加密貨幣對(duì)能源的渴求是出了名的，尤其是基于工作量證明的區(qū)塊鏈（比特幣）。問題是，比特幣的價(jià)格難以覆蓋能耗成本，使挖礦集中在某些國家和地區(qū)，這將導(dǎo)致監(jiān)管更容易介入比特幣區(qū)塊鏈。

所以一些研究人員說，加密貨幣的“出路”在于一種更節(jié)能的計(jì)算方式。是這樣嗎？

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光子芯片（Photonic Chips）是一個(gè)被收錄于arXiv的新興技術(shù)。麻省理工學(xué)院今年曾報(bào)道這種新穎的“光子”芯片，該芯片使用光代替電，并且在此過程中消耗的功率相對(duì)較小。在處理大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該芯片的效率比當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算機(jī)高出數(shù)百萬倍。

2017年底比特幣泡沫破裂時(shí)，這種加密貨幣的價(jià)格在短短幾天內(nèi)從1.7萬美元跌至不到7000美元。鋪天蓋地的新聞稱，加密貨幣繁榮突然結(jié)束。

但隨著比特幣價(jià)值的下跌，奇怪的事情發(fā)生了。比特幣挖礦速度急劇上升。原因何在？盡管比特幣的價(jià)值下降了，但它的挖礦仍然非常有利可圖。換句話說，挖礦的成本——硬件價(jià)格加上運(yùn)行它的能源價(jià)格——仍然低于它所生產(chǎn)的加密貨幣的價(jià)值。

挖礦的繁榮持續(xù)了將近一年。然后在2018年11月，比特幣的價(jià)值再次大幅下跌，從大約6500美元跌至不足3500美元。

這破壞了許多礦工的工作。頃刻間，比特幣不再有足夠的價(jià)值來支付挖礦成本，許多礦場被迫關(guān)閉。在加密貨幣的歷史上，這是挖礦算力首次大幅下降，從60EH/s的哈希率降至35 EH/s。

當(dāng)然，影響是顯著的。在此之前，挖礦節(jié)點(diǎn)分布在世界各個(gè)角落，使得單個(gè)國家或地區(qū)無法對(duì)比特幣區(qū)塊鏈?zhǔn)┘硬划?dāng)影響。現(xiàn)在，只有在能源足夠便宜、能夠盈利的地方——主要是在中國西部——挖礦才有可能。而中國正在加強(qiáng)對(duì)加密貨幣的審查，關(guān)閉交易所，禁止各種活動(dòng)。

這就對(duì)比特幣的生存構(gòu)成了威脅。從那時(shí)起，加密貨幣專家一直在努力尋求解決方案。

根本問題在于比特幣的挖礦——碰撞哈希產(chǎn)生的計(jì)算成本是昂貴的，這在區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)之初就定下了，以確保鏈上安全。但挖礦計(jì)算是能源密集型的，隨著越來越多人加入挖礦，能量消耗隨之大幅增加。

據(jù)估計(jì)， 比特幣挖礦目前每年消耗超過75太瓦時(shí) （頭等倉注：太瓦時(shí)即TWH，1太瓦時(shí)等于10億度電），超過奧地利本國的全部電力消耗。這是不可持續(xù)的。比特幣挖礦若要存續(xù)下去，迫切需要一種新的挖礦方式。

非營利組織PoWx的Michael Dubrovsky、紐約哥倫比亞大學(xué)的Marshall Ball，以及法國Paris Saclay大學(xué)的Bogdan Penkovsk，共同提出了一種“保護(hù)”比特幣的新方法，該方法在計(jì)算上昂貴，但能源效率更高。他們說，至關(guān)重要的是，它也與當(dāng)前的加密系統(tǒng)兼容，因此在將來的比特幣迭代中應(yīng)該也能兼容。

與使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)去碰撞哈希不同的是，他們提出使用光學(xué)計(jì)算機(jī)（optical computers）。他們認(rèn)為，光學(xué)計(jì)算機(jī)顯著減少了對(duì)能源的依賴，從而將從根本上解決比特幣挖礦的能源瓶頸。他們是對(duì)的嗎？

比特幣區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)去中心化的賬本，記錄了所有與這種貨幣相關(guān)的交易。這確保了沒有單獨(dú)的實(shí)體控制貨幣。關(guān)鍵是，賬本必須是安全的，這樣每個(gè)人都可以信任它的內(nèi)容。這種安全性是通過定期加密分類賬來實(shí)現(xiàn)的，這樣就不能更改分類賬的內(nèi)容。

