向「荒謬」的能源需求量說拜拜 以太坊計劃將能耗降低99%

以太坊正在積極「瘦身」，希望藉此應對其它高效率區塊鏈方案帶來的挑戰壓力。

時至今日，比特幣仍然是最具知名度且炒作熱度最高的區塊鏈項目，這導致更年輕且體量更小的以太坊長期生存在其陰影當中。然而，以太坊項目本身的絕對體量已經不容輕視——近日，其市值已達到約100億美元，而保持運行所消耗的能源同樣相當誇張。

以太坊採礦活動所帶來的能源消耗雖然僅為比特幣的四分之一到一半，但這仍然意味著縱觀整個2018年，該項目的電力總消耗量幾乎與冰島這個國家相當。實際上，每一筆典型的以太坊交易操作所使用的電能都超過美國一個普通家庭一天的耗電量。

年僅24歲的俄羅斯-加拿大計算機科學家Vitalik Buterin在他18歲那年就受邀參與以太坊項目，他表示「即使大家不打算把污染和二氧化碳視為重大問題，由此帶來的能源消耗本身也足以引起重視。真正的消費者，真正的人群，所能夠支配的電力資源正在被這東西大量蠶食。」

Buterin計劃在2019年之內全力控制他心血結晶所帶來的資源浪費水平。今年，身為以太坊基金會聯合創始人的他以及其它多個用於推動以太坊項目的開源運動，都打算對早已做出承諾的以太坊代碼進行實地測試。如果開發人員們的估算沒錯，那麼到2019年年底，以太坊新代碼在執行交易當中所消耗的電力，將相當於全球總發電量的1%。

Ether Evangelist：以太坊發明者Vitalik Buterin希望在2019年之內公布這套區塊鏈平台的低能耗版本。

Zaki Manian(他目前擔任加密貨幣新貴Cosmos項目的顧問)表示以太坊正試圖以這種幾近重生的方式成為今年「最值得關注的技術之一。」他解釋稱，以太坊的開發流程意味著需要由多位編碼人員及組織以開放形式進行協作、融合各方規範、發明相應技術實現這些目標，並確保一切以無縫化形式順暢對接。Manian總結道，「這是迄今為止最具技術雄心的開放社區項目。」

與比特幣類似，以太坊同樣依賴於區塊鏈技術。而區塊鏈，是由用戶社區維護的數字交易總賬。(其之所以被稱為「區塊鏈」，是因為新的交易將被綁定至數據「區塊」當中並寫入一整條描述此前全部交易的「區塊鏈」的末端。)然而，Buterin設計的以太坊並不滿足於在擺脫中心權威的同時安全維護分類賬——他的願景是讓以太坊成為一台全球性計算機。這將是一台去中心化、可供所有人使用的計算機，而且在原則上不會受到停機、審查以及欺詐活動的影響。

以太坊區塊鏈之所以擁有如此強大的潛力，是因為其能夠存儲數據、支持決策並自動進行價值分配。通過智能合約，用戶或開發人員能夠利用以太坊的定製化編碼語言對此類任務加以管理。智能合約擁有明確的商業應用方向，但從長期角度來看，項目本身更希望藉此構建各類應用程序，從而使以太坊成為一套終極雲計算平台。

然而，這種崇高的目標與以太坊的當前狀態存在著嚴重衝突。雖然其上已經運行著不少價值數百萬美元的應用，但Buterin表示他懷疑以太坊消耗的能源太多，甚至已經超過了其在社會效益方面帶來的回報。

問題的核心，出在採礦這種機制身上。與大部分其它加密貨幣一樣，以太坊同樣依賴於所謂工作證明(簡稱PoW)這種計算競爭機制。在工作證明當中，所有參與者需要以競爭方式對交易進行安全加密，並將其添加到區塊鏈的全球分散式賬本當中。這是一場贏家通吃的比賽，而獎品則是新生成的加密貨幣。因此，您擁有的計算能力越強，贏得獎品的機率也就越高。

工作證明的採礦機制非常複雜。其基本思路在於防止由任何單一實體控制區塊鏈。舉例來說，如果某套比特幣採礦計算機系統佔據網路上全部採礦能力的一半以上，則其將有能力實施欺詐活動，例如修改以往已經完成的交易結果。而比特幣用戶對此幾乎沒有追索權，因為採礦者皆以匿名形式存在。

