تعدين عملة البيتكوين ومشكلة استهلاك الطاقة

تعدين عملة البيتكوين

في الآونة الأخيرة، ذاع صيت العملات الرقمية :«البيتكوين-Bitcoin» ،«إيثريوم-Ethereum»،«لايت كوين-Litecoin» وغيرهم. بل تخطت قيمة البيتكوين حاجز ال 9000 دولار في التداولات السوقية للعملة. إن الحديث عن العملات الرقمية مستفاض ولا يكفي مقال واحد لشرحها ولكننا سنخصص مقالنا هذا للحديث عن كيفية تعدين عملة البتكوين وبالتحديد عن كمية الكهرباء اللازمة لتعدين عملة البيتكوين. تُعرف عملة البيتكوين بأنها شكل رقمي من النقود، ولكن على عكس العملات الورقية التي اعتدت عليها، لا يوجد بنك مركزي يسيطر عليها. بدلاً من ذلك، يتم تشغيل النظام المالي في بيتكوين بواسطة آلاف أجهزة الكمبيوتر الموزعة في جميع أنحاء العالم. يمكن لأي شخص المشاركة في التعدين عن طريق تحميل برنامج مفتوح المصدر.

مصطلحات هامة

قبل الاسترسال في شرح كيفية تعدين عملة البيتكوين وأثر ذلك على استهلاك الكهرباء، سنستعرض بعض المصطلحات الهامة المتعلقة بعملة البتكوين:

• «سلسلة الكتل-blockchains» أو البلوكشين: يعرف البلوكشين بأنه عبارة عن سجل إلحاقي: بمعنى أنه يمكن فقط إضافة البيانات إليه والاحتفاظ بسجلات كل معاملة فيه. بمجرد إضافة المعلومات، يكون من الصعب للغاية تعديلها أو حذفها. يفرض البلوكشين هذا عن طريق تضمين مؤشر إلى الكتلة السابقة في كل كتلة لاحقة. ولتقريب المفهوم أكثر لنفرض أن شخصًا ما أرسل عملة بيتكوين، تدعى هذه العملية ب «المعاملة-transaction». في العملات التقليدية يتم توثيق المعاملات التي تتم داخل المتجر أو عبر الإنترنت بواسطة البنوك وأنظمة نقاط البيع والإيصالات الفعلية.  بالمثل يحقق معدنو عملة البيتكوين نفس التأثير بدون هذه المؤسسات من خلال تجميع المعاملات معًا في “كتل” وإضافتها إلى سجل عام يسمى “سلسلة الكتل”. ثم يحتفظ العقد بسجلات لتلك الكتل حتى يمكن التحقق منها في المستقبل.

• «التجزئة-Hash» أو الهاش: هي دالة تحول الأحرف والأرقام المدخلة إليها إلى شفرة محددة بطول ثابت. يتم إنشاء الهاش باستخدام خوارزميات معينة وهو ضروري لإدارة عملية البلوكشين.  يكون كل هاش فريد من نوعه، ويؤدي تغيير حرف واحد فقط في كتلة بيتكوين إلى تغيير تسلسل الهاش تمامًا.

كيفية تعدين عملة البيتكوين

لكي يحصل معدنو البيتكوين بالفعل على بيتكوين، يجب أن يحدث شيئان. أولاً، يجب عليهم تأكيد كل معاملة والتأكد من شرعية كل واحدة منها. قد تكون المعاملات نظريًا صغيرة مثل معاملة واحدة بقيمة 1 ميغا بايت، ولكن غالبًا ما تكون عدة آلالاف منها، اعتمادًا على كمية البيانات التي تخزنها كل معاملة. هذا هو الجزء السهل.

ثانيًا، من أجل إضافة كتلة من المعاملات إلى البلوكشين، يجب على المُعدنيين حل مسائل حسابية معقدة في الرياضيات، تسمى أيضًا “إثبات العمل”. ما يفعلونه في الواقع هو محاولة التوصل إلى عدد سداسي عشري مكون من 64 رقمًا أو خانة، يسمى “التجزئة” أو الهاش كما ذكرنا سابقًا، وهو أقل من أو يساوي الهاش المستهدف. اعتمادًا على قوة وحدة المعالجة المركزية في الحاسوب المستخدم للتعدين ، يمكن أن يولد الحاسوب المستخدم تجزئات بمعدل ميجا هاش في الثانية (مليون هاش أو تجزئة بمعنى آخر) ، أو جيجا هاش في الثانية ، أو حتى تيرا هاش في الثانية في الثانية ، وذلك من أجل  تخمين الشفرة المكونة من 64 رقم سداسي عشري (النظام السداسي عشري يستخدم بكثرة في علم الحاسوب خلافًا لنظام العد العشري الذي نستخدمه في الحياة اليومية فمثلا العدد 15 في النظام العشري يقابله حرف F  في النظام السداسي عشري) .الأمر أشبه بالمقامرة فمستوى الصعوبة لتخمين الشفرة عالي جدًا بحيث يستعصي على الحواسيب العادية حلها. يمكن تشبيه ذلك بأن تقوم بشراء تذكرة يانصيب 44500 مرة لكي تفوز بالجائزة.

