Учёные из IBM Research утверждают, что алгоритм Proof-of-Work можно сделать более эффективным

Proof-of-work (PoW) — механизм консенсуса, обеспечивающий функционирование биткойна и других криптовалют, — считается весьма энергозатратной технологией. Действительно, общепринятый аргумент заключается в том, что сеть специализированных сверхмощных компьютеров, участвующих в поиске решения какой-либо произвольной математической задачи, может использовать количество электроэнергии, которого будет достаточно для обеспечения небольшой страны.
Тем не менее, ученые из IBM Research, научно-исследовательского подразделения ведущего технологического гиганта, утверждают, что нашли способ изменить архитектуру блокчейна, включая PoW, что позволит оптимально сочетать такие характеристики, как энергоэффективность, масштабируемость и безопасность.

Новый метод основан на использовании интернета вещей (IoT) и применении PoW в «совершенно ином сценарии».
Проблема, с которой столкнулись учёные, заключается в том, что, в отличие от специализированного оборудования для майнинга (ASIC и видеокарты), устройства IoT широко варьируются по своей вычислительной мощности и энергоресурсам. В конце концов, IoT — это категория устройств, которая включает в себя все: от карманных датчиков температуры до автомобилей, подключённых к интернету.
Таким образом, все или некоторые из устройств в сети IoT, возможно, не смогут решить сложные задачи, предусмотренные PoW. Отсюда стремление сделать PoW более энергоэффективным:

«Эффективность в IoT может быть определена как оптимальное использование аппаратных ресурсов и энергии…»

Предлагаемое решение основано на идее, что не все узлы сети должны быть задействованы в майнинге.
Работая над тестовой сетью, исследователи IBM разделили узлы на небольшие группы по 250-1000 ед., а затем позволили алгоритму решать, какая доля каждой группы должна осуществлять майнинг в зависимости от количества энергии, используемого каждым узлом, и требуемого уровня безопасности. Такой способ, по их словам, позволяет получить оптимальные результаты с точки зрения экономии энергии, поддерживая при этом приемлемый уровень безопасности.

Доктор Эмануэле Рагноли, глава технического отдела IBM Research — Ирландия, в интервью CoinDesk сказал:

«На данный момент мы рассматриваем блокчейн как полностью линейную p2p-систему, в которой все узлы должны выполнять одну и ту же работу, конкурируя друг с другом за получение вознаграждения. Но в такой модели нет необходимости».

Рагноли сообщил, что он хочет создать «многоуровневую экосистему», в которой узлы могут решать разные задачи. Умные алгоритмы будут объединять узлы в кластеры в соответствии с их возможностями и возлагать на них соответствующие функции.

«Некоторые из узлов выполняют полный PoW, как у биткойна, — сказал Рагноли. – Осуществляется анализ блокчейна, в результате которого определяется, может ли устройство выполнять такую работу, затем его помещают в кластер других устройств с соответствующими функциями».

Затем «подблокчейны», поддерживаемые этими группами узлов, соединяются с помощью технологий совместимости Cosmos и Polkadot. Команда IBM Research назвала свой проект «гибридом IoT и блокчейна».

Экономика

Исследовательская работа IBM является частью более широкого изыскания для создания будущей экономической модели коммуникации «машина-машина», в которой у устройств будут свои кошельки и они смогут торговать друг с другом.
Но Рагноли реалистично оценивает масштаб задачи IoT для блокчейнов, заявляя, что в этой области предстоит решить ещё множество других задач. Пытаясь решить лишь небольшую часть этих проблем, его команда изучила, как экосистема «машина-машина» может работать в промышленных условиях, соединив передовые производственные процессы между несколькими фабриками в Нидерландах.

«В настоящее время в промышленности есть много разных фабрик, которые сотрудничают друг с другом, чтобы создать единый продукт, — сказал Рагноли.- Таким образом, есть датчики, машины, даже алгоритмы и аналитики, работающие на разных фабриках и на одном заводе, и им всем необходимо взаимодействовать друг с другом».
Соединив эти заводские устройства вместе с помощью гибридной модели, IBM обнаружила, что размещение узлов в кластерах примерно по 250 ед., причём 7% этих подблокчейнов выполняли PoW, достигли наилучшего результата с точки зрения масштабирования, не жертвуя при этом с трудом завоеванным уровнем безопасности, связанным с PoW.
«Мы принимаем общие алгоритмы консенсуса, такие как PoW, технологии совместимости (Cosmos и др.), и мы меняем способы их объединения. То, как мы их проектируем, похоже на небольшие блоки Lego, управляемые искуссивенным интеллектом (ИИ)», — сказал Рагноли.

ИИ и блокчейн

Проект IBM Research примечателен тем, что детерминированные требования блокчейнов могут быть объединены с черным ящиком ИИ, позволяя алгоритмам машинного обучения изменять архитектуру блокчейна для адаптации к ограничениям мощности или задержки без ущерба для безопасности.

Таким образом, это откроет дверь в совершенно новое пространство дизайна.
«Почему бы не дополнить блокчейн аналитикой и алгоритмами ИИ, которые могут сформировать блок-цепочку таким образом, чтобы это помогло преодолеть некоторые ограничения, которые существуют сейчас?» — сказал Рагноли.

Вот как это работает в случае IoT: ИИ получает в качестве входных данных IoT-устройства, которые находятся в системе, и доступные ресурсы этих устройств. Он также оценивает общие требования безопасности системы и решает, какие устройства (и их количество) осуществляют добычу, сложность PoW, скорость генерации блока, размер блока и пытается установить баланс между требуемой безопасностью и масштабируемостью.

Таким образом, устройства IoT могут выполнять свои задачи, связанные с приложениями, такие, например, как обработка данных, и одновременно продолжать осуществлять майнинг.
Как эта работа может повлиять на мир криптовалют? Заявить, что PoW просто нужно лучше организовать, — это равносильно тому, что сказать «свободный рынок может быть более эффективным».
Рагноли сказал, что новый метод даёт возможность изменять способ работы торговых систем с различными валютами, добавив, что это «действительно очень интересное направление для изучения».