Wraz z rozwojem nowoczesnych technologii, coraz częstszym tematem dyskusji jest zużycie energii i ekologiczny aspekt ich użycia. Jednymi z najbardziej prominentnych rozwiązań w ostatnich latach są z pewnością blockchain oraz Big Data, czyli przetwarzanie ogromnych zbiorów danych. Czy ich wykorzystanie jest rzeczywiście tak szkodliwe dla środowiska, jak podają ich przeciwnicy, czy może jest to aspekt który można zoptymalizować tak jak w przypadku innych technologii? Jak bardzo wspomniane branże powinny zostać wyregulowane? Zobacz jak przedstawiają się faktyczne aspekty zużycia energii poprzez blockchain i big data.

Big Data – co tak właściwie kryje się za tym pojęciem?

Tajemnicze pojęcie “big data” obejmuje wszelkiego rodzaju ogromne i złożone zbiory danych, techniki ich analizy oraz zarządzania nimi, a także przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym. Pod względem samych rozmiarów, mowa tutaj o terabajtach, czy nawet petabajtach danych. W celu łatwiejszego zdefiniowania tej koncepcji oraz wytłumaczenia jej laikowi jako główne charakterystyki uznaje się tzw. 5V, gdzie kolejne litery V oznaczają (Ishwarappa 2015):

• volume – olbrzymia objętość
• velocity – wysoka prędkość przepływu informacji
• variety – różnorodność struktury i treści
• veracity – wiarygodność i dokładność
• value – rzeczywista wartość dla procesów statystycznych i analitycznych

Ilość danych wytwarzanych na całym świecie rośnie w zatrważającym tempie – w 2017 roku było to 26 zetabajtów, natomiast na 2025 rok prognozowane jest 181 zetabajtów. Jest to niemal siedmiokrotny wzrost! (Statista, 2021). Mimo idącego w parze rozwoju dostępnych technologii, konieczność gromadzenia, a tym bardziej przetwarzania tak pokaźnych wolumenów wymaga ogromnych nakładów mocy obliczeniowej oraz energii. Ale o jak dużym zużyciu tak właściwie mowa?

Korzyści płynące z rozwijania technologii Big Data

Coraz bardziej powszechne użycie technologii sprawia że ludzkość z roku na rok potrzebuje więcej energii elektrycznej. Trend wzrostowy został odwrócony przez globalną pandemię COVID-19, natomiast wartości te stale rosną od lat 90. Same Chiny stanowiły w 2020 roku niemal 1/4 całkowitego globalnego zużycia (Enerdata, 2020).

W przypadku każdej nowej technologii najbardziej efektywnym sposobem jej optymalizacji jest gromadzenie danych, analiza oraz wyciąganie odpowiednich wniosków. Jak pokazują statystyki, niska jakość danych generuje zaledwie w amerykańskiej gospodarce straty na poziomie 3.1 biliona dolarów rocznie (Petrov, 2022). Straty te związane są również oczywiście z nadmiernym zużyciem zasobów, w tym energii elektrycznej. Odpowiednie zarządzanie, przetwarzanie i analizowanie danych jest więc koniecznym elementem świata, w którym 100% energii pochodzi ze źródeł odnawialnych – optymalizacja kosztowa w każdej firmie jest czynnikiem wpływającym korzystnie na chęć wprowadzania przez nią ekologicznych rozwiązań. Coraz większą presję wywiera również społeczeństwo, które coraz częściej domaga się takich rozwiązań, na całym świecie coraz częściej wprowadzane są również odpowiednie regulacje prawne. Jak natomiast wygląda sytuacja jeśli chodzi o samo serce Big Daty, tzn. centra danych?

Jak dużo energii zużywają centra danych?

Centra danych należą do największych konsumentów energii elektrycznej, zwiększając swoje zużycie każdego roku. Jak podawała Enerdata w 2020 roku, same centra danych zużywały więcej energii elektrycznej niż niektóre kraje.

Można natomiast zidentyfikować dwa trendy:

• Głównym źródłem zużycia pozostają starsze centra danych korporacji (pomimo ciągłej i powszechnej migracji do rozwiązań chmurowych)
• Nowe centra danych oparte na rozwiązaniach chmurowych również zużywają coraz więcej energii, natomiast równoważone jest to dzięki inwestycjom w zieloną energię

Co ciekawe, mimo stopniowego wzrostu zużycia energii przez tzw. “Hyperscale Data Center” (tzw. hiperskalowe centrum danych) łączne zużycie energii w 2015 roku wynosiło 190.7 terawatogodzin, natomiast na 2021 rok prognozowane było 190.8 terawatogodzin. Obrazuje to ogromny wpływ optymalizacji i wykorzystania odnawialnych źródeł energii (Kirvan 2022). Zakładając, że cały obszar Big Data utrzymuje podobny poziom zużycia energii, a technologie rozwijane dzięki analizie ogromnych zbiorów danych umożliwiają tworzenie nowych rozwiązań dla innych branży, możnaby uznać że ogólny wpływ Big Data na społeczeństwo jest jak najbardziej pozytywny – ale czy na pewno?

Kontrowersyjny blockchain

Jedną z kategorii które można zklasyfikować jako Big Data jest blockchain, czyli technologia oparta na istnieniu łańcucha bloków, który jest współużytkowanym, niezmienialnym rejestrem transakcji i zasobów, upraszczającym proces ich rejestrowania i śledzenia. Zasoby te mogą być zarówno materialne (np. dom, samochód, gotówka), jak i niematerialne (patenty, prawa autorskie, branding). Głównym znaczeniem owego łańcucha jest fakt istnienia jednej, wspólnej wersji wiarygodnych danych, widocznych przez każdego użytkownika – wszystkie szczegóły transakcji są znane na każdym jej etapie, a zarejestrowane już rekordy nie mogą zostać zmienione, co sprzyja zaufaniu oraz stwarza nowe możliwości optymalizacji. Całość jest wspierana poprzez tzw. smart contracts, czyli inteligetne umowy, obejmujące określone reguły które w danych są automatycznie wykonywane – całość znacznie optymalizuje udział człowieka oraz minimalizuje błąd ludzki (IBM, 2022).

Blockchain, a zużycie energii

Wbrew powszechnemu przekonaniu wysokie zużycie energii nie jest nieodłączną cechą każdej technologii blockchain – dotyczy ono przede wszystkim sieci Bitcoin, a spowodowane jest przede wszystkim jej architekturą i polityką jej zarządzania. Ilość zużywanej przez blockchain energii wynika przede wszystkim z wykorzystywanego mechanizmu konsensusu, która określa w jaki sposób do łańcucha bloków dodawane są nowe informacje. W przypadku Bitcoina, prekursora tej technologii, jest to mechanizm Proof-of-Work (PoW), który opiera się na istnieniu walidatorów, tzw. górników, i wybieraniu w ramach konsensusu którzy z nich mogą weryfikować nowe bloki danych, za co są następnie nagradzani. Słowo “work” w pojęciu określa pracę, jