비트코인 PoW 메커니즘 재고: 정말 에너지를 낭비하고 있는가?

이 글은 이더리움 애호가에 게시되었으며, 원제목은 《견해 | PoW의 효율성》, 저자: Dan Held, 번역: 아젠입니다.

많은 사람들은 비트코인의 작업 증명 메커니즘(PoW)이 "전력을 낭비한다"고 생각합니다. 저는 여러분에게 설명하고 싶습니다: 사실 모든 것은 에너지이며, 화폐도 에너지입니다. 에너지에 대한 평가는 주관적이며, 결국 PoW의 에너지 소비는 기존의 규제 시스템과 어떻게 비교되는지에 대한 것입니다. 이 글은 업계 여러 사람들의 독창적인 생각을 혼합한 것이며 ------ 제가 한 것은 이러한 주장을 모으고, 정제하고, 조합하는 것입니다.

작업량(Work)은 에너지이다

"작업(work)"은 에너지의 단위로 간주되며, 프랑스 수학자 가스파르-귀스타브 드 코리올리스(Gaspard-Gustave de Coriolis)에서 시작해야 합니다: 그는 에너지를 "행해진 작업(work done)"으로 정의했습니다.

오래 전, 경제 활동에서 행해진 작업은 전적으로 인력에서 비롯되었으며, 이러한 에너지는 모두 음식에서 나왔습니다.

약 100만 년 전, 인류는 우연히 불을 사용하는 법을 배웠습니다. 그 결과, 인류가 활용할 수 있는 에너지가 증가했습니다. 우리는 음식을 먹는 것뿐만 아니라, 불을 피워서 따뜻해질 수 있게 되었습니다. 따라서 이러한 추가적인 에너지 소비는 우리의 생활 수준을 향상시켰습니다.

수천 년 전, 우리는 에너지 소비를 더욱 증가시켰습니다. 우리는 가축을 기르기 시작했기 때문입니다. 동물은 인력을 대체할 수 있지만, 이 노동력도 먹이를 필요로 합니다. 우리는 이러한 에너지 수요를 충족시키기 위해 많은 음식을 필요로 했지만, 우리의 생활은 더욱 번영하게 되었습니다.

지난 몇 백 년 동안, 우리는 대형 기계를 발명했습니다. 이러한 기계는 스스로 작업을 수행할 수 있습니다. 처음에는 에너지가 수력과 풍력에서 나왔고, 나중에는 석탄과 천연가스와 같은 더 저렴한 것으로 바뀌었으며, 현재는 원자력(핵융합/핵분열)입니다. 기계든 생물이든, 모두 에너지를 소비하여 작업을 수행합니다.

우리의 경제 생활은 화폐에 기반하지 않고, 작업과 에너지에 기반하고 있습니다. 우리 생활의 모든 것은 에너지 가격과 밀접한 관련이 있습니다. 물을 정화하는 데는 에너지가 필요합니다; 화물을 운송하는 데도 에너지가 필요합니다; 제품을 제조하는 데 에너지가 필요합니다; 요리도 마찬가지입니다; 심지어 냉장고와 냉동고도 에너지가 필요합니다. 자유 시장에서 각 상품의 단위 비용은 해당 상품을 생산하는 데 소모되는 에너지를 반영합니다. 자유 시장은 사람들이 품질이 좋고 가격이 저렴한 상품을 생산하도록 장려하기 때문에, 각 상품의 생산 과정에서 에너지 소비는 최소화됩니다. 화폐는 상품과 서비스 생산에 필요한 작업의 대표이므로, 저장된 에너지로 간주될 수 있습니다.

20세기 전반기, 헨리 포드(Henry Ford)와 토마스 에디슨(Thomas Edison)과 같은 산업 리더들은 "에너지 단위" 또는 "에너지 화폐"(상품 화폐/에너지 화폐)를 금과 달러를 대체하려고 했습니다. 당시 이 개념은 인기가 있었으며, 이는 통계 단위를 정확히 정의할 수 있고, 측정하기 쉽고/위조하기 어렵고, 더 작은 단위로 분할할 수 있으며, 동질성을 갖추고 있기 때문입니다(즉, 각 단위가 다른 단위와 구별되지 않음). 그러나 에너지 화폐도 결함이 있습니다: 이동이 어렵고, 저장이 어렵습니다.

