إن الاهتمام المتزايد بالعملات الرقمية، وعمليات التعدين يجعلنا نتسائل عن مدي استهلاك تلك الصناعة لموارد الطاقة، وخاصة مع القلق المتزايد حول مستقبل الوضع البيئي العالمي وظاهرة تغير المناخ التي صرنا ندركها بشكل ملموس في حياتنا اليومية.

ونحاول الإجابة علي كافة التساؤلات التي يطرحها الموضوع من وجهة نظر تحليلية دون التعمق في التفاصيل التقنية.

مقدمة

تقوم صناعة تعدين العملات الرقمية على تقنية الإجماع اللامركزى(Decentralized consensus mechanism)، والتى تسمح لنظام Blockchain بالتأكد من أن عمال التعدين قد قاموا بالعمل المطلوب للتدقيق في صحة المعاملات التي تتم داخل النظام وليس التلاعب به لتوليد عملات جديدة، عن طريق قيامهم بتخمين حلول لتلك العمليات الرياضية (Hashes).

ويوجد نوعان من تقنيات الإجماع اللامركزى هما منهجية إثبات العمل-Proof of Work، ومنهجية إثبات الحصص-Proof of Stake، تتشابه كلًا منهما في المفهوم بينما تختلفان فى طريقة العمل واستهلاك الطاقة والانبعاثات الضارة للبيئة الناجمة عن كل منهما.

لذا نوضح لك عزيزى القارئ من خلال هذا المقال الفرق بين منهجية إثبات العمل-Proof of Work، ومنهجية إثبات الحصص-Proof of Stake ، ومقارنة معدلات استهلاك الطاقة والانبعاثات الكربونية المترتبطة بهما في كلا النظامين.

لكن قبل المتابعة في القراءة، ننصحك بقراءة مقالات Alpha-Chains بخصوص موضوعات التعدين وسلاسل Blockchain عبر الروابط التالية :

1. تعدين البيتكوين
2. كيف تصنع بيتكوين: التعدين والتداول وطرق أخرى
3. ما هو جسر Blockchain؟
4. دليل المبتدئين لفهم 4 أنواع من شبكات البلوكتشين Blockchain Networks

أولًا: منهجية إثبات العمل

كيف تعمل منهجية إثبات العمل وما هى أبرز العملات التي تعمل وفقًا لها؟

تقوم المنهجية على مبدأ المنافسة بين عمال التعدين على سرعة الوصول إلي حل العمليات الرياضية (Hashes) للحصول على حق نشر سجل المعاملات (Block) الذي تم التحقق منه، فمن يصل إلي الحل أولًا يحق له نشر السجل والحصول علي جائزة (Reward) عبارة عن مقدار من العملات الجديدة إضافة لرسوم المعاملات التى تمثل الربح من عملية التعدين.

وتعد عملات البتكوين(BTC) و الإثيريوم(ETH) أبرز العملات التى تعمل وفق نظام منهجية إثبات العمل، حيث تشكل نحو 41.19% و 18.42% على التوالى من إجمالي القيمة السوقية من عرض العملات الرقمية المتداول في نهاية الأحد 20 مارس 2022م .

ما هى العوامل التى ترفع من استهلاك الطاقة ضمن النظام؟

يقوم نظام منهجية إثبات العمل على زيادة مستوي تعقيد العمليات الرياضية بشكل تلقائى كلما زادت أعداد عمال التعدين  لضمان رفع درجة المنافسة وعدم تلاعبهم بالنظام. وهذا بدوره يرفع متطلبات عملية التعدين من معدات وحواسيب ذات قدرات عالية تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة خاصة مع تزايد الإقبال علي سوق العملات الرقمية وارتفاع شهية التعدين.

