Каждый публичный блокчейн использует механизм консенсуса для проверки транзакций, предотвращения двойного расходования средств и защиты сети от атак. Две наиболее распространённые модели — доказательство выполнения работы (Proof of Work, PoW) и доказательство доли владения (Proof of Stake, PoS).

Хотя обе системы обеспечивают безопасность активов на миллиарды долларов, их реальное воздействие на ресурсы совершенно различно. Доказательство выполнения работы (Proof of Work) требует физических вычислений, специализированного оборудования и большого количества электроэнергии. Доказательство доли владения (Proof of Stake) заменяет физическое оборудование финансовым залогом, заблокированным в программном обеспечении, и для работы требует лишь стандартного вычислительного оборудования.

Понимание принципов работы этих систем объясняет, почему их воздействие на окружающую среду так сильно различается.

Как механизмы консенсуса влияют на энергопотребление

Чтобы понять воздействие на окружающую среду, нужно разобраться, что каждый механизм требует от своих участников.

Доказательство выполнения работы: физические вычисления

Доказательство выполнения работы — это механизм консенсуса, лежащий в основе Bitcoin. В системе PoW тысячи специализированных компьютеров, называемых интегральными схемами специального назначения (ASIC), соревнуются в непрерывном математическом подборе чисел.

  • Устройство, первым угадавшее подходящее значение, получает право объединить последние транзакции в блок и получить вознаграждение за блок.

  • По мере присоединения новых майнеров автоматическая корректировка сложности сети усложняет задачу, обеспечивая появление новых блоков по расписанию.

  • Такая конкурентная динамика заставляет майнеров постоянно переходить на более быстрые и энергоёмкие устройства, чтобы сохранять преимущество, напрямую связывая безопасность сети с потреблением электроэнергии.

Доказательство доли владения: распределение капитала

Доказательство доли владения использует программный подход. Вместо того чтобы запускать мощные процессоры и конкурировать за создание блоков, участники блокируют (стейкают) собственную криптовалюту сети в качестве залога.

  • Сеть выбирает валидатора для предложения следующего блока псевдослучайным образом, учитывая размер его доли и другие правила протокола.

  • Другие валидаторы проверяют предложенный блок. Если валидатор пытается обмануть систему, одобряет мошеннические транзакции или надолго отключается от сети, протокол списывает (слэшит) часть внесённых им средств.

  • Поскольку безопасность обеспечивается финансовым риском, а не вычислительной конкуренцией, операторы узлов могут запускать валидатор на обычном мини-ПК или небольшом облачном сервере, не используя специализированную энергетическую инфраструктуру.

Сравнение экологических показателей

Чтобы оценить экологический след, нужно рассмотреть три фактора: потребность в электроэнергии, выбросы углерода и обновление оборудования.

1. Потребление электроэнергии

  • Доказательство выполнения работы: предприятия по майнингу Bitcoin потребляют электроэнергию в масштабах, сопоставимых с энергопотреблением средних по размеру стран. Майнинговые установки круглосуточно работают на максимальной мощности, потребляя значительное количество электричества 24 часа в сутки.

  • Доказательство доли владения: такие сети, как Ethereum, Solana и Cardano, потребляют минимум энергии. Для работы всей глобальной сети узлов-валидаторов PoS требуется лишь малая доля электроэнергии, необходимой одной крупной майнинговой ферме PoW.

2. Углеродный след и источники энергии

Использование электроэнергии приводит к выбросам углерода в зависимости от её источника:

  • Зависимость от электросети и ископаемого топлива: предприятия PoW, подключённые к обычным региональным электросетям, используют тот же топливный баланс, что и сеть (уголь, природный газ).

  • Возобновляемая и невостребованная энергия: некоторые майнеры PoW размещают предприятия рядом с гидроэлектростанциями, геотермальными станциями или ветряными электростанциями, где есть избыток энергии, который иначе пришлось бы ограничивать. Другие улавливают невостребованный метан на нефтяных месторождениях, где его в противном случае сжигали бы на факелах. Однако, несмотря на рост использования возобновляемых источников, совокупные выбросы углерода крупных сетей PoW остаются значительными.

