار باید محاسبات ریاضی بسیار پیچیده‌ای را حل کند. هر تراکنش یا معامله‌ای که در شبکه‌ بیت‌کوین انجام می‌شود، پیش از وارد شدن در این دفتر مجازی باید تأیید شود. فرآیندی که تقریباً هر 10 دقیقه یک بار انجام می‌شود. به این صورت که آن معامله رمزگذاری می‌شود و جویندگان بیت‌کوین (ماینرها) باید آن رمز را بشکنند. اولین کسی که موفق به شکستن رمز شود، مقداری بیت‌کوین پاداش می‌گیرد و اعتبار آن معامله هم تأیید و معامله در دفتر کل ثبت می‌شود. رمزگذاری بر اساس یک الگوریتم بسیار پیچیده هَش موسوم به SHA-256 انجام می‌شود و شکستن این رمز که در اصطلاح «اثبات کار» نامیده می‌شود، توان سخت‌افزاری بسیار زیادی طلب می‌کند و مشکل از همین‌جا آغاز می‌شود. جویندگان زیادی در سراسر جهان انگیزه کافی برای شکستن این رمزهای پیچیده و دریافت پاداش را دارند و شمار زیادی از سخت‌افزارهای محاسباتی در جهان شبانه‌روز در پی یافتن بیت‌کوین هستند. هرچه بیت‌کوین بیشتری استخراج می‌شود، قفل‌هایی که به دفتر کل زده می‌شوند نیز پیچیده‌تر می‌شوند و دریافت پاداش هم به توان محاسباتی بیشتری نیاز خواهد داشت و این یعنی مصرف بیشتر برق و تولید بیشتر آلودگی. (شکل1 بالا)

شبکه‌ای حریص به‌نام بیت‌کوین

در آغاز پیدایش بیت‌کوین، علاقه‌مندان به ارز دیجیتال می‌توانستند نرم‌افزار استخراج ارز را روی کامپیوترهای خانگی خود اجرا کنند. بعد از مدتی آن‌ها به‌منظور دستیابی به توان پردازشی بیشتر، به استفاده از پردازنده‌های گرافیکی و حتی تراشه‌های FPGA روی آوردند و حالا استفاده از مدارهای یکپارچه با کاربرد خاص یا ASIC (سرنام Application-Specific Integrated Circuits) در این حوزه محبوبیت زیادی یافته است. الگوریتم SHA-256 عامدانه طوری طراحی شده است که محاسبه آن بسیار دشوار و برای حل آن به توان محاسباتی بسیار زیادی نیاز باشد. به طوری که مجبور باشید در کمترین زمان بیشترین راه‌ حل‌های ریاضی ممکن را برای یافتن پاسخ صحیح امتحان کنید و این بدین معنا است که سامانه پردازشی شما باید به طور مداوم روشن باشد و کار کند و شما باید راهی برای خنک کردن آن بیابید. اِمین گون سیرر یکی از مدیران بخش ارزهای دیجیتال و قراردادهای هوشمند دانشگاه کرنل معتقد است: «این مصرف انرژی یک ویژگی امنیتی و چیز خوبی است.» در واقع، این نیاز بی‌امان به توان پردازشی هزینه‌ای است که کاربر شبکه‌‌ای نظیر بیت‌کوین باید بپردازد. (شکل1 پایین)

شکل 1 - جویندگان بیت‌کوین با مجهز کردن سامانه‌های پردازشی خود، معادن استخراج بزرگی برپا کرده‌اند که برق بسیار زیادی مصرف می‌کنند.