وتتلخص العوامل المؤثرة فى زيادة استهلاك الطاقة ضمن نظام إثبات العمل فى الآتى:

1. زيادة أعداد الحواسيب التى تتسابق لتخمين حلول العمليات الرياضية أثناء التعدين فى نفس الوقت.
2. رفع مستوى صعوبة تخمين الحلول بواسطة النظام للحفاظ على معدل إضافة الكتل إلي السلسلة ثابت عند كتلة واحدة كل عشر دقائق، وبالتالى زيادة متطلبات الحواسيب المستحدمة في التعدين.
3. زيادة الحاجة  لاستخدام وحدات تخزين ومعدات تبريد عالية القدرة.

يوضح الرسم التالى تطور معدل الكهرباء المستخدمة لتعدين عملة واحدة من بتكوين مقاسًأ بعدد سنوات استهلاك منزل تقليدى من الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية.

كم يستهلك نظام إثبات العمل من الطاقة؟

يستهلك إجراء معاملة واحدة ضمن شبكة بتكوين 2258.49 كيلووات/ساعة من الكهرباء مقارنة بــ 148.63 كيلووات/ساعة للمعاملة الواحدة عبر نظام Visa المركزى، أي ما يمثل 15 ضعفًا وفقا لتقديرات موقع Statista.

كما بلغ إجمالى استهلاك شبكة بتكوين من الكهرباء 143 تيراوات/ساعة في 5 مارس 2021م، وهو معدل مرتفع للغاية عند مقارنته بالاستهلاك السنوى لدول متوسطة السكان مثل النرويج و سويسرا وبنجلاديش.

أما عن شبكة إيثيريوم، فتستهلك الشبكة 112.73 تيراوات/ساعة سنوياً.

وبلغ استهلاك الكهرباء لإجراء معاملة واحدة 267.77 كيلووات/ساعة ، ما يعادل استهلاك المنزل العادى في الولايات المتحدة الأمريكية من الكهرباء لمدة 9 أيام تقريبًا وفقا لتقديرات Digiconomist.

حجم الانبعاثات الكربونية من نظام إثبات العمل

يقدر متوسط حجم الانبعاثات الكربونية الناجمة عن تعدين البتكوين بنحو 22 إلي 22.9 مليون طن مترى من غاز ثاني أوكسيد الكربون في عام 2019م وفقًا لموقع رويترز. أي ما يعادل إنتاج دول مثل الأردن أو سريلانكا.

بينما تشير تقاريرDigiconomist إلى أن متوسط حجم الانبعاثات الصادرة سنويًا من شبكات بتكوين وإيثيريوم قد بلغ 114.06 و 62.88 ميجا طن سنويًا من ثانى أوكسيد الكربون على الترتيب. وسجل حجم الانبعاثات عن المعاملة الواحدة 1201.5 كيلوجرام في شبكة بتكوين و 149.35 كيلوجرام في شبكة إيثيريوم.

ومع الطلب المتزايد علي العملات الرقمية ومنتجات التشفير، وارتفاع شعبية صناعة التعدين وما يرتبط بها من ارتفاع في معدلات استهلاك الكهرباء والانبعاثات الكربونية عالميًا، ظهرت الحاجة لنظام آخر للتعدين يستهلك قدرًا أقل من الطاقة، ألا وهو منهجية الإثبات عن طريق الحصص-Proof of Stake.

ثانيًا: منهجية إثبات الحصص-Proof of Stake

كيف تعمل منهجية إثبات الحصص ؟

يستبدل نظام الإثبات عن طريق الحصص-Proof of stake مبدأ التنافسية في التعدين المتبع في منهجية إثبات العمل بمبدأ الاختيار العشوائى(Random choice) لمن يقوم بعملية التعدين. وبدلاً من الاعتماد علي قوة الحاسوب المستخدم في عملية التعدين، يعتمد النظام علي مبدأ تجميع حصص من العملات المملوكة لعمال التعدين.

كيف تقوم بالتعدين داخل النظام؟

 لكى يقوم شخص ما بالتعدين يجب عليه تجميد مقدار معين من العملة الرقمية المملوكة له داخل النظام-يسمي الحصة (Stake)، ومن ثم يقوم النظام باختيار أحد من قاموا بتجميد حصصهم في النظام بشكل عشوائي للقيام بعملية التعدين وإثبات صحة المعاملات ومن ثم خلق الكتلة الجديدة، ويحصل عمال التعدين عل عملات جديدة في المقابل.

