以太坊基金會:ETH將在未來幾個月轉向PoS,能源消耗至少減少99.95%

註:原文由Carl Beekhuizen發表在以太坊基金會官網。

長話短說:以太坊在合併完成後的能源消耗至少能減少99.95%。

以太坊將在接下里的幾個月完成向權益證明(PoS)共識機制的過渡,這帶來了無數種已被理論化的改進。但既然信標鏈( Beacon chain)已經運行了幾個月的時間,我們實際上就可以深入研究具體的數字了。我們很高興探索的一個領域涉及新的能源使用估算,因為我們將結束在共識上花費一個國家所耗能源價值的過程。

截至目前,還沒有任何關於能源消耗(甚至使用什麼硬件)的具體統計數據,因此下面是對以太坊未來能源消耗的粗略估算。

由於很多人都在運行多個驗證器,因此我決定使用可存款的獨立地址的數量,來作為今天有多少台服務器的代理數。很多質押者可以使用多個ETH 1.0地址,但這在很大程度上抵消了那些冗餘設置。

在撰寫本文時,有來自16405個獨立地址的140592個驗證器。顯然,這是由於交易所和staking質押服務造成的偏差,因此移除它們會導致有87,897個驗證器被假定是在家裡質押的。作為一個健全的檢查,這意味着平均每個家庭質押者運行了5.4個驗證器,這對我來說似乎是一個合理的估計值。

能源要求

以太坊基金會:ETH將在未來幾個月轉向PoS,能源消耗至少減少99.95%

運行一個信標節點(BN)、5.4個驗證器客戶端(VC)以及一個以太坊1.0全節點需要多少能量?以我的個人設置為基礎,大約是15瓦。Joe Clapis(Rocket Pool開發者)最近運行了10個驗證器客戶端(VC),1個Nimbus信標節點(BN)以及1個10Ah USB電池組的Geth全節點,然後運行了10個小時,這意味着這個設置平均為5瓦。而一般的投資人不太可能運行這樣的優化設置,所以我們取100 瓦作為參考數。

將其與之前的87000個驗證器相乘,就意味着家庭質押者的消耗電量約為1.64兆瓦。估計託管質押者所消耗的能源會更多一些,他們運行了成千上萬個具有冗餘和備份的驗證器客戶端。

為了簡化計算,我們還假設他們每5.5個驗證器使用100瓦。基於我所接觸過的基礎設施團隊,這是一個粗略的高估值。真正的答案要少50倍左右(如果你是一個質押託管團隊,並且每個驗證器消耗電量超過5瓦,我相信我可以為你提供幫助)。

因此,總的來說,採用權益證明(PoS)的以太坊網絡會消耗大約2.62兆瓦的電量。這不是一個國家的用電規模,也不是省甚至城市的用電規模,而大約是一個小鎮(約2100個美國家庭)的用電規模。

作為參考,當前工作量證明(PoW)以太坊網絡所消耗的能量相當於一個中等國家的能源,但這實際上是保持PoW鏈安全所必需的。顧名思義,PoW達成共識的基礎是哪個分叉在這方面做的“工作”最多。有兩種方法可以提高“工作”完成率,一是提高挖掘硬件的效率,二是同時使用更多的硬件。為了防止區塊鏈被成功攻擊,礦工必須比攻擊者更快的速度“工作”。由於攻擊者很可能擁有類似的硬件,礦工必須保持大量高效的硬件運行,以防攻擊者挖出它們,所有這些硬件都會消耗大量的能量。

在PoW共識機制下,ETH價格與算力正相關。因此,隨着價格的上漲,在均衡狀態下,網絡消耗的電力也會隨之增加。而在PoS共識機制下,當ETH價格上漲時,網絡的安全性也會提高(ETH的價值更高),但對能源的需求保持不變。

一些比較

據數字經濟學者估計‌,以太坊礦工目前每年要消耗44.49太瓦時的電量,這意味着,根據上述保守估計,PoS的能效提高了約2000倍,這反映了總能源使用量至少減少了99.95%。

如果每筆交易的能耗高於你的速度,則約為35Wh/tx(平均約60K gas/tx)或TV約20分鐘的耗電量。相比之下,以太坊PoW每筆交易使用相當於一棟房子2.8天的能量,比特幣的每筆交易則消耗相當於一棟房子38天的能量。

以太坊基金會:ETH將在未來幾個月轉向PoS,能源消耗至少減少99.95%

展望未來

儘管以太坊目前仍在使用PoW共識機制,但這種情況不會持續太久。在過去的幾周里,我們看到了第一批用於合併的測試網的出現(註:The Merge合併是以太坊從PoW切換到PoS時的名稱)。幾個工程師團隊正在加班加點地工作,以確保合併儘快到來,同時又不影響安全性。

擴容解決方案(例如rollup和分片)將通過利用規模化經濟來幫助進一步減少每次交易消耗的能量。

以太坊網絡超級耗電的日子屈指可數了,我希望這個行業的其他部分也是如此。

感謝Joseph Schweitzer,Danny Ryan,Sacha Yves Saint-Leger,Dankrad Feist和@phil_eth的意見。

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