Uthibitishaji wa Kufanya Kazi Kwa Mwanga: Mbadala Unaotegemea CAPEX Badala ya Uchimbaji wa Sarafu za Dijiti Unaoitumia Nishati Nyingi

Yaliyomo

1. Utangulizi

Uthibitishaji wa Kufanya Kazi Kwa Mwanga (oPoW) inawakilisha mabadiliko makubwa katika usanifu wa uchimbaji wa sarafu za dijiti. Mifumo ya kawaida ya Uthibitishaji wa Kufanya Kazi yenye msingi SHA256, ingawa imefanikiwa katia kulinda mitandao kama Bitcoin, imeleta changamoto kubwa za kimazingira na uwezo wa kukua. Ufahamu wa msingi nyuma ya oPoW ni kwamba ingawa PoW inahitaji gharama ya kiuchumi, gharama hii si lazima iwe hasa inayotegemea umeme.

Mfumo wa sasa wa uchimbaji wa Bitcoin hutumia takriban terawatt-saa 150 kwa mwaka—zaidi ya nchi nyingi za ukubwa wa kati. Mbinu hii inayotumia nishati nyingi imesababisha uchimbaji kujikita katika maeneo yenye umeme wa bei nafuu, na kuunda hatari za kimfumo na sehemu moja za kushindwa. oPoW inashughulikia masuala haya kwa kubadilisha mzigo wa kiuchumi kutoka kwa gharama za uendeshaji (OPEX) hadi gharama za mtaji (CAPEX) kupitia vifaa maalum vya fotoniki vya silikoni.

2. Mfumo wa Kiufundi

2.1 Algoriti ya Uthibitishaji wa Kufanya Kazi Kwa Mwanga

Algoriti ya oPoW inadumisha utangamano na mifumo iliyopo yenye msingi wa Hashcash huku ikiboresha usindikaji wa fotoniki. Uvumbuzi mkuu upo katika kurekebisha mchakato wa uchimbaji ili kutumia faida za asili za usindikaji wa fotoniki, haswa katika usindikaji sambamba na ufanisi wa nishati.

Tofauti na vichimbaji vya kawaida vya ASIC vinavyofanya hesabu mfululizo za hash, oPoW inatumia uchapishaji mwingi wa mawimbi na muundo wa usumbufu wa mwanga kusindika suluhisho anuwai za sambamba. Mbinu hii sambamba inapunguza sana matumizi ya nishati huku ikiweka ugumu wa hesabu unaohitajika.

2.2 Usanifu wa Fotoniki wa Silikoni

Msingi wa vifaa vya oPoW unajengwa juu ya utafiti wa miaka ishirini wa fotoniki ya silikoni. Vichakataji-vya pamoja vya fotoniki vya silikoni vya kibiashara, vilivyotengenezwa awali kwa matumizi ya kujifunza kina, hutoa msingi wa kiteknolojia kwa vichimbaji vya oPoW. Saketi hizi zilizounganishwa hutumia fotoni badala ya elektroni kufanya hesabu maalum zenye ufanisi wa juu wa nishati.

Vipengele muhimu ni pamoja na:

• Viongozi-vyombo vya mwanga kwa usafirishaji wa ishara
• Vipingamizi-sumbufu vya Mach-Zehnder kwa hesabu
• Vipingamizi-duru vidogo kwa udhibiti wa urefu wa mawimbi
• Vigunduzi-mwanga vya Germaniamu kwa ubadilishaji wa matokeo

3. Matokeo ya Majaribio

Timu ya watafiti ilitengeneza kiolezo cha oPoW kinachofanya kazi (Kielelezo 1) kinachoonyesha faida kubwa ikilinganishwa na vifaa vya kawaida vya uchimbaji:

Data ya majaribio inaonyesha kuwa oPoW inafikia ufanisi wa nishati wa 0.05 J/GH ikilinganishwa na 0.3 J/GH kwa vichimbaji vya kisasa vya ASIC. Uboreshaji huu wa mara 6 katika ufanisi wa nishati huja na mwingiliano sawa wa hesabu, na kufanya oPoW ifae hasa maeneo yenye gharama kubwa za umeme.

4. Utekelezaji wa Kiufundi

4.1 Msingi wa Kihisabati

Algoriti ya oPoW inajengwa juu ya Uthibitishaji wa Kufanya Kazi wa kawaida lakini inaleta ubora maalum wa mwanga. Hesabu kuu inahusisha kupata nambari ya mara moja $n$ ambayo:

$H(H(block\_header || n)) < target$

Ambapo $H$ ni kitendakazi cha hash kilichoboreshwa kwa hesabu ya fotoniki. Utekelezaji wa mwanga hutumia kanuni za optiki za Fourier, ambapo hesabu ya hash inawakilishwa kama:

$I(x,y) = |\mathcal{F}\{P(z)\}|^2$

Ambapo $P(z)$ inawakilisha muundo wa uwanja wa mwanga unaolingana na suluhisho la mgombea, na $I(x,y)$ ni muundo wa nguvu unaotokana unaotumika kuamua uhalali.

4.2 Utekelezaji wa Msimbo

Msimbo ufuatao wa bandia unaonyesha algoriti ya uchimbaji ya oPoW:

function opticalPoW(block_header, target) {
    // Anzisha kichakataji cha fotoniki
    photonic_processor = initOpticalProcessor();
    
    // Sanidi vituo vya urefu wa mawimbi
    wavelengths = configureWDM(64); // Vituo 64 sambamba
    
    while (true) {
        // Tengeza nambari za mara moja za wagombea sambamba
        candidates = generateParallelNonces(wavelengths);
        
        // Kokotoa hash ya mwanga sambamba
        results = photonic_processor.parallelHash(block_header, candidates);
        
        // Angalia suluhisho halali
        for (i = 0; i < results.length; i++) {
            if (results[i] < target) {
                return candidates[i];
            }
        }
        
        // Sasisha msingi wa nambari ya mara moja kwa iteresheni inayofuata
        updateNonceBasis();
    }
}

5. Matumizi ya Baadaye

Teknolojia ya oPoW ina athari zaidi ya uchimbaji wa sarafu za dijiti. Usanifu wa usindikaji wa fotoniki wenye ufanisi wa nishati unaweza kutumika kwa:

• Usindikaji wa Kingo: Node za blockchain zenye nguvu ndogo kwa matumizi ya IoT
• Vituo vya Data vya Kijani: Hesabu iliyopunguzwa nishati kwa aina mbalimbali za kazi
• Matumizi ya Anga: Usindikaji ulioimarishwa dhidi ya mionzi kwa mifumo ya satelaiti
• Vifaa vya Matibabu: Hesabu salama yenye nguvu ndogo kwa mifumo ya afya

Timu ya watafiti inakisia kuwa ndani ya miaka 3-5, teknolojia ya oPoW inaweza kuwezesha shughuli za uchimbaji katika maeneo ya mijini yenye gharama kubwa za umeme, na kukuza utawala wa kieneo na kupunguza hatari za kimfumo.

6. Uchambuzi Muhimu

7. Marejeo