"사람들이 어떤 것을 갈망하게 하려면, 그 물건을 얻기 어렵게 만들면 된다."

------ 마크 트웨인

시간을 빠르게 지나 2008년 10월 31일, 사토시 나카모토는 비트코인 백서를 공개했습니다. 비트코인에서 사용되는 작업 증명(번역자 주: 위의 문맥에 따라 "작업 증명"으로 번역할 수 있음)의 발명 의도는 메일 공격을 방어하기 위한 수단으로서였습니다. 나중에 사토시는 이를 디지털 화폐에 적용했습니다. PoW 채굴은 간단히 말해, 전력을 비트코인으로 전환하기 위해 전문 기계(예: ASIC)를 사용하는 것입니다. 기계는 해시 연산을 반복 수행하여(추측이자 투표), 암호학적 문제를 해결하고 비트코인(블록 보상)을 받습니다. 이 암호학적 문제는 해당 채굴자가 많은 에너지를 소비했음을 증명합니다(형태는 ASIC 및 전력), 즉 채굴자가 작업을 수행했음을 증명합니다. 비트코인은 자본주의와 유사한 투표 메커니즘을 가지고 있으며, "진짜 돈으로 위험을 감수하여 투표권을 얻는다"는 원칙에 따라 에너지를 소비하고 ASIC을 사용해야 해시 값을 생성할 수 있습니다(투표). ------ 후고 응우옌

사토시가 PoW를 설계할 때, 그는 인간의 합의 형성 메커니즘을 근본적으로 변화시켰습니다. 정치적 투표를 정치와 무관한 투표(해시 값)로 전환한 것입니다. 이는 에너지의 전환에 의존합니다. 작업 증명 또한 소비 증명이며, 또는 에너지가 소비되었음을 검증하는 것입니다. 그렇다면 그것의 중요성은 무엇일까요? 이는 디지털 세계에서 물리적 세계의 사물을 검증하는 가장 간단하고 공정한 방법이기 때문입니다. PoW는 물리적 세계와 관련이 있으며, 코드와는 무관합니다. 비트코인은 에너지를 통해 주조된 슈퍼 상품이며, 우주의 기본 상품입니다. PoW는 전력을 디지털 금으로 주조합니다.

비트코인의 장부가 제조하기 어려울 때에만, 그것은/그것이 변조 불가능합니다. 작업 증명은 "매우 비쌉니다", 이는 사실이지만, 이는 특성이며 결점이 아닙니다. 오늘날까지도 "방어"라는 단어는 여전히 그 가치 있는 것을 둘러싸기 위해 두꺼운 물리적 벽을 만드는 것을 의미합니다. 암호학적 화폐의 새로운 세계는 그렇게 직관적이지 않으며, 우리의 돈을 보호할 수 있는 만져볼 수 있는 벽도 없고, 문과 자물쇠도 없습니다. 비트코인의 공개 장부는 집합된 해시 계산 능력, 즉 벽을 만드는 데 소모된 총 에너지를 통해 보호됩니다. 이 설계는 비싸고 투명하며, 이 벽을 허물기 위해서는 동일한 양의 에너지를 지불해야 함을 의미합니다(위조할 수 없는 사치스러운 낭비).

번역자 주: 이렇게 말하는 것은 사실 정확하지 않습니다. PoW의 벽을 허물기 위해서는 동일한 양의 해시 횟수만 필요하며, 반드시 동일한 양의 에너지를 지불할 필요는 없습니다. 기계의 연산 효율성(단위 에너지 투입으로 생성되는 해시 횟수)은 점점 높아질 것입니다.