مطلب پیشنهادی

رایگان دانلود کنید: کتاب الکترونیکی همه‌چیز درباره بیت‌کوین

مصرف برق و تولید آلودگی

در سال 2014 نتایج یک تحقیق نشان داد که میزان مصرف برق شبکه بیت‌کوین تقریباً معادل مصرف برق کشوری نظیر ایرلند است. طول زنجیره بلوک بیت‌کوین (یا همان دفتر کل مجازی) نیز به‌سرعت رشد می‌کند، به طوری که بر اساس تخمین‌ها بین سال‌های 2015 تا 2016 از 27 گیگابایت به 74 گیگابایت رسیده است. اریک هولتوس در وب‌سایت Grist مدعی شده است که تا جولای 2019 مصرف برق شبکه بیت‌کوین بیش از مصرف برق امریکا خواهد شد و این شبکه تا نوامبر 2020 بیش از مصرف امروز کل دنیا برق مصرف خواهد کرد.
بر اساس داده‌های سایت Digiconomics، در لحظه نگارش این مطلب، میزان مصرف برق سالانه شبکه بیت‌کوین معادل 40.64 تراوات ساعت تخمین زده شده است که با مصرف برق کشورهایی نظیر مجارستان و قطر برابری می‌کند. هر تراکنش معادل 324 کیلووات ‌ساعت برق مصرف می‌کند؛ به عبارت دیگر، هر تراکنش بیت‌کوین می‌تواند انرژی مورد نیاز 11 خانوار امریکایی را برای یک روز تأمین کند. این شبکه در حال حاضر 18 صدم درصد برق مصرفی دنیا را به خود اختصاص داده است. در هر تراکنش هم حدود 159 کیلوگرم دی‌اکسیدکربن تولید می‌شود. 
مصرف برق و تولید آلودگی مشکلاتی هستند که علاوه‌ بر چالش‌های دیگر بیت‌کوین، توجه کارشناسان را به خود جلب کرده است. استفاده از سخت‌افزارهای بهینه‌تر نیز این مشکل را حل نخواهند کرد. بین سال‌های 2014 تا 2017 نرخ محاسبات هش از 300 هزار در ثانیه به
2 میلیون در ثانیه رسیده است و در مقابل، کارایی سخت‌افزاری از 2000 مگاهش به‌ازای هر ژول انرژی، به 10 هزار مگاهش به‌ازای هر ژول ارتقا یافته است. در نتیجه به‌گفته دیوید مالون کارشناس کامپیوتر دانشگاه Maynooth این افزایش کارایی تأثیر قابل ‌توجهی بر میزان مصرف توان نخواهد داشت. اگرچه نرخ هش در سال 2017 به حدود 12 میلیون رسید، اما به‌گفته مالون: «سخت‌افزارها پیشرفت زیادی نداشته‌اند.»

چالش تأمین انرژی شبکه بیت‌کوین

بالا رفتن مصرف برق، جویندگان بیت‌کوین را بر آن داشته است تا معادن بیت‌کوین خود (که در ‌واقع انبوهی از سامانه‌های پردازشی مجهز به ASIC هستند) را در مکان‌هایی که برق ارزان‌‌‌تر است برپا کنند. کشور چین مدت‌ها به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین منابع استخراج بیت‌کوین مطرح بوده است، اما به‌دلیل سیاست‌های دولت چین در قبال مصرف انرژی و نیز ارزهای دیجیتال، جویندگان بیت‌کوین به‌دنبال مناطق مناسب دیگری در دنیا برای برپایی معادن خود هستند، به طوری که نیازهایی نظیر تأمین برق ارزان و خنک‌سازی به‌صرفه تأسیسات را پوشش دهند و از نظر فعالیت در حوزه ارزهای دیجیتال هم مشکلی نداشته باشند. به عنوان مثال، Bitmain شرکتی که بزرگ‌ترین معادن بیت‌کوین چین را در اختیار دارد، تصمیم گرفته است تأسیساتی را در کبک کانادا و حتی در سوئیس راه‌اندازی کند. البته این شرکت اعلام کرده است که از سال 2016 در کانادا مشغول استخراج بیت‌کوین بوده است، اما محل دقیق تأسیسات خود را فاش نکرده است. چالشی که جویندگان بیت‌کوین در مناطقی نظیر کبک با آن مواجه هستند، یافتن تأسیساتی در این مناطق است که آمادگی لازم برای تأمین انرژی مورد نیاز استخراج بیت‌کوین را داشته باشند. ساخت و آماده کردن تأسیسات جدید برای این کار به حدود یک سال زمان نیاز دارد. (شکل 2)

شکل 2 - مقایسه برق مصرفی شبکه بیت‌کوین با سامانه VISA. شبکه بیت‌کوین معادل بیش از سه میلیون و هفتصد و شصت هزار خانوار امریکایی برق مصرف می‌کند. 