  • Углеродный след PoS: поскольку энергопотребление PoS очень низкое, совокупные выбросы углерода остаются незначительными независимо от источника энергии, используемого отдельными операторами узлов.

3. Электронные отходы (e-waste)

Электронные отходы — одно из наиболее упускаемых из виду различий между двумя архитектурами:

  • Устаревание оборудования PoW: у ASIC-майнеров только одна функция — решать определённые криптографические хеш-задачи. Их нельзя перепрофилировать для игр, центров обработки данных или общих вычислений. Когда появляются новые, более эффективные ASIC, старые модели становятся нерентабельными и выбрасываются, ежегодно образуя тысячи тонн опасного электронного лома.

  • Долговечность оборудования PoS: клиенты валидаторов PoS работают на обычных компьютерах потребительского класса, ноутбуках или стандартных серверных стойках. Эти машины могут эксплуатироваться много лет, а после вывода из эксплуатации их легко перепрофилировать для общих вычислительных задач.

Переход Ethereum на PoS: доказательства из реального мира

В течение многих лет дискуссии об энергопотреблении блокчейнов носили в основном теоретический характер. Ситуация изменилась в сентябре 2022 года, когда Ethereum осуществил «Слияние» (The Merge), переключив действующий механизм консенсуса с доказательства выполнения работы на доказательство доли владения.

Независимые исследователи и отраслевые аналитики зафиксировали, что энергопотребление сети Ethereum практически мгновенно снизилось более чем на 99,9%. Этот переход доказал: отказ от физических вычислений в пользу капитала, поставленного под риск, устраняет почти все операционные энергозатраты блокчейна, сохраняя при этом децентрализованную обработку транзакций.

Сравнение бок о бок

Более широкая дискуссия: безопасность и эффективность

Несмотря на неоспоримое экологическое преимущество доказательства доли владения, сторонники доказательства выполнения работы утверждают, что физическое энергопотребление обеспечивает уникальные преимущества в плане безопасности:

  • Физическая опора: PoW связывает цифровые деньги с законами физического мира, касающимися энергии. Для атаки на Bitcoin необходимо получить доступ к физическим электростанциям и огромным производственным мощностям по выпуску оборудования, что трудно скрыть.

  • Опасения по поводу концентрации капитала: критики PoS отмечают, что эта система предоставляет больше влияния и доходности тем, кто уже владеет наибольшим капиталом, что в долгосрочной перспективе может привести к финансовой централизации.

В конечном счёте сейчас рынок использует оба подхода: Bitcoin сохраняет доказательство выполнения работы как устойчивое к цензуре средство сбережения в цифровой форме, а платформы смарт-контрактов в подавляющем большинстве перешли на доказательство доли владения, чтобы добиться высокой пропускной способности и снизить экологическое воздействие.

Часто задаваемые вопросы

Почему доказательство выполнения работы требует так много электроэнергии?

Сети на основе доказательства выполнения работы требуют непрерывных вычислений, чтобы атака на сеть была экономически нецелесообразной. Для переписывания истории транзакций необходимо контролировать более 50% совокупной вычислительной мощности сети, что требует огромных затрат энергии и капитала.

Является ли доказательство доли владения полностью безэмиссионным?

Технологий, работающих на компьютерах и полностью не создающих выбросов, не существует. Валидаторы доказательства доли владения всё же потребляют электроэнергию, чтобы поддерживать работу серверов и их подключение к интернету. Однако их общее энергопотребление сопоставимо с энергопотреблением обычных веб-приложений, а не тяжёлой промышленной инфраструктуры.

Может ли майнинг на доказательстве выполнения работы помочь энергосистеме?

В некоторых регионах гибкие майнинговые предприятия выступают в роли «управляемых нагрузок». Майнеры покупают избыточную электроэнергию в солнечные или ветреные периоды, когда цены на электричество становятся отрицательными, и мгновенно отключаются во время волн жары или зимних морозов, когда электроэнергия нужна бытовым потребителям. Это помогает операторам энергосистем балансировать спрос, но не решает полностью более широкие проблемы электронных отходов от оборудования и совокупных выбросов углерода.