¿Pueden los chips fotónicos salvar Bitcoin?

foto de rayos de luz abstractos Roland Larsson / Unsplash

Cuando estalló la burbuja de Bitcoin a fines de 2017, el valor de la criptomoneda cayó de más de $17 000 a menos de $7 000 en solo unos pocos días. La cobertura mundial de noticias sugirió que el auge de las divisas parecía haber terminado abruptamente.

Pero cuando el valor de Bitcoin cayó, sucedió algo extraño. La velocidad a la que se creaban, o extraían, los bitcoins aumentó drásticamente. ¿La razón? A pesar de la caída del valor, la minería de bitcoin seguía siendo extremadamente rentable. En otras palabras, el costo de la minería (el precio del hardware más la energía para hacerlo funcionar) era aún menor que el valor de las monedas que producía.

Este auge minero continuó durante casi un año. Luego, en noviembre de 2018, el valor de Bitcoin volvió a caer drásticamente, esta vez de alrededor de $6500 a menos de $3500.

Esto sacó la alfombra debajo de muchos mineros. De repente, los bitcoins ya no eran lo suficientemente valiosos para cubrir sus costos de energía y las minas se cerraron. Por primera vez en la historia de la criptomoneda, la tasa de minería colapsó, cayendo de 60 exa-hashes por segundo a solo 35.

El impacto fue significativo. Antes de esto, la minería había sido geográficamente diversa, lo que impedía que un país o región ejerciera una influencia indebida. Ahora, la minería solo era posible donde la energía era lo suficientemente barata como para permitir una ganancia, principalmente en el oeste de China. Y China estaba aumentando su escrutinio de las criptomonedas, cerrando intercambios y prohibiendo varias actividades.

Esto planteó una amenaza existencial para Bitcoin. Y desde entonces, los expertos en criptomonedas han estado buscando desesperadamente una solución.

El problema fundamental es que la minería de bitcoin es computacionalmente costosa. Esta es una estratagema deliberada para hacer que la criptomoneda sea segura. Pero la computación consume mucha energía. Y a medida que ha aumentado el interés en la criptomoneda, también lo ha hecho la cantidad de energía que consume.

Según algunas estimaciones, la minería de bitcoin actualmente consume más de 75 teravatios-hora por año, más que todo el consumo de electricidad de Austria. Eso no es sostenible, particularmente si Bitcoin continúa creciendo exponencialmente, como espera la comunidad de criptomonedas. Por lo tanto, se necesita desesperadamente una nueva forma de minar la moneda.

Ingrese a Michael Dubrovsky en PoWx sin fines de lucro, Marshall Ball en la Universidad de Columbia en Nueva York y Bogdan Penkovsky en la Universidad de Paris-Saclay en Francia. Estos muchachos han ideado una nueva forma de asegurar Bitcoin que es computacionalmente costosa pero mucho más eficiente energéticamente. Crucialmente, dicen que también es compatible con los sistemas de cifrado actuales y, por lo tanto, debería ser relativamente sencillo de incluir en futuras iteraciones de Bitcoin.

Su salsa secreta es simple. En lugar de confiar en las computadoras convencionales para hacer el cálculo numérico, Dubrovksy y compañía quieren usar computadoras ópticas. Dicen que estos dispositivos usan significativamente menos energía y, por lo tanto, cambiarán fundamentalmente el cálculo detrás de la minería de bitcoin. ¿Pero tienen razón?

Primero algunos antecedentes. Bitcoin se basa en un libro mayor descentralizado que registra todas las transacciones asociadas con la moneda. Esto asegura que ninguna entidad individual controle la moneda.

Una idea clave es que el libro mayor debe ser seguro para que todos puedan confiar en su contenido. Esta seguridad se logra encriptando regularmente el libro mayor para que su contenido no se pueda cambiar.

Sin embargo, el proceso de cifrado debe tener propiedades especiales. El libro mayor debe ser extremadamente difícil de encriptar, pero una vez encriptado, debe ser fácil de verificar.

Resulta que hay un conjunto de objetos matemáticos llamados funciones trampilla que tienen exactamente esta propiedad. De hecho, ya se utilizan ampliamente para cifrar todo, desde mensajes personales hasta transacciones con tarjetas de crédito.

Esta forma de encriptación es costosa desde el punto de vista computacional: requiere computadoras poderosas que son costosas de ejecutar. Entonces, Bitcoin tiene otra característica que ha sido clave para su éxito. Cualquiera que realice el proceso de cifrado, la prueba de trabajo, es recompensado con bitcoins recién creados.

Es por eso que el proceso se llama minería. A medida que el valor de Bitcoin ha aumentado, la popularidad de la minería también ha aumentado.

Pero esto tiene un inconveniente. La computación consume mucha energía. Entonces, los mineros han buscado varias formas de reducir sus costos. Un desarrollo fue la introducción de circuitos integrados específicos de la aplicación (chips ASIC) que están optimizados para el único propósito de la minería de Bitcoin. Otra era encontrar fuentes de energía baratas.

Dubrovksy y compañía dicen que la computación óptica cambia este cálculo. Están inspirados en el rápido desarrollo de los últimos años de chips fotónicos que pueden computar con mucha mayor eficiencia que el silicio. La promesa de la tecnología es ofrecer 2-3 órdenes de magnitud de mejor eficiencia energética sobre los procesadores electrónicos, dice el equipo.

Con ese fin, Dubrovksy y compañía han ideado un protocolo de encriptación revisado, llamado HeavyHash, que está optimizado para computadoras fotónicas. Esto significa que los mejores resultados solo se pueden lograr mediante el empleo de un procesador fotónico para hacer el cálculo numérico.

Esta prueba de trabajo óptica debería alentar la adopción de chips fotónicos y, por lo tanto, reducir drásticamente el presupuesto de energía de Bitcoin. La implementación de la prueba de trabajo óptica ayudará a acelerar el desarrollo de coprocesadores fotónicos energéticamente eficientes, dicen los investigadores.

Cuando el costo de la energía ya no sea la consideración principal, dicen Dubrovsky y compañía, el costo del hardware dominará los cálculos. Y eso garantizará que los mineros puedan trabajar de manera rentable en lugares de todo el mundo en lugar de solo en regiones donde la energía es barata.

Al menos, esa es la teoría. El problema es que la eficiencia energética de los chips fotónicos aún no se ha establecido claramente. Por ejemplo, los interruptores ópticos funcionan cambiando su índice de refracción, y esto se hace actualmente con pequeños calentadores. Los circuitos fotónicos de silicio también varían en pequeñas formas que deben compensarse con microcalentadores.

Estos calentadores aumentan significativamente el presupuesto de energía de los chips en formas que son difíciles de anticipar. De hecho, Dubrovksy y compañía no predicen claramente el ahorro de energía que puede (o no) ser posible a medida que aumenta la escala de Bitcoin. Eso hace que sea difícil evaluar la eficacia de la prueba de trabajo óptica.

Los investigadores tampoco muestran cómo la prueba de trabajo óptica resolverá el problema asociado con las diferencias regionales en el costo de la energía. En el futuro, los costos de hardware serán similares para todos los mineros, como lo son ahora. Entonces, a largo plazo, la mejor manera de maximizar las ganancias seguirá siendo encontrar fuentes de energía baratas.

Eso no es diferente del problema que enfrenta Bitcoin actualmente. Por eso es difícil escapar a la conclusión de que esta forma de computación energéticamente eficiente simplemente pospone lo inevitable.

Ref: arxiv.org/abs/1911.05193 : Prueba óptica de trabajo

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