创新项目 · 2018-06-21 01:27

区块链技术的普及对能源与气候管理的新需求

数字加密货币比特币的知名度2017年急剧上升,其价格较年初时的水平更是上涨了1700%。在比特币和众多其他数字货币的背后,区块链技术的普及也在多个行业呈现出了相同的增长趋势。

最近,随着网络应用率的提高,比特币的环境影响,尤其是它的高能耗,也成为了人们关注的话题。Greentech Media在其201712月出版的文章中就开始呼吁各界紧急关注这一发展迅速的问题。人们担心比特币等以区块链技术为基础的数字货币的持续发展将破坏全球在碳减排方面的努力,并会威胁电网稳定性。

这一话题有着非常广泛的关联性,其原因有以下三点:(1)区块链技术的应用并不仅限于数字货币;(2)并非所有区块链都是相同的,设计、管理与运行一个网络有很多不同方法,它们的能源强度也各不相同;(3)实际上,区块链技术能够加速,而非阻碍环境和能源目标的达成。

Energy Web FoundationEWF)与落基山研究所以及区块链技术开发商Grid Singularity合作,正在打造一种高能效区块链技术,旨在通过所支持的不同应用解锁可再生能源及分布式能源资源的新机遇。换句话讲,我们正在开发一种专用于能源行业并有助于加速电网低碳清洁发展的低能耗区块链平台。

 

比特币:能耗量与知名度同步增长

比特币挖矿指的是:比特币网络中的计算机认证交易、创造新的比特币并获取奖金的过程。这是一种需要消耗大量电能,并需要越来越多专用硬件的计算过程。比特币快速增长的能耗量是该网络验证并添加区块到区块链这一过程的副产品。

据估算,以不同方式计算得出的比特币网络每年的总耗电量在大约1太瓦时和32太瓦时之间;前者足以为大约9万户美国家庭供应一年的用电量,而后者相当于丹麦全国一年的用电量。今天,一笔比特币交易的耗电量相当于一个普通美国家庭一周的用电量。而比特币还仅仅是区块链技术的一种应用。

在比特币等网络中,一个区块链记录着各方之间的所有交易。每笔交易的详细信息都以加密数据区块的形式被添加至分布式账本中(也就是区块链之“链”)。对于每一笔交易区块,全球大规模计算机网络都在竞相解决一种加密的复杂方程,而且只能依靠反复试验才能得出解决方案。竞争中的胜者,也就是最先解决问题并得到网络验证的计算机将得到一个比特币的奖励,这就是所谓“挖矿”的过程。一个人拥有的计算机资源越多,就越有可能通过解决方程而赢得比特币。随着比特币价值越来越高,矿工通过增加计算机资源来战胜竞争者的物质动力就越大。根据系统的设计规则,整个网络的计算能力越强,需要解决的方程的难度就越大。这一结果造成的反馈循环有可能造成能耗量的无限增加。

 

区块链网络并不都是相同的

比特币网络的共识协议,也就是网络中计算机验证和确认交易的机制被称为工作量证明机制(PoW)。这一命名反映了矿工通过努力工作(投入计算机和能源等现实世界的资源)来解决方程并向整个网络证明。虽然本身非常耗电,工作量证明机制仍对验证区块设置了极高的标准,使篡改区块链变得极其困难。

然而工作量证明机制仅仅是验证交易的一种方式,至少还有两种能耗更低的替代方式可以应用于区块链应用之中:

·       权益证明机制(PoS:在权益证明机制下,不存在为验证区块进行的竞争,也没有矿工。取而代之的,网络参与者都拥有一部分系统数字货币,并被选择按照它们各自的份额验证部分区块。这一部分权益机制及失去“存款”的风险会剔除恶意参与者。由于不像工作量证明机制网络中那样需要所有参与者通过竞争计算来解决加密难题,权益证明机制的能耗量将大大降低。

·       权限证明机制(PoA:权限证明机制系统依靠一系列可信的权限方来创造和验证区块。权限证明机制区块链可以是私有链或公有链,且在任意情况下都有更少数量的验证方(虽然需要具备优化数量和多元性来保证分散系统的民主性),从而降低计算用能需求和系统攻击几率。权限方将根据其完成的区块验证任务获得与交易特性或价值无关的标准票面资费补偿。为了保证公正的管理,规则规定了权限方如何加入网络及交易如何验证等问题。由于权限证明机制仅在今年的Kovan测试网中才开始应用,所以相关规则仍在制定过程中。此类权限证明机制网络很适合于受监管的行业,因为在这些行业中,负责维护网络的实体,也就是权限方的身份需要是确定的,而不像比特币和以太坊等挖矿类区块链中一样,矿工可以保持匿名状态。由于只有经批准的权限方才可以认证区块链,不存在权限方之间的竞争关系,所以该机制区块链与工作量证明机制区块链相比能耗更低。

 

Energy Web Foundation - 能源行业新的专用区块链

Energy Web Foundation正在打造一个公共开源的区块链技术平台,专门用于支持各种旨在发展分布式和可再生能源商业模式和产品的分散式应用。要实现这一目标,需要高度可扩展的网络与完善的管理结构,从而避免对大量计算和能源的需求。

EWF目前正在为其网络设计一种权限证明统一机制,由其附属机构,也就是与EWF达成合作伙伴关系的能源企业担任权限方。该验证系统解决了与在能源行业应用区块链相关的技术和管控问题。该权限证明统一机制使EWF网络能够维持较低的能源强度。权限节点可以在简单硬件上运行。最初数据显示,一个典型权限节点的功率需求约为78瓦特,相当于一只普通白炽灯泡。当前EWF网络共有20个权限节点,最大能源需求量约为1.5千瓦,约等于一台微波炉的功率。由于能耗量将随EWF网络规模的扩大呈线性增长,网络有望达到的1000个权限节点的能源需求量将低于80千瓦,仅相当于10个美国家庭的能耗。而由于硬件能效的提高或使用共享服务器可降低特定权限节点的能源用量,实际的耗能总量数字应该会更低一些。

除限制能源用量外,权限证明统一机制还将提高网络性能与安全,解决潜在监管问题。例如,监管部门将知道具体谁是权限方,从而在设计相关协议和应用时更具针对性。该网络将能够使平台上的应用更高效地应用可再生能源证书,并提高电网接入与管理性能。

 

高效的设计

我们很难预测比特币和其他电子货币挖矿会如何影响能源用量。如果比特币价格继续攀升而越来越多的矿工加入进来,就可能会发生一些更严重的后果。相反,监管机制的建立、创新竞争者的出现、新计算技术的开发或其他事件有可能会让比特币挖矿能效更高,并降低其吸引力,甚至废弃。

不过,不论更广义的区块链领域将发生什么变化,EWF网络的核心优势都确保了即使经过进一步发展,它仍将具备能源强度更低,速度更快,安全度更高的特点。EWF的区块链技术将解锁能源转型中的更多机遇,而不是加剧当前的各种问题。

 

本文首发于Energy Web Foundation网站,作者也是EWF团队成员。

图片来源:iStock

 

作者:Sam Hartnett,落基山研究所咨询师

 

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区块链技术的普及对能源与气候管理的新需求

 

始发于微信公众号: 落基山研究所北京

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