ऑप्टिकल प्रूफ ऑफ वर्क (oPoW): क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग में एक नया मॉडल

विषय सूची

1. परिचय एवं सिंहावलोकन

यह दस्तावेज़ डुब्रोव्स्की, बॉल और पेन्कोव्स्की के शोध पत्र "ऑप्टिकल प्रूफ ऑफ वर्क" का विश्लेषण करता है। यह पत्र क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग के आर्थिक और हार्डवेयर आधार में एक मौलिक बदलाव का प्रस्ताव करता है, जो ऊर्जा-गहन कम्प्यूटेशन (OPEX-प्रधान) से पूंजी-गहन, विशेष फोटोनिक हार्डवेयर (CAPEX-प्रधान) की ओर बढ़ता है। मूल थीसिस यह है कि हालांकि प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) को एक सत्यापन योग्य आर्थिक लागत लगानी चाहिए, लेकिन यह लागत मुख्य रूप से बिजली की नहीं होनी चाहिए।

2. पारंपरिक PoW की समस्याएँ

पारंपरिक SHA256-आधारित PoW (हैशकैश) ने बिटकॉइन जैसे नेटवर्क को सफलतापूर्वक सुरक्षित किया है, लेकिन बड़े पैमाने पर महत्वपूर्ण सीमाओं का सामना करता है।

2.1. ऊर्जा खपत एवं स्केलेबिलिटी

माइनिंग की प्राथमिक लागत बिजली है। नेटवर्क के मूल्य के बढ़ने के साथ, ऊर्जा की खपत भी बढ़ती है, जिससे पर्यावरणीय चिंताएँ पैदा होती हैं और सिक्के की कीमत, ऊर्जा लागत और नेटवर्क सुरक्षा के बीच सीधा संबंध बनता है। वर्तमान तकनीक के साथ बिटकॉइन को 10-100 गुना बढ़ाना पर्यावरणीय और आर्थिक रूप से अस्थिर माना जाता है।

2.2. केंद्रीकरण एवं प्रणालीगत जोखिम

माइनर सबसे सस्ती बिजली वाले क्षेत्रों (जैसे, चीन के कुछ हिस्से, ऐतिहासिक रूप से) में एकत्रित हो जाते हैं। इससे भौगोलिक केंद्रीकरण होता है, जो एकल विफलता बिंदु, क्षेत्रीय विनियमन के प्रति संवेदनशीलता और विभाजन हमलों के बढ़ते जोखिम पैदा करता है।

3. ऑप्टिकल प्रूफ ऑफ वर्क (oPoW) अवधारणा

oPoW एक नया PoW एल्गोरिदम है जिसे विशेष सिलिकॉन फोटोनिक हार्डवेयर द्वारा कुशलतापूर्वक गणना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह हैशकैश की "ब्रूट-फोर्स" खोज की प्रकृति को बनाए रखता है लेकिन फोटोनिक कम्प्यूटेशन के लिए पहेली को अनुकूलित करता है।

3.1. मूल एल्गोरिदम एवं तकनीकी आधार

एल्गोरिदम में हैशकैश में न्यूनतम संशोधन शामिल हैं। इसमें एक नॉन्स $n$ ढूंढना आवश्यक है जैसे कि हैश आउटपुट $H(block\_header, n)$ एक गतिशील लक्ष्य $T$ से कम हो। मुख्य नवाचार यह है कि हैश फ़ंक्शन या उसकी गणना का एक महत्वपूर्ण घटक एक ऐसे ऑपरेशन पर मैप किया जाता है जो एक मानक इलेक्ट्रॉनिक ASIC की तुलना में एक फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (PIC) पर काफी तेज और अधिक ऊर्जा-कुशल है।

3.2. हार्डवेयर: सिलिकॉन फोटोनिक को-प्रोसेसर

यह पत्र सिलिकॉन फोटोनिक्स में प्रगति का लाभ उठाता है, जहां ऑन-चिप गणना करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के बजाय प्रकाश (फोटॉन) का उपयोग किया जाता है। इन को-प्रोसेसरों को शुरू में ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क जैसे कम ऊर्जा वाले डीप लर्निंग कार्यों के लिए विकसित किया गया था, जिन्हें oPoW के लिए पुनः उपयोग किया जाता है। माइनर्स के लिए आर्थिक कठिनाई बिजली के भुगतान से विशेष फोटोनिक हार्डवेयर की पूंजीगत लागत को अमूर्त करने की ओर स्थानांतरित हो जाती है।

4. प्रमुख लाभ एवं प्रस्तावित फायदे

• ऊर्जा दक्षता: प्रति हैश परिचालन ऊर्जा खपत में भारी कमी।
• विकेंद्रीकरण: माइनिंग इंटरनेट कनेक्शन वाले कहीं भी संभव हो जाता है, न कि केवल सस्ती बिजली वाले क्षेत्रों में।
• सेंसरशिप प्रतिरोध: भौगोलिक फैलाव राज्य-स्तरीय हमलों के प्रति संवेदनशीलता को कम करता है।
• हैशरेट स्थिरता: CAPEX-प्रधान लागत संरचना हैशरेट को सिक्के की कीमत में अचानक गिरावट के प्रति OPEX-प्रधान मॉडल की तुलना में कम संवेदनशील बनाती है।
• लोकतंत्रीकरण: निरंतर कम लागत छोटे पैमाने के माइनर्स के लिए प्रवेश बाधाओं को कम कर सकती है।