從理論上講，工作證明機制會保證採礦以分散式方式進行。然而，在實踐當中，由中國部分晶元廠商生產的加速採礦專用集成電路(簡稱ASIC)已經集中了大量資源，進而控制了加密貨幣的產出。

通過利用內存密集型工作證明演算法進行「以太幣」採礦，以太坊希望進一步對抗這種算力霸權現象。這種以太幣採礦演算法會對使用ASIC的行為給予懲罰。

然而，以太坊的這種工作證明演算法並沒能阻止以太坊採礦所帶來的計算資源消耗量猛增。2017年，由於以太幣由8美元飆升至862美元，針對此項任務的算力總量增長了25倍以上。不少採礦公司建立起專用數據中心，這些數據中心採用大量通用型圖形處理單元，非常適合以太坊採礦類需求。

由此產生的巨大能源消耗量引起了環保主義者的強烈反對。與此同時，公共事業與社區一旦接受這種雖能創造就業機會，但同時也會吞噬海量廉價電力的加密貨幣礦工，那麼相應的財務風險與機會成本也將持續提升。為了給礦工提供能源，公共事業企業必須進行設備升級;而一旦加密貨幣價格崩潰甚至採礦業務關閉，這部分設備也將毫無作用。

最近的市場動態亦給上述擔憂帶來了依據。以太幣的價格去年1月達到1385美元峰值，隨後開始快速下滑。去年11月，以太幣價格已經跌至120美元以下，這幾乎使得採礦活動無利可圖，並導致一些人放慢甚至徹底關閉了採礦設備。根據普華永道資深合伙人兼區塊鏈專家Alex de Vries創建的Digiconomist網站做出的預測，以太坊採礦程序的總體能源消耗可能在20天之內縮水至原先的一半以下。

也正因為如此，包括位於蒙特利爾的Hydro- Québec公司在內不少公共事業企業正在為採礦活動設定更高的電費標準。公共事業以及監管機構的這種阻力可能會進一步削弱基於工作證明的加密貨幣的安全性水平。限制電力供應與不斷上漲的能源成本，將阻礙新的採礦者加入這場淘金遊戲，進而加速採礦權的集中。而這種集中趨勢將拉高共謀與欺詐活動的風險。

對於Buterin來說，削減能源消耗量已經成為實現以太坊發展願景的重要前提。這一點也得到大部分以太坊支持者們的認同。以太坊貢獻者、澳大利亞網路安全與區塊鏈公司Sigma Prime聯合創始人Paul Hauner表示，「以太坊社區普遍認為工作證明機制消耗了太過的能源。對我來說，這也是項目當中最為重要的根本性問題。」

以太坊計劃利用權益證明(簡稱PoS)替代工作證明——這是一種替代性的分散式共識機制，於2012被首次應用於Perrcoin加密貨幣。相較於利用數百萬塊處理器同時處理相同的交易，權益證明機制會隨機挑戰一塊處理器執行這項任務。

在權益證明機制當中，參與者被稱為驗證者而非採礦者，且必須保持誠實可信。權益證明要求每一位驗證者在以太坊當中以抵押品的形式儲備一批以太幣。在每一次隨機選擇當中，以太幣的儲備量越大，則被選定為驗證者的可能性也就越高。但一旦被發現作弊，那麼相關方也將蒙受巨大的損失。

轉向權益證明機制將把單一以太坊交易的執行能耗削減至原本的百分之一以下。Buterin指出，「工作證明機制正是海量電力消耗的根本原因。區塊鏈交易本身並不需要極高的計算資源密集度——其只需要驗證數字簽名，而非處理高強度3D矩陣圖或者進行機器學習數據分析。」

對計算通力與能源消耗的削減並不僅僅是一種生態保護行為，同時也能夠帶來顯著的經濟利益。這意味著新以太幣的發行速度將有所降低，從而鼓勵驗證者及其帶來的額外資金進一步稀釋貨幣價值。效力於澳大利亞布里斯班Rocket Pool公司的高級區塊鏈開發人員Darren Langley表示，「由於權益證明驗證者不需要消耗那麼多電力，因此我們不必設置那麼高的獎勵額度。」該公司正在開發一套組合式權益池，能夠為每位加入該池的以太幣所有者提供利息。

