光子芯片能“拯救”比特币吗？

众所周知，加密货币非常耗能，尤其是基于工作量证明的区块链（比特币）。 问题在于比特币的价格难以覆盖能源消耗成本，使得挖矿集中在某些国家和地区，这将使得监管机构更容易干预比特币区块链。

因此，一些研究人员表示，加密货币的“出路”在于一种更节能的计算方式。 是对的吗？

光子芯片（Photonic Chips）是 arXiv 中包含的一项新兴技术。 麻省理工学院今年报道了新型“光子”芯片，它使用光而不是电，并且在此过程中消耗的功率相对较少。 该芯片在处理大规模神经网络方面的效率是当今经典计算机的数百万倍。

当比特币泡沫在 2017 年底破灭时，加密货币的价格在短短几天内从 17,000 美元跌至不到 7,000 美元。 加密货币热潮戛然而止的消息铺天盖地。

但随着比特币价值的下跌，奇怪的事情发生了。 比特币挖矿速度急剧上升。 是什么原因？ 尽管比特币的价值下降了，但它的挖矿仍然非常有利可图。 换句话说，挖矿成本——硬件价格加上运行它的能源价格——仍然低于它生产的加密货币的价值。

矿业繁荣持续了将近一年。 然后在 2018 年 11 月，比特币的价值再次大幅下跌，从 6500 美元左右跌至不到 3500 美元。

这毁掉了许多矿工的工作。 瞬间，比特币的价值已经不足以支付挖矿成本，许多矿场被迫关闭。 在加密货币的历史上，挖矿哈希率首次大幅下降，从 60EH/s 的哈希率下降到 35EH/s。

当然，影响是巨大的。 在此之前，挖矿节点分布在世界各地，单个国家或地区不可能对比特币区块链施加不当影响。 目前，只有在能源便宜到可以盈利的情况下，采矿才有可能——主要是在中国西部。 中国正在加强对加密货币的审查，关闭交易所并禁止各种活动。

这对比特币的生存构成了威胁。 从那以后，加密货币专家一直在努力寻找解决方案。

根本问题在于比特币的挖矿——碰撞哈希的计算成本是昂贵的，这是在区块链设计之初就固定下来的，以确保链上安全。 但挖矿计算是能源密集型的，随着越来越多的人加入挖矿，能源消耗急剧增加。

据测算，目前比特币挖矿每年耗电量超过75太瓦时（一级仓注：太瓦时为TWH，1太瓦时等于10亿度电），超过了整个用电量奥地利。 这是不可持续的。 比特币挖矿要生存，迫切需要一种新的挖矿方式。

非营利组织 PoWx 的 Michael Dubrovsky、纽约哥伦比亚大学的 Marshall Ball 和法国巴黎萨克莱大学的 Bogdan Penkovsk 提出了一种“保护”比特币的新方法，这种方法计算成本高，但能效更高。 . 他们说，至关重要的是，它还与当前的加密系统兼容，因此它应该出现在比特币的未来迭代中。

他们不使用传统计算机来碰撞哈希，而是建议使用光学计算机。 他们认为，光计算机显着降低了对能源的依赖，将从根本上解决比特币挖矿的能源瓶颈。 他们是对的吗？

比特币区块链是一种去中心化的账本，记录了与该货币相关的所有交易。 这确保没有一个实体控制货币。 关键是，分类账必须是安全的，这样每个人都可以信任它的内容。 这种安全性是通过定期加密分类帐来实现的，这样分类帐的内容就无法更改。

但是，加密过程必须具有特殊属性。 账本的加密过程一定很复杂，但是一旦加密，一定很容易查。 事实证明，有一类称为陷门函数的数学对象恰好具有此属性。 事实上，它们已经被广泛用于加密从个人信息到信用卡交易的所有内容。

小科普： 单向暗门函数包含两个明显的特点：一是单向的，二是暗门的存在。 所谓单向性，也称为不可逆性，即对于一个函数y=f(x)，已知x就容易计算y，但是x=f就容易计算^(-1 ) (y) 如果知道 y 是非常困难的。 单向函数之所以得名，是因为它们只能在一个方向上求值。 所谓活板门比特币挖矿专用芯片，又称后门。 对于单向函数，如果存在z使得z已知，则x=f^(-1)(y)可以很容易计算出来，但是x=f^(-1)(y)在不知道z的情况下是无法计算的，则函数y=f(x)称为单向陷门函数，z称为陷门。 （百度百科）

这种形式的加密在计算上是昂贵的——它需要运行成本高昂的强大计算机。 因此，比特币的成功还有另一个关键特征。 执行加密过程的任何人（即参与工作证明挖矿的矿工）都会获得新的比特币奖励。

这就是为什么这个过程被称为“挖矿”。 随着比特币价值的增加，挖矿的普及程度也在增加。 但是计算是能源密集型的。 因此，矿工们一直在寻找各种降低成本的方法：其中一项发展是引入专用集成电路——ASIC 芯片——专门针对比特币挖矿进行了优化。 另一个是寻找廉价能源。

Dubrovksy 和他的同事在上面提到的光计算将在某种程度上打破僵局。 灵感来自于近年来飞速发展的光子芯片，其计算效率远高于硅芯片。 他们说：

“与电子处理器相比，这项技术有望在能源效率方面提供 2-3 个数量级的优化。”

为此，该团队想出了一种名为 HeavyHash 的改进加密协议，该协议针对光子芯片进行了优化。 这意味着只有使用光子处理器进行数字运算才能获得最佳结果，从而将采矿过程转变为“光学工作量证明”。

这种“光学工作证明”鼓励使用光子芯片，大大降低了比特币的原始能源成本。 研究人员说：

“光学工作量证明的实施将有助于加速节能光子协处理器的开发。”

当能源成本不再是主要考虑因素时，硬件成本将主导计算。 这将确保矿工可以在全世界获利，而不仅仅是在能源便宜的地区。

至少，理论上是可能的。 问题在于光子芯片的功率效率尚未确定。 例如，光开关通过改变折射率来工作，而这目前是通过小型加热器完成的。 硅光子电路的变化也很小，必须用微型加热器进行补偿。

但是这些加热器以不可预测的方式大大增加了芯片的功率预算。 事实上，Dubrovksy 和他的同事还没有明确地衡量可能（或可能不会）随着比特币扩容而实现的能源节约，因此很难评估他们所谓的“光学工作量证明”的有效性。

研究人员也没有说明“光学工作量证明”将如何解决与地区电费差异相关的问题。 未来比特币挖矿专用芯片，所有矿工的硬件成本将与现在相同。 因此，从长远来看，实现利润最大化的最佳方式仍然是寻找廉价能源。

这与比特币目前面临的问题没有什么不同。 这就是为什么很难不得出这样的结论，即这种形式的节能计算只是推迟了不可避免的事情。

精彩过往

商务合作