5. तकनीकी गहन विवेचन

5.1. गणितीय मॉडल एवं कठिनाई समायोजन

मूल प्रूफ-ऑफ-वर्क शर्त $H(block\_header, n) < T$ बनी रहती है। नवाचार $H(\cdot)$ या उसके भीतर एक उप-फ़ंक्शन $f(x)$ को ऑप्टिकली लागू करने में है। उदाहरण के लिए, यदि फूरियर ट्रांसफॉर्म या मैट्रिक्स गुणन जैसा कोई ट्रांसफॉर्म एक बाधा है, तो इसे PIC पर प्रकाश की गति से निष्पादित किया जा सकता है। नेटवर्क की कठिनाई समायोजन एल्गोरिदम बिटकॉइन के समान ही कार्य करेगा, लेकिन यह फोटोनिक माइनर्स के नेटवर्क द्वारा उत्पादित हैशरेट को लक्षित करेगा, जिससे ब्लॉक समय संतुलित रहेगा।

5.2. प्रोटोटाइप एवं प्रायोगिक सेटअप

पेपर एक प्रोटोटाइप (चित्र 1) का संदर्भ देता है। एक विस्तृत विवरण में एक सिलिकॉन फोटोनिक चिप शामिल होगा जिसे वेवगाइड्स, मॉड्यूलेटर और डिटेक्टरों के साथ डिज़ाइन किया गया है जो oPoW एल्गोरिदम के विशिष्ट कम्प्यूटेशनल चरणों को निष्पादित करते हैं। प्रायोगिक सेटअप oPoW प्रोटोटाइप की प्रति हैश ऊर्जा (जूल/हैश) और हैश दर (हैश/सेकंड) की तुलना एक अत्याधुनिक SHA256 ASIC माइनर से करेगा, जो ऊर्जा दक्षता में कई गुना सुधार प्रदर्शित करेगा, हालांकि संभवतः एक अलग पूर्ण हैशरेट पर।

6. विश्लेषण ढांचा उदाहरण केस

केस: आर्थिक तनाव के तहत नेटवर्क सुरक्षा का मूल्यांकन।

पारंपरिक PoW (बिटकॉइन-जैसा): परिदृश्य: सिक्के की कीमत 70% गिर जाती है। माइनिंग राजस्व गिर जाता है। उच्च बिजली लागत (OPEX) वाले माइनर लाभहीन हो जाते हैं और बंद हो जाते हैं, जिससे हैशरेट तेजी से गिर जाता है (~50%)। यह नेटवर्क सुरक्षा (हमले की लागत) को आनुपातिक रूप से कम कर देता है, जिससे एक संभावित दुष्चक्र बनता है।

oPoW मॉडल: परिदृश्य: समान 70% कीमत गिरावट। माइनिंग राजस्व गिरता है। हालाँकि, प्राथमिक लागत हार्डवेयर CAPEX (पहले से ही डूबी हुई) है। माइनिंग जारी रखने की सीमांत लागत बहुत कम है (फोटोनिक्स के लिए मामूली बिजली)। तर्कसंगत माइनर हार्डवेयर निवेश की वसूली के लिए संचालन जारी रखते हैं, जिससे हैशरेट में बहुत कम गिरावट (~10-20%) आती है। बाजार में मंदी के दौरान नेटवर्क सुरक्षा अधिक मजबूत बनी रहती है।

7. भविष्य के अनुप्रयोग एवं विकास रोडमैप

• नए ब्लॉकचेन नेटवर्क: प्राथमिक अनुप्रयोग नए, ऊर्जा-सतत लेयर 1 ब्लॉकचेन के डिजाइन में है।
• हाइब्रिड PoW सिस्टम: मौजूदा चेन में पारंपरिक PoW के साथ एक माध्यमिक, ऊर्जा-कुशल माइनिंग एल्गोरिदम के रूप में एकीकरण की संभावना।
• हार्डवेयर विकास: रोडमैप में फोटोनिक माइनर्स का लघुकरण, सामान्य-उद्देश्य चिप्स के साथ एकीकरण और CAPEX को कम करने के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन शामिल है।
• क्रिप्टोकरेंसी से परे: अंतर्निहित फोटोनिक को-प्रोसेसर तकनीक का उपयोग अन्य सत्यापन योग्य विलंब कार्यों (VDFs) या गोपनीयता-संरक्षण गणनाओं के लिए किया जा सकता है।
• नियामक ग्रीनवाशिंग सुरक्षा: oPoW PoW-आधारित नेटवर्कों के लिए ESG (पर्यावरण, सामाजिक और शासन) चिंताओं का सीधे सामना करने के लिए एक स्पष्ट तकनीकी मार्ग प्रदान कर सकता है।

8. संदर्भ

1. Dubrovsky, M., Ball, M., & Penkovsky, B. (2020). Optical Proof of Work. arXiv preprint arXiv:1911.05193v2.
2. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
3. Dwork, C., & Naor, M. (1992). Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. Advances in Cryptology — CRYPTO’ 92.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Shen, Y., et al. (2017). Deep learning with coherent nanophotonic circuits. Nature Photonics, 11(7), 441–446. (फोटोनिक कम्प्यूटिंग शोध का उदाहरण)
6. Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI). [ऊर्जा डेटा के लिए बाहरी स्रोत]।

9. विशेषज्ञ विश्लेषक टिप्पणी