此外，轉向權益證明還將提高安全性水平。在權益證明機制之下，每個驗證者賬戶的位置是已知的;如果驗證者違反規則，則其賬戶將被直接銷毀。以太坊基金會的首席權益證明開發人員Vlad Zamfir將其與比特幣社區進行了比較，表示這類似於在發現採礦者的濫用行為後將其數據中心燒毀的機制。

到2015年，權益證明已經憑藉著自身優勢在以太坊社區之內得到廣泛認同，而Buterin等領導者曾預計轉換工作有望在短短一到兩年當中完成。為了明確這一意圖，以太坊的核心開發人員們對其工作證明代碼進行了重新編寫，旨在將採礦難度以指數級水平快速提升。這項舉措被稱為「難度炸彈」，其於2016年年底投入使用並減緩了新交易區塊的建立速度，並預計在接下來的幾年中以太坊採礦進度將徹底停滯。

然而，這種定時炸彈式的功能更像是附帶「再睡一會兒」功能的鬧鐘。2017年10月，當採礦時長已經遞增至近30秒時，以太坊團隊重置了該時鐘，從而將工作證明的生命又延續了大約12個月。看來，他們還有時間再眯上一陣。

當然，以太坊團隊並沒有真的在睡回籠覺。事實上，Buterin表示，以太坊開發者已經攻克了大部分與權益證明相關的理論難題。然而，將這些理論解決方案轉化為高效軟體的具體過程卻始終相當緩慢。

2019年之所以充滿希望，是因為這位以太坊項目領導者在2018年6月採取了一項相當激進的新計劃。在此之前，他們曾預計將權益證明構引入現有以太坊區塊鏈。但去年6月，他們決定來一次徹底更新——從零開始建立新的區塊鏈網路，且僅通過權益證明機制保持運營。

這套被稱為以太坊2.0的雙鏈解決方案給以太坊程序員們帶來了巨大的挑戰——因為要繼續保留原始鏈，則意味著其需要將權益證明機制編寫為一套複雜的智能合約。Hauner正在領導一項名為Lighthouse的開發工作，旨在建立起以太坊2.0軟體客戶端。他承認，以太坊的智能合約語言在編寫複雜代碼方面的表現相當差勁。「我們只能在一個非常有限的計算環境當中編寫智能合約，而且無法實現任何複雜的功能。」

在決定轉向以太坊2.0的幾個月之後，權益證明規範已經基本構建完成，目前有六個以上的團隊正在利用各種編程語言進行軟體實施工作。Sigma Prime公司的Hauner團隊正在利用Rust開發其以太坊2.0客戶端。他預計這款應用程序及其它擴展應用將在2019年年初進行權益證明的beta測試網路「testnets」上試運行。

Buterin表示，公開testnets有望在2019年年底之前承載起另一套擁有多個分支的乙太網2.0創新鏈，旨在提高交易吞吐量。但他同時警告稱，潛在的「未知數」有可能阻礙這項時間規劃的順利實現。

作為一套價值數十億美元的網路，以太坊一旦推出不合理或者不夠安全的技術方案，那麼經濟損失將在所難免。為了確保以太坊能夠在權益證明鏈上正常起效，以太幣的持有者們必須在初始以太坊鏈上存入一份智能合約——該合約將以不可逆轉的方式將乙太網轉移至新鏈。很明顯，任何失誤都有可能危及使用以太坊智能合約的開發人員，甚至是整個項目生態系統。

然而，如果這項工作拖得太久，以太坊同樣會面臨重大損失。卡爾達諾、Dfinity、Eosio以及Manian的Cosmos等一系列擁有雄厚資本支持的項目正在孵化自己的、以權益證明為基礎的區塊鏈方案。而且與以太坊一樣，他們都希望努力證明高安全性與高效率並不衝突。

第一個真正釋放區塊鏈應用潛力的方案很可能成為未來的標準計算平台，而其它項目則恐怕會徹底消失。Manian指出，「這種環境天然具有極強的掠奪性，最終只會有一個平台倖存下來。」

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