راهکارهای جایگزین

به‌گفته مایکل تیلور کارشناس کامپیوتر از دانشگاه واشینگتن: «هرچه ارزش بیت‌کوین افزایش یابد، مردم هم برای رقابت در عرصه کسب بیت‌کوین بیشتر، برق بیشتری مصرف خواهند کرد.» به عبارت دیگر، جویندگان بیت‌کوین از سخت‌افزارهای سریع‌تر و کارآمدتر برای استخراج بیشتر استفاده می‌کنند و نه برای کاهش مصرف برق. او معتقد است افزایش بهره‌وری مصرف انرژی سخت‌افزارهای استخراج بیت‌کوین، فقط راه را باز می‌کند تا سخت‌افزارهای بیشتری برای استخراج استفاده شوند و در نتیجه مصرف کلی انرژی کاهش نخواهد یافت.
محققان حوزه ارزهای دیجیتال برای رفع مشکل به راهکارهای دیگری می‌اندیشند. به عنوان مثال، پیشنهاد راهکاری موسوم به «استخراج با منابع بهینه» (resource-efficient mining) که بر اساس آن، بار محاسباتی کاهش می‌یابد، اما باید از سخت‌افزارهای تأیید شده استفاده کرد. پیشنهاد دیگر استفاده از روش اثبات است بدین معنا که هر جوینده بیت‌کوین، به‌ازای یک سرمایه اولیه، اجازه انجام محاسبات را دارد. یعنی به فرد به نسبت سرمایه‌ای (ارز دیجیتالی) که در اختیار دارد، اجازه ساخت بلوک داده می‌شود. بدین ترتیب آن‌ها که سرمایه بیشتری دارند بلوک بیشتری هم می‌سازند. به بیان دیگر، به‌جای اینکه فرآیند استخراج را از نظر محاسباتی پرهزینه کنیم، آن را عملاً پرهزینه کرده‌ایم. هنوز مشخص نیست چنین ایده‌هایی راهکارهای خوبی خواهند بود یا خیر. (شکل 3)

شکل 3 - مقایسه برق مصرفی بیت‌کوین، اتریوم (دومین ارز دیجیتال پرطرف‌دار) و VISA.

مطلب پیشنهادی

بیت‌کوین و پسرعموهای دیجیتالی آن در زیر ذره‌بین

چرا ارزهای دیجیتالی تا این اندازه محبوب شده‌اند و سرانجام به کجا خواهند رسید؟

یافتن کاربردهای مفید و بازیابی انرژی

در حال حاضر اجرای الگوریتم هش کاری بی‌فایده است. شبکه بیت‌کوین یک شبکه P2P است که در آن شرکت‌کننده‌ها با همکاری هم محاسباتی را انجام می‌دهند. عده‌ای بر این عقیده‌اند که چرا از این توانایی عظیم محاسباتی در کارهای مفید به طور مثال یافتن نشانه‌هایی از وجود حیات فرازمینی یا در تحقیقات پزشکی یا حتی برای حل مسائل ریاضی استفاده نکنیم؟ البته برخی چنین ایده‌ای را بی‌فایده می‌دانند و معتقدند در این صورت، کارایی فرآیند «اثبات کار» از بین خواهد رفت. آن‌ها معتقدند اگر چنین اتفاقی رخ دهد، شاید در آینده راه‌های ساده‌تری برای کارهای پیچیده یافت شود و ارزش کار ما پایین‌ آید و ورود به بیت‌کوین هزینه نداشته باشد.
عده‌ای نیز بر این باورند که اگر قصد ما مصرف بهینه انرژی در فرآیند استخراج بیت‌کوین است، می‌توان از این توان سخت‌افزاری استفاده دیگری هم کرد. 
به‌عقیده تیلور: «یک راهکار کوتاه‌مدت، بازیابی حرارت تلف شده در جریان محاسبات استخراج بیت‌کوین و استفاده از آن برای گرمایش است.» او به‌عنوان یک مثال به تلاشی که در استکهلم برای گرم کردن خانه‌ها با استفاده از حرارت مراکز داده‌ شده است اشاره می‌کند. اما برای استفاده از چنین امکانی در فرآیند استخراج بیت‌کوین باید زیرساخت‌های جدیدی را در کنار زیرساخت‌های استخراج بنا کنیم.

آثار ناشناخته ارزهای دیجیتال 

با اوج گرفتن ارزش بیت‌کوین در ماه‌های اخیر، بحث استفاده کردن یا نکردن از ارزهای دیجیتال به موضوع داغی در بین کارشناسان و حتی افراد عادی تبدیل شده است. ارزهای دیجیتالی نظیر بیت‌کوین، ذاتاً قابلیت‌های جذابی دارند که اقشار مختلفی از مردم، از بازاریان گرفته تا هنرمندان و کارشناسان و حتی تبهکاران را به فکر وا داشته است که آیا از آن استفاده کنند یا خیر. در کنار همه مزایای چنین ارزهایی، برخی از تهدیدات هم وجود دارد که باید به‌دقت به آن‌ها توجه کرد. آثار مخرب معادن بیت‌کوین بر محیط‌ زیست و اختصاص سهم قابل ‌توجهی از انرژی مصرفی کل دنیا به آن، چالش مهمی محسوب می‌شود و اگرچه شاید به دلایلی از شدت آن در آینده کاسته شود، اما نباید چنین چالشی را از نظر دور نگه داشت.