Der Prozess des Schürfens von Kryptowährungen wie Bitcoin beinhaltet die Überprüfung von Transaktionen und das Hinzufügen neuer digitaler Währungen zur Blockchain. Dieser Vorgang ist jedoch mit erheblichen Kosten verbunden und verbraucht bis zu 1 % der weltweiten Gesamtenergie. Da die Popularität von Kryptowährungen und Blockchain-Anwendungen weiter zunimmt, wird dieser Energieverbrauch voraussichtlich weiter steigen.
Kryptowährungen sind dezentrale digitale Währungen, die für ihre Erstellung auf Verschlüsselungsalgorithmen angewiesen sind. Sie bieten eine alternative Währung, die sich von traditionellen Fiat-Währungen unterscheidet. Die Grundlage dieser digitalen Währungen liegt in der Blockchain-Technologie, die als sicheres und unveränderliches digitales Hauptbuch dient. Es zeichnet wichtige Informationen wie Transaktionen auf eine Weise auf, die äußerst schwierig, wenn nicht gar unmöglich zu manipulieren oder zu verletzen ist.
„Derzeit“, so Erstautor Sunil Pai, „ist das Schürfen von Kryptowährungen nur für diejenigen zugänglich, die Zugang zu stark vergünstigter Energie haben – unter 0,05 $/kWh.“
In einer bemerkenswerten Entwicklung haben Forscher ein fortschrittliches Rechenschema eingeführt, das auf Licht basiert und den Energiebedarf für das Kryptowährungs-Mining erheblich verringert. Diese bahnbrechende Innovation ebnet auch den Weg für eine neue photonische Blockchain-Technologie, die das Potenzial hat, die Zugänglichkeit von Kryptowährungen zu verbessern und die Nutzung von Low-Energy Optical Computing zu ermöglichen.
„Unsere Low-Energy-Chips werden es Einzelpersonen auf der ganzen Welt ermöglichen, profitabel am Mining teilzunehmen“, und sie „könnten auch für Anwendungen jenseits der Kryptowährung verwendet werden, wie z. B. die sichere Übertragung von Daten für Krankenakten, Smart Contracts und Abstimmungen.“
In einer in Optica veröffentlichten Veröffentlichung hat das Team unter der Leitung der angesehenen Experten David AB Miller, Shanhui Fan und Olav Solgaard von der Stanford University sein bahnbrechendes Schema namens LightHash vorgestellt, das die Leistung eines photonischen integrierten Schaltkreises nutzt, um eine photonische Blockchain aufzubauen.
Die Forscher versprechen ein bemerkenswertes Potenzial und stellen sich vor, dass dieser Ansatz nach umfassender Verfeinerung eine erstaunliche zehnfache Steigerung der Energieeffizienz im Vergleich zu den fortschrittlichsten digitalen elektronischen Prozessoren, die derzeit erhältlich sind, erzielen könnte.
Nachhaltiges Mining vorantreiben: Nutzung von Silizium-Photonik für grünere Kryptowährungsnetzwerke
Der steigende Energiebedarf des Kryptowährungs-Mining ist zu einem ernsthaften Anlass zur Sorge geworden und hat einige prominente Plattformen wie Ethereum dazu veranlasst, ungetestete und potenziell anfällige Techniken anzuwenden, um ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren.
Um eine umweltfreundliche Alternative zu finden und gleichzeitig strenge Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten, haben Pai und sein Team die Silizium-Photonik genutzt, um den Energiebedarf von Kryptowährungsnetzwerken zu senken. Die Einführung von LightHash bedeutet einen bemerkenswerten Fortschritt gegenüber ihrer früheren Lösung, bekannt als HeavyHash, die derzeit Kryptowährungsnetzwerke wie Optical Bitcoin und Kaspa untermauert.
Die sichere Erstellung und der sichere Betrieb von Bitcoin sowie seines Computernetzwerks erfordern die Verwendung einer Hash-Funktion wie SHA256 oder Heavyhash. Diese Funktionen wandeln Eingabedaten auf höchst komplizierte Weise in eine einzelne Ausgabezahl um, die nicht einfach rückgängig gemacht werden kann, und tragen so erheblich zum Energieverbrauch von Bitcoin bei.
In einer kürzlich durchgeführten Studie machten Wissenschaftler Fortschritte, indem sie Heavyhash so modifizierten, dass es zusammen mit einem gemeinsam entworfenen photonischen Siliziumchip funktioniert, der ein 6 × 6-Netzwerk programmierbarer Interferometer enthält. Dieser innovative Ansatz ermöglicht eine energieeffiziente optische Verarbeitung von Matrixmultiplikationen, die den Großteil der Berechnungen in Lighthash ausmachen.
Um die Praktikabilität der Implementierung von LightHash für die Matrixmultiplikation zu bewerten, konstruierten die Forscher einen optischen Aufbau. Mit dieser Anlage konnten sie die Lichtausbreitung steuern und überwachen, indem sie Heizelemente fein abstimmten und Gitterpunkte auf eine Infrarotkamera projizierten. Darüber hinaus entwickelten die Forscher einen Fehlerminderungsalgorithmus und legten Kriterien fest, um die Machbarkeit der Skalierung dieser Technologie zu bewerten.
Präzise und energieeffiziente Berechnungen vorantreiben
Laut Pai, dem leitenden Forscher, deuten die Ergebnisse darauf hin, „dass LightHash mit der aktuellen Silizium-Photonik-Chip-Technologie in großem Umfang berechnet werden kann“.
„Im Wesentlichen haben wir eine Möglichkeit entwickelt, analoge optische Schaltungen zu verwenden, um Multiplikationen nahezu ohne Verlustleistung durchzuführen, die jedoch präzise genug sind, um in einem digitalen Verschlüsselungsschema verwendet zu werden.“
Um deutliche Vorteile von LightHash gegenüber seinen digitalen Pendants zu etablieren, muss die Technologie auf 64 Ein- und Ausgänge erweitert werden. Darüber hinaus streben die Forscher danach, den Energieverbrauch zu senken, indem sie elektromechanische Abstimmkomponenten mit geringem Stromverbrauch und energieeffiziente Wandler entwickeln, um optische Signale effektiv in elektrische Signale umzuwandeln.
„Es wird interessant sein zu sehen, wie sich die Kryptowährungstechnologie entwickelt und inwieweit die Photonik heute zur zunehmenden Mainstream-Rolle dezentralisierter Hauptbücher in der Gesellschaft beitragen kann“, fügt Pai hinzu.
Quelle: 10.1177/19485506231163012
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