لذلك لا يحتاج عمال التعدين إلي حواسيب قوية أو وحدات التخزين ومعدات التبريد للقيام بالتعدين، لأن النظام لا يقوم بزيادة صعوبة وتعقيد العمليات الرياضية، وليس هناك منافسة بين عمال التعدين علي خلق الكتل الجديدة للحصول علي الربح، فكل منهم يعمل علي الكتلة الخاصة به التي حددها النظام.

هل نظام إثبات الحصص-Proof of stake عشوائي تمامًا؟

سبق وذكرنا أن النظام يقوم علي العشوائية في اختيار من يقوم بالتعدين بشكل عشوائي وهذا صحيح تمامًا، لكن يمكن للقائم بالتعدين أن يعزز من فرص اختياره من قبل النظام بطريقتين، الأولي هي عن طريق زيادة الحصة التي يقوم بتجميدها داخل النظام، والتي تبلغ في نظام عمل الجيل الثاني من الإيثيريوم (Ethereum 2.0) 32 وحدة من العملة.

أما الطريقة الثانية هى عن طريق زيادة مدة تجميد الحصة داخل النظام، فيختار النظام من يقوم بعملية خلق الكتلة حسب مقدار حصته التي قام بتجميدها والمدة الزمنية لعملية التجميد.

هل نظام إثبات الحصص أكثر كفاءة من نظام إثبات العمل؟

أصدر معهد Crypto Carbon Ratings Institute-CCRI تقريرًا في يناير الماضي يقيس من خلاله مدي كفاءة نظام إثبات الحصص (POS) في استخدام الطاقة والتقليل من حجم الانبعاثات الضارة الناتجة عن صناعة التعدين.

ويظهر التقرير نتائج إيجابية إلي حد كبير، حيث يعتمد التقرير على مقارنة استهلاك الكهرباء والانبعاثات المتولدة في نظامى البتكوين والإيثيريوم مع 6 عملات أخري تتبع نظام إثبات الحصص هي الأكبر من حيث القيمة السوقية للعرض المتداول (Market Capitalization) فى 7 مايو 2021م ، وهي Cardano و Polkadot و Solana و Tezos و Avalanche و Algorand.ٍ

وسجلت شبكة Polkadot أقل معدل للاستهلاك السنوى من الكهرباء بلغ 70 ميجاوات/ساعة، بينما كانت شبكة Solana هى الأعلى من حيث الاستهلاك السنوي بمعدل 1967 ميجاوات/ساعة.

أما على مستوى المعاملات، فقد سجلت معاملات شبكة Solana المعدل الأقل من الاستهلاك بنحو 0.166 وات/ساعة لكل معاملة، وسجلت معاملات شبكة Cardano المعدل الأعلي بنحو 51.59 وات/ساعة لكل معاملة.

و على صعيد الانبعاثات الكربونية فإن Solanaهى الأعلى على الإطلاق حيث سجلت934.77 طن سنويًا، و Polkadotهي الأقل بمعدل 33.36 طن سنويًا. وعمومًا هي معدلات أقل بكثير جدًا عن المعدلات التي سبق ورأيناها فى بتكوين وإيثيريوم.

هل يمكن أن تتحول عملات البتكوين والإيثيريوم إلي نظام (POS)؟

بالطبع نعم، ولكن الانتقال من نظام إلي نظام آخر ليس بالأمر السهل ويحتاج إلي سنوات عديدة وجهد كبير لإتمام عملية التحول، وبالفعل بدأت شبكة إيثيريوم بإطلاق الجيل الثاني من عملتها (Ethereum2.0) الذي يعتمد علي نظام (POS). ولمعرفة المزيد حول تلك التجربة اضغط هنا.

Powered by Froala Editor