1. Pengenalan
Rangkaian mata wang kripto awam seperti Bitcoin bergantung pada lejar terdesentralisasi. Cabaran teras adalah mencapai konsensus tanpa pihak berkuasa pusat sambil mencegah serangan Sybil dan perbelanjaan berganda. Penyelesaian penting Bitcoin adalah integrasi Bukti Kerja (PoW) gaya Hashcash, yang mengenakan kos ekonomi yang boleh disahkan kepada peserta (pelombong) untuk mengamankan rangkaian dan mengedarkan mata wang baharu.
1.1 Bukti Kerja dalam Konteks Rantaian Blok
Bukti Kerja, yang pada asalnya dicadangkan oleh Dwork dan Naor (1992), melibatkan penyelesaian teka-teki kripto yang memerlukan usaha pengiraan yang besar tetapi mudah untuk disahkan. Dalam rantaian blok, "kerja" ini mengamankan rangkaian dengan menjadikannya tidak praktikal dari segi ekonomi bagi penyerang untuk menulis semula sejarah transaksi.
2. Masalah dengan PoW Tradisional
Kos utama perlombongan berasaskan Hashcash (seperti SHA256 Bitcoin) adalah elektrik (Perbelanjaan Operasi - OPEX). Ini telah membawa kepada:
- Isu Kebolehskalaan: Penggunaan tenaga yang besar menghadkan pertumbuhan rangkaian.
- Kebimbangan Alam Sekitar: Jejak karbon yang ketara.
- Risiko Pemusatan: Perlombongan tertumpu di kawasan dengan elektrik murah, mewujudkan titik kegagalan tunggal geografi dan mengurangkan rintangan penapisan.
- Kepekaan terhadap Turun Naik Harga: Kadar hash sangat sensitif terhadap harga mata wang kripto, kerana pelombong menutup operasi apabila kos operasi melebihi ganjaran.
3. Konsep Bukti Kerja Optik (oPoW)
Para penulis mencadangkan oPoW sebagai algoritma baharu yang mengalihkan kos dominan perlombongan daripada elektrik (OPEX) kepada perkakasan khusus (Perbelanjaan Modal - CAPEX). Pandangan teras adalah bahawa keselamatan PoW memerlukan kos ekonomi, tetapi kos itu tidak semestinya terutamanya tenaga.
3.1 Gambaran Keseluruhan Algoritma
oPoW direka sebagai pengubahsuaian minimum kepada skim seperti Hashcash. Ia mengekalkan struktur mencari nonce supaya $\text{H}(\text{pengepala blok} || \text{nonce}) < \text{sasaran}$, tetapi mengoptimumkan pengiraan untuk paradigma perkakasan tertentu: fotonik silikon. Algoritma ini ditala supaya melaksanakan kerja dengan cekap memerlukan pemproses bersama fotonik, menjadikan perkakasan kegunaan am (seperti ASIC atau GPU) tidak kompetitif dari segi ekonomi.
3.2 Perkakasan: Pemproses Bersama Fotonik Silikon
Algoritma ini memanfaatkan kemajuan dalam fotonik silikon—litar bersepadu yang menggunakan foton (cahaya) dan bukannya elektron untuk pengiraan. Pemproses bersama ini, yang baru-baru ini dikomersialkan untuk pembelajaran mendalam tenaga rendah, menawarkan kecekapan tenaga yang lebih baik dengan magnitud tertib untuk operasi algebra linear tertentu. Teka-teki kripto oPoW direka untuk dipetakan dengan cekap ke atas operasi fotonik ini.
4. Kelebihan dan Potensi Impak
- Penjimatan Tenaga: Mengurangkan penggunaan elektrik perlombongan secara mendadak.
- Penyahpusatan yang Lebih Baik: Perlombongan tidak lagi terikat dengan kos elektrik yang sangat rendah, membolehkan penyebaran geografi dan peningkatan rintangan penapisan.
- Kestabilan Rangkaian yang Dipertingkatkan: Dengan CAPEX mendominasi, kadar hash menjadi kurang sensitif terhadap turun naik harga syiling jangka pendek, membawa kepada belanjawan keselamatan yang lebih stabil.