但是，加密過程必須具有特殊的屬性。賬本的加密過程必須很復(fù)雜，但一旦加密，又必須易于檢查。事實(shí)證明，有一組被稱為 單項(xiàng)陷門函數(shù)（trapdoor functions） 的數(shù)學(xué)對(duì)象恰好具有這個(gè)屬性。事實(shí)上，它們已經(jīng)被廣泛用于加密從個(gè)人信息到信用卡交易的所有事情。

頭等倉小科普：單向陷門函數(shù)包含兩個(gè)明顯特征：一是單向性，二是存在陷門。所謂單向性，也稱不可逆性，即對(duì)于一個(gè)函數(shù)y=f(x)，若已知x要計(jì)算出y很容易，但是已知y要計(jì)算出x=f ^(-1) (y)則很困難。單向函數(shù)的命名就是源于其只有一個(gè)方向能夠計(jì)算。所謂陷門，也被稱為后門。對(duì)于單向函數(shù)，若存在一個(gè)z使得知道z則可以很容易地計(jì)算出x=f ^(-1) (y)，而不知道z則無法計(jì)算出x=f ^(-1) (y)，則稱函數(shù)y=f(x)為單向陷門函數(shù)，而z稱為陷門。

這種形式的加密在計(jì)算上是昂貴的——它需要運(yùn)行成本高昂的計(jì)算力強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。因此，比特幣還有一個(gè)成功的關(guān)鍵特征。任何執(zhí)行加密過程的人（即參與工作量證明PoW挖礦的礦工）都會(huì)得到新的比特幣作為獎(jiǎng)勵(lì)。

這就是為什么該過程稱為“挖礦”的原因。隨著比特幣價(jià)值的增加，挖礦的受歡迎程度也增加了。但計(jì)算是高能耗的。因此， 礦工們一直在尋找各種降低成本的方法：一種發(fā)展是引入了專用集成電路-ASIC芯片-專門針對(duì)比特幣挖礦的目的進(jìn)行了優(yōu)化。 另一個(gè)是尋找廉價(jià)的能源。

上文Dubrovksy和他的同事提到的光學(xué)計(jì)算某種程度上將打破僵局。該靈感來自于近年來光子芯片的飛速發(fā)展，這些光子芯片的計(jì)算效率遠(yuǎn)高于硅芯片。他們表示：“這項(xiàng)技術(shù)承諾，與電子處理器相比，能提供2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的能源效率優(yōu)化。”

為此， 該團(tuán)隊(duì)提出了一種改進(jìn)的加密協(xié)議，稱為HeavyHash，該協(xié)議針對(duì)光子芯片進(jìn)行了優(yōu)化。 這意味著只有采用光子處理器進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算才能獲得最佳結(jié)果，從而挖礦過程變成了“光學(xué)工作量證明”。

這種“光學(xué)工作量證明”（optical proof of work）鼓勵(lì)采用光子芯片，大大減少比特幣原本的能耗成本。研究人員說：“光學(xué)工作量證明的實(shí)施將有助于加快節(jié)能型光子協(xié)處理器（co-processors）的開發(fā)。”

當(dāng)能源成本不再是主要考慮因素時(shí)，硬件成本將主導(dǎo)計(jì)算。這將確保礦工可以在全球各地而不是僅在能源便宜的地區(qū)盈利。

至少，理論上可行。 問題在于光子芯片的功率效率尚未明確。 例如，光開關(guān)通過改變折射率來工作，目前這是通過小型加熱器來完成的。硅光子電路的變化也很小，必須用微型加熱器進(jìn)行補(bǔ)償。

但這些加熱器以難以預(yù)料的方式大大增加了芯片的功率預(yù)算。實(shí)際上，Dubrovksy和他的同事們并沒有明確測算出隨著比特幣規(guī)模的增長可能（或不可能）實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果，所以目前還很難評(píng)估他們所說的“光學(xué)工作量證明”的效力。

研究人員也沒有顯示出“光學(xué)工作量證明”將如何解決與電力成本區(qū)域差異相關(guān)的問題。將來，所有礦工的硬件成本將與現(xiàn)在相同。 因此，從長遠(yuǎn)來看，最大化利潤的最佳方法仍然是尋找廉價(jià)的能源。

這與比特幣當(dāng)前面臨的問題沒有什么不同。這就是為什么我們很難不得出這樣的結(jié)論:這種形式的節(jié)能計(jì)算只是推遲了不可避免的結(jié)果。

本文來源MIT Technology Review，由頭等倉(First.VIP)_Maggie提供編譯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留文末信息，感謝閱讀。