هل لا زال فهم عمليات التخمين يُستعصى عليك؟

إن كانت الإجابة ب “نعم” فإليك تشبيهًا مفيدًا سيساعدك في تخيل صعوبة حل الشفرات أثناء عملية تعدين عملة البيتكوين: افترض أن لديك ثلاثة أصدقاء وأردت أن تجري مسابقة تخمين رقم معهم، وأخبرهم أنك تفكر في رقم يقع بين 1 و100، قم بكتابة هذا الرقم على قطعة من الورق وأغلقه في مظروف. لا يتعين على أصدقائك تخمين الرقم بصورة دقيقة، بل أخبرهم أن الفائز بالتخمين هو أول شخص يخمن أي رقم أقل أو يساوي الرقم الذي قمت بكتابته على الورقة ولا يوجد أي حد لعدد التخمينات التي يقومون بها. على سبيل المثال، دعنا نقول إنك اخترت الرقم 19 وقمت بكتابته على الورقة. إذا خمن صديقك الأول الرقم 21، فسيخسر لأن 21 أكبر من 19. وإذا خمن صديقك الثاني الرقم 16 واختار صديقك الثالث الرقم 12، فقد توصلوا نظريًا إلى إجابات قابلة للتطبيق، لأن كلا العددين المختارين أقل من 19. تخيل الآن أنك تطرح سؤالًا ” ما هو الرقم الذي أفكر فيه “، لكنك لا تسأل ثلاثة أصدقاء فقط، ولا تفكر في رقم يتراوح بين 1 و100. بل تسأل ملايين من الأشخاص الذين يعملون في تعدين العملات المحتملين والعدد الذي تفكر به مكتوب بالنظام السداسي عشري ومكون من 64 رقمًا. الآن ستعلم أنه سيكون من الصعب للغاية تخمين الإجابة الصحيحة.  لا يقتصر الأمر على المُعدنيين للتوصل إلى التجزئة الصحيحة، ولكن يجب عليهم أيضًا أن يكونوا أول من يفعل ذلك.

نظرًا لأن تعدين البيتكوين هو في الأساس عملية تخمين، فإن الوصول إلى الإجابة الصحيحة قبل شخص آخر هو أمر يتعلق بسرعة معالجة البيانات لجهاز الحاسوب الخاص بك. قبل عقد واحد فقط، كان يمكن إجراء تعدين البيتكوين بشكل تنافسي على أجهزة الكمبيوتر المكتبية العادية. مع مرور الوقت، أدرك المُعدنون أن كروت الرسومات المستخدمة بشكل شائع لألعاب الفيديو يمكن استخدامها لجعل عملية التعدين أكثر فعاليةً لذا بدأوا في استخدام هذه الكروت بكثرة. وفي عام 2013، بدأ مُعدنو البيتكوين في استخدام أجهزة حاسوبية مصممة خصيصًا لتعدين العملة المشفرة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، تسمى بالدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) وتتراوح أسعار هذه الأجهزة من عدة مئات من الدولارات إلى عشرات الآلاف ولكن كفاءتها في تعدين البيتكوين متفوقة. اليوم، تُعد عملية تعدين البيتكوين تنافسيةً للغاية بحيث لا يمكن القيام بها بشكل مربح إلا مع أحدث أجهزة ال ASICs. عند استخدام أجهزة حاسوب مكتبية أو وحدات معالجة الرسومات أو الإصدارات القديمة من ASICs، فإن تكلفة استهلاك الطاقة تتجاوز في الواقع الإيرادات المتولدة. حتى مع وجود أحدث وحدة معالجة بيانات، فنادرًا ما يكفي جهاز حاسوب واحد للتنافس مع ما يسميه عمال التعدين ب “برك التعدين” لذا يلجأ البعض للتعاون مع بعض وربط عدو أجهزة حاسوبية إما بشكل واقعي أو افتراضي وذلك لمضاعفة قوة وحدة معالجة البيانات.

أنظمة تبريد للحواسيب التي تعمل في مجال تعدين عملة البيتكوين

استهلاك الطاقة العالية

يقدر استهلاك الكهرباء في العالم أثناء تعدين البيتكوين حوالي سبعة جيجاوات من الكهرباء، أي ما يعادل 0.21 ٪ من الإمداد العالمي هذه هي الطاقة التي ستولدها سبع محطات للطاقة النووية في وقت واحد. ومن ناحية أخرى، يعادل استهلاك تعدين البيتكوين للطاقة تقريبًا نفس استهلاك سويسرا على مدار عام كامل. في شهر يونيو عام 2017، أنتج معدنوعملة البيتكوين حوالي 5 كوينتيليون شفرة تجزئة مكونة من 256 خانة ثنائية كل ثانية – 5 كوينتيليون تساوي 5 مع 18 أصفار بعدها-. لا يوجد كيان يتتبع مقدار القوة اللازمة للحفاظ على هذا المستوى من الحسوسبة. لكن تقديرات الباحثين المستقلين تشير إلى أنها تبلغ حوالي 500 ميغاواط -وهو ما يكفي لتزويد حوالي 325000 منزل بالطاقة.

ملحوظة: ذكرنا سابقًا أن شفرة الهاش مكونة من 64 رقمًا من النظام السادس عشري ثم ذكرنا لاحقًا أن المُعدّنيين أنتجوا في شهر يونيو عام 2017 شفرة بطول 256 خانة ثنائية، في الواقع يمكن التعبير عن أي رقم في النظام السادس عشري بشفرات ثنائية ذات 4 خانات في النظام الثنائي لذا عدد مكون من 64 خانة في النظام السادس عشري يماثل عدد مكون 256 خانة في النظام الثنائي، فمثلًا F في النظام السادس عشري هي 1111 في النظام الثنائي وهي أيضًا 15 في النظام العشري.

المصادر

investopedia

Spectrum IEEE

BBC

investopedia1

cointelegraph