에너지 소비

암호학적 화폐의 비평가들은 항상 말합니다: 비트코인의 PoW는 쓰레기이며, 몇 년 내(예: 2020) 세계는 비트코인에 의해 파괴될 것입니다! 여러분도 알다시피, "세계 종말"을 주장하는 대부분의 글은 알렉스 드 브리스를 기반으로 한 분석에 기초하고 있습니다. 그는 "금융 경제학자이자 블록체인 전문가"로, 프라이스워터하우스쿠퍼스 네덜란드에서 근무하며, 디기코노미스트 웹사이트의 저자입니다. 그의 예측은 많은 공정한 비판을 받았으며, 요점은 그의 엉망인 에너지 소비 계산 공식에 있습니다. 그가 선택한 주요 지표 "단일 거래의 평균 전력 소비량"은 독자를 의도적으로 오도하는 것입니다. 그 이유는 다음과 같습니다:

• 에너지 소비는 블록 수를 기준으로 하며, 하나의 블록 내에 얼마나 많은 거래가 있는지는 불확실합니다. 더 많은 거래를 패키징한다고 해서 더 많은 에너지를 소비해야 하는 것은 아닙니다.

• 단일 비트코인 거래의 경제 밀도(economic density, 또는 "경제적 가치")는 지속적으로 증가하고 있습니다(배치 거래, 세그윗 기술, 라이트닝 네트워크 등). 비트코인이 결제 네트워크로 점점 더 자리 잡고 있기 때문에, 에너지가 보호하는 경제적 가치의 단위도 기하급수적으로 증가하고 있습니다.

• 단일 거래의 평균 에너지 소비는 비트코인의 PoW 메커니즘의 효율성을 측정하는 데 충분하지 않으며, 경제 역사적 안전성을 기준으로 정의해야 합니다. 에너지 소비는 이미 채굴된 비트코인을 보호하며, 인플레이션율이 감소함에 따라 이 비율은 점점 낮아질 것입니다(번역자 주: 이 "비율"이 무엇을 의미하는지 확실하지 않습니다. 만약 이미 채굴된 비트코인의 수량과 이론적 최대 수량의 비율이라면, 이는 지속적으로 증가할 것입니다). 하나의 비트코인은 "누적"된 모든 블록이 채굴될 때 소모된 에너지를 축적합니다. 연구원 로랑MT는 실증 연구를 통해 비트코인의 PoW가 점점 더 효율적으로 변할 것이라고 증명했습니다. 왜냐하면 증가된 비용이 시스템이 보호하는 총 가치의 더 큰 증가로 상쇄되기 때문입니다.

이제 우리는 에너지 소비의 ROI(투자 수익률)의 올바른 KPI가 무엇인지 알게 되었습니다. 비트코인의 PoW의 에너지 비용의 변동 추세를 살펴보겠습니다.

ASIC 효율성의 증가 폭이 둔화되고 있습니다. 효율성 증가가 느리기 때문에, 우리는 제조업체 간의 경쟁이 더욱 치열해질 것이라고 예상합니다. 왜냐하면 이익이 줄어들기 때문입니다.

UCSD.edu

bloomberg.com

채굴의 총 비용은 ASIC 장비의 초기 획득 비용(자본 지출)에서 지속적인 에너지 지출(운영 비용)으로 전환될 것입니다. 채굴 센터의 물리적 위치는 비트코인 네트워크에 중요하지 않기 때문에(채굴장은 이동할 수 있습니다), 채굴자는 추가 전력을 가장 낮은 한계 비용으로 생산할 수 있는 지역으로 이동할 것입니다. 장기적으로 이는 비트코인 채굴자가 전 세계적으로 전력 가격의 차익 거래를 하게 되어 더 효율적인 세계 에너지 시장을 창출할 가능성이 있습니다. 비트코인의 채굴 비용은 초과 전력의 최소 가치로 변할 것입니다. 이는 재생 가능 에너지(예: 수소 에너지 및 바이오가스)의 문제를 해결할 수 있는 가능성도 있습니다: 전력은 예측 가능하며, 즉시 사용하지 않으면 낭비됩니다. 미래에는 비트코인 채굴이 변동 출력 전력을 가진 재생 가능 에너지를 도울 수 있습니다 ------ 에너지 제조업체는 필요에 따라 채굴기를 켜서 추가 전력을 비트코인으로 전환할 수 있습니다.