- Pengeluaran yang Demokratik: Kos berterusan yang lebih rendah boleh menurunkan halangan kemasukan untuk pelombong kecil.
5. Butiran Teknikal & Asas Matematik
Kertas kerja mencadangkan oPoW bergantung pada masalah pengiraan yang secara semula jadi pantas pada perkakasan fotonik. Calon berpotensi melibatkan operasi matriks berulang atau transformasi optik yang sukar untuk ditiru dengan cekap pada perkakasan elektronik. Pengesahan kekal mudah, mirip dengan memeriksa hash piawai: $\text{Verify}(\text{penyelesaian}) = \text{true}$ jika $\text{H}_{\text{oPoW}}(\text{cabaran}, \text{penyelesaian})$ memenuhi kriteria sasaran. Fungsi $\text{H}_{\text{oPoW}}$ dibina untuk dikira dengan paling cekap pada tatasusunan sistolik fotonik atau jejaring interferometrik.
6. Prototaip & Keputusan Eksperimen
Kertas kerja merujuk kepada prototaip (Rajah 1). Walaupun metrik prestasi khusus tidak diperincikan dalam petikan yang diberikan, implikasinya ialah cip fotonik silikon boleh mengira fungsi oPoW. Tuntutan eksperimen utama adalah demonstrasi ketepatan fungsi dan kelebihan prestasi-per-watt yang ketara berbanding ASIC elektronik untuk pengiraan yang disesuaikan. Keputusan bertujuan untuk menunjukkan bahawa tenaga per hash jauh lebih rendah, mengesahkan tesis teras mengalihkan kos daripada OPEX kepada CAPEX.
Penerangan Carta (Tersirat): Carta bar membandingkan Tenaga per Hash (Joule) untuk ASIC SHA256 vs. Pemproses Fotonik oPoW. Bar oPoW akan menjadi lebih pendek dengan magnitud tertib, menekankan secara visual keuntungan kecekapan tenaga.
7. Kerangka Analisis: Kajian Kes Bukan Kod
Kes: Menilai Fork yang Dicadangkan kepada oPoW. Seorang penganalisis menilai mata wang kripto yang mempertimbangkan fork oPoW akan memeriksa:
- Peralihan Ekonomi: Model ekonomi pelombong baharu. Apakah CAPEX untuk pelombong fotonik? Apakah jangka hayat dan nilai saksinya? Bagaimana keuntungan berbanding dengan perlombongan tradisional merentasi kitaran harga syiling?
- Peralihan Keselamatan: Analisis tempoh peralihan kadar hash. Adakah rangkaian terdedah semasa pertukaran daripada pelombong elektronik kepada fotonik? Bagaimana algoritma kesukaran diselaraskan?
- Rantaian Bekalan & Pembuatan: Menilai risiko pemusatan dalam fabrikasi cip fotonik (contohnya, bergantung pada beberapa fab semikonduktor). Adakah perkakasan cukup boleh dikomoditikan?
- Kekakuan Algoritma: Menilai sama ada algoritma oPoW begitu khusus sehingga tidak boleh diubah suai dengan mudah jika kelemahan ditemui, tidak seperti fungsi hash kriptografi yang mempunyai pemeriksaan luas.
8. Aplikasi Masa Depan & Peta Jalan Pembangunan
- Mata Wang Kripto Baharu: Aplikasi utama adalah dalam reka bentuk rantaian blok baharu yang mampan tenaga.
- Fork Rantaian Sedia Ada: Potensi untuk syiling mantap (contohnya, fork Bitcoin) menerima pakai oPoW untuk menangani kritikan alam sekitar.
- Skim PoW Hibrid: Menggabungkan oPoW dengan mekanisme lain (contohnya, elemen Bukti-Kepentingan) untuk keselamatan berlapis.
- Evolusi Perkakasan: Mendorong R&D dalam platform pemproses bersama fotonik yang boleh diakses dan piawai, serupa dengan evolusi GPU dan ASIC dalam perlombongan tradisional.
- Perisai Pencucian Hijau Peraturan: Boleh menjadi teknologi utama untuk mata wang kripto mematuhi atau mendahului peraturan berfokus tenaga.
9. Rujukan
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
- Dwork, C., & Naor, M. (1992). Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. CRYPTO '92.
- Miller, D. A. B. (2017). Attojoule Optoelectronics for Low-Energy Information Processing and Communications. Journal of Lightwave Technology.
- Zhu, X., et al. (2022). Photonic Matrix Processing for Machine Learning. Nature Photonics.
10. Perspektif Penganalisis
Pandangan Teras: oPoW bukan sekadar penambahbaikan kecekapan; ia adalah penyusunan semula asas keselamatan kripto-ekonomi. Penulis betul mengenal pasti bahawa keselamatan PoW berakar pada kos ekonomi, bukan kos tenaga. Percubaan mereka untuk memisahkan kedua-duanya dengan mengikat kos dalam CAPEX fotonik khusus adalah arah yang berani dan perlu untuk kemampanan rantaian blok tanpa kebenaran. Ia secara langsung menyerang mimpi ngeri PR dan penskalaan terbesar mata wang kripto seperti Bitcoin.
Aliran Logik: Hujahnya menarik: 1) Kebergantungan tenaga PoW tradisional adalah kelemahan maut untuk penerimaan besar-besaran. 2) Primitif keselamatan adalah kos ekonomi, bukan joule. 3) Fotonik silikon menawarkan laluan kepada keuntungan kecekapan besar untuk pengiraan tertentu. 4) Oleh itu, reka algoritma PoW yang optimum untuk fotonik. Logiknya kukuh, tetapi kelemahannya terletak pada butiran pelaksanaan teknikal dan ekonomi yang tidak dijelaskan sepenuhnya dalam abstrak.
Kekuatan & Kelemahan: Kekuatannya adalah pendekatan visionernya terhadap masalah kritikal, disokong oleh trend perkakasan ketara (fotonik silikon untuk AI). Ia berpotensi mengubah peta geopolitik perlombongan. Kelemahannya ketara: Pertama, ia berisiko menggantikan pemusatan tenaga dengan pemusatan pembuatan perkakasan. Memfabrikasi IC fotonik maju boleh dikatakan lebih berpusat daripada mencari elektrik murah. Siapa yang mengawal fab? Kedua, ia mewujudkan kerapuhan algoritma. SHA256 telah diuji dalam pertempuran. Algoritma baharu yang ditala untuk perkakasan adalah permukaan serangan yang jauh lebih kecil yang mungkin menyembunyikan kelemahan yang tidak dijangka, kebimbangan yang digema dalam komuniti keselamatan yang lebih luas semasa menilai primitif kriptografi baharu. Ketiga, model ekonomi tidak diuji. Adakah perlombongan berat CAPEX benar-benar akan lebih terdesentralisasi dan stabil, atau ia hanya akan memihak kepada jenis entiti kaya modal yang berbeza?
Pandangan Boleh Tindak: Untuk pelabur dan pembangun, ini adalah landasan penyelidikan berisiko tinggi, ganjaran tinggi. Pantau industri fotonik dengan rapat—syarikat seperti Lightmatter, Luminous, atau bahagian Fotonik Silikon Intel. Kemajuan mereka dalam mengkomoditikan pengkomputeran fotonik adalah penunjuk utama untuk kebolehgunaan oPoW. Periksa spesifikasi teknikal penuh pertama algoritma oPoW untuk kekukuhan kriptografinya dan rintangan terhadap simulasi pada perkakasan elektronik. Untuk projek sedia ada, pertimbangkan model hibrid sebagai langkah peralihan. Akhirnya, penyelidikan ini harus merangsang inovasi serupa: jika matlamatnya adalah keselamatan berasaskan CAPEX, paradigma perkakasan lain apa (contohnya, pengkomputeran analog, tatasusunan memristor) yang boleh dimanfaatkan? Bidang ini mesti meneroka pelbagai laluan selain fotonik untuk mengelakkan menukar satu kebergantungan dengan yang lain.