알루미늄은 이전에 잉여 재생 가능 에너지를 가진 국가(예: 아이슬란드)가 전력을 "수출"하는 일반적인 수단이었습니다. 알루미늄 광석(bauxite, 즉 알루미늄 광석)을 제련하는 데는 막대한 에너지가 소모되며, 이 전환은 단방향입니다(해시 함수와 비슷하지 않나요?). 알루미늄의 "비정상적인" 에너지 소비에 대한 우려는 40년 이상 지속되어 왔으며, 1979년부터 시작되었습니다(중앙 집중화에 대한 우려도 포함됨). 그러나 이러한 모든 기업은 이 행성에서 저렴한 에너지와 유리한 정책을 끊임없이 찾고 있습니다. 알루미늄 제조업은 수십 년 동안 발전해 왔기 때문에, 킬로그램당 알루미늄 소비 전력도 지속적으로 감소하고 있습니다.

energy.gov

"이 글로벌 에너지 네트워크는 유휴 자산을 해방시키고 새로운 자산을 창출합니다. 에너지 가격이 낮은 곳은 낮고, 에너지 가격이 비싼 곳은 높아지는 3D 인쇄 세계 지도를 상상해 보세요. 제 생각에 비트코인 채굴은 이 지도 표면에 물 한 잔을 쏟는 것과 같으며, 물은 저지대와 틈새를 따라 흐르며 모든 곳에서 수평을 이룹니다."

------ 닉 카터

비트코인은 모든 전력의 마지막 구매자가 되어, 사람들이 활용되지 않은 에너지를 개발하도록 유도하는 플랫폼을 창출합니다; 이러한 에너지는 비트코인이 없으면 개발되지 않을 것입니다.

"언제 작업 증명에 사용되는 에너지가 더 이상 증가하지 않을까요? 정확히 말하자면, 충분한 에너지 제조업체가 직접 작업 증명을 생산하기 시작할 때입니다. 이때 작업 증명을 운영하는 매 전력의 한계 수익 = 전력망에 매 전력을 판매할 때의 한계 수익이 될 때입니다 ------ 즉, 작업 증명의 '프리미엄'이 0으로 떨어질 때입니다. 저는 이 균형점을 '사토시' 점이라고 부릅니다. 제가 추정하기로는, 작업 증명의 전력 소비가 전 세계의 1~10%를 차지할 때 이 균형점이 도달할 것입니다."

------ 드루브 반살

일부 사람들은 비트코인 채굴이 "유용한 일을 하지 않는다"고 불평합니다, 예를 들어 소수를 찾는 것과 같은. 작업을 수행하는 사람에게 부차적인 보상 프로젝트를 추가하는 것은 좋은 아이디어처럼 들리지만, 이는 보안 위험을 초래합니다. 보상을 분할하면 "부차적인 기능을 위해 작업하는 것이 주요 기능을 위해 작업하는 것보다 더 큰 가치를 얻는" 상황을 초래할 수 있습니다(Dergigi). 부차적인 기능이 무해하더라도(예: 열 발생), 매 X회 해시 연산을 통해 100달러를 얻는 것 외에도 추가로 5달러를 얻을 수 있다면(열을 제공했기 때문에), 이 "채굴 난로"는 하드웨어 효율성을 높일 뿐이며, 블록 생성 난이도를 높이고 단위 블록당 소모되는 에너지를 증가시킵니다. 다행히도 비트코인은 이러한 문제에 직면하지 않을 것입니다. 왜냐하면 그 보안성은 순수한 작업 증명 알고리즘에 의해 보호되기 때문입니다.

주의: 비트코인은 이미 이 사회에 매우 유용한 것을 제공하고 있으며(그렇지 않았다면 채굴로 돈을 벌 수 없었을 것입니다), 채굴자가 완전히 이타적인 마음으로 채굴해야 한다고 요구하는 것은 비현실적입니다.

상대 비용

무엇을 하든 에너지를 소비해야 합니다(열역학 제1법칙). 에너지의 어떤 용도가 더 많거나 적게 낭비된다고 주장하는 것은 전적으로 자만입니다. 모든 사용자는 전력을 사용하기 위해 동일한 가격을 지불해야 합니다.

"사람들이 전기 요금을 지불할 가치가 있는 용도를 발견하기만 하면, 전력은 낭비되지 않습니다. 전력을 지불한 사람들은 비트코인을 보상으로 받습니다." ------ 사이프리딘 아무스

열역학적으로 볼 때, 전체 우주는 궁극적인 폐쇄 시스템입니다. 비트코인이 초래하는 추가 전력 소비는 기존의 법정 화폐 시스템이 소비하는 것보다 훨씬 적습니다; 법정 화폐 시스템은 은행 인프라뿐만 아니라 폭력과 정치 기계도 필요합니다. 금융 시스템의 뼈대를 보호하기 위해 전력을 사용하는 것은 "제로섬"의 결과입니다. 아래에서 저는 기존의 금융, 군대 및 정치 시스템을 대략적으로 비교했습니다(주석은 글의 하단에 있습니다).

차트의 영감은 @hassmccook과 그의 원본 글 "비트코인 채굴의 경제적 및 환경적 비용"에서 얻었습니다.

I형 문명

저렴한 에너지를 추구하는 과정에서 우리는 세계에 더 큰 풍요를 창출할 것입니다. 비트코인은 이러한 새로운, 완전히 다른 에너지를 활용하여 우리를 Kardeshev I형 경제 단계로 이끌 뿐만 아니라, Kardeshev I형 에너지 문명에 더 가까이 다가가게 할 수 있습니다(우리는 이미 약 0.72의 Kardeshev 지수를 달성했습니다)(번역자 주: Kardeshev는 문명이 이용할 수 있는 에너지 양으로 그 발전 정도를 평가하는 전 소련의 천문학자입니다. I형 문명은 고향 행성의 모든 가용 에너지를 이용할 수 있습니다). 비트코인 채굴을 인센티브로 삼아, I형 문명에 도달하는 데 필요한 시간이 200년에서 수십 년으로 단축될 수 있습니다. 그리고 I단계에 도달하면 에너지 소비 증가를 제약할 필요가 없으며, 모든 사람이 더 높은 생활 수준을 누릴 수 있습니다.

저렴한 전력을 찾는 압박은 사람들이 핵융합 반응로를 건설하도록 촉진할 것입니다. 자연은 우리에게 방향을 제시하며, 행성은 별의 핵융합을 에너지원으로 삼고 있습니다. 인류는 자연을 모방하기 위해 핵융합 반응로를 건설하는 길을 걷고 있으며, 이를 위해 수십 년과 800억 달러의 연구 비용이 필요할 것으로 예상됩니다. 핵융합의 연료(주로 중수소)는 바다에서 쉽게 구할 수 있으며, 지구의 에너지 수요를 수백만 년 동안 충족할 수 있습니다. 핵융합은 재생 가능 에너지의 많은 특징을 가지고 있으며, 장기적인 에너지 공급원으로 사용될 수 있고, 온실가스 및 대기 오염을 초래하지 않습니다. 핵융합은 매우 높은 발전 밀도와 지속적인 전력 전송을 제공할 수 있습니다. 반면, 핵융합의 생산 비용은 규모의 비경제성에 의해 제한되지 않습니다. 수력 및 풍력은 최적의 위치에서 개발되기 때문에 점차 덜 이상적인 환경으로 배치해야 합니다. 그러나 대량으로 핵융합 발전소를 제조하더라도 생산 비용은 크게 증가하지 않습니다. 왜냐하면 원자재(바닷물)는 매우 풍부하고 어디에나 있기 때문입니다.

"물, 물, 전부 물인데, 마실 수 있는 물은 없다."

------ 사무엘 테일러 콜리지

핵 에너지와 기타 저렴한 에너지는 깨끗한 물 부족과 같은 많은 인도적 문제를 해결할 수 있습니다. 우리 주변에는 바닷물이 있지만, 바닷물을 담수화하는 데는 막대한 에너지가 필요합니다. 현재 바닷물 담수화 비용은 담수, 지하수, 물 순환 및 절수 기술을 사용하는 것보다 높습니다.

인류는 탐험을 멈추지 않을 것입니다. 높은 산에서 바다 깊이까지, 원자에서 시공간까지; 성장하기 위해 에너지에 얽매이지 말아야 합니다. 우리는 별을 따고 달을 잡아야 합니다.

연간 1.38조 달러의 결제액을 정산할 수 있는 시스템이 우리 모두에게 더 저렴한 에너지를 제공할 수 있다면, 채굴에 45억 달러를 쓰는 것이 가치가 없겠습니까? 저는 그 대답이 확실히 그렇다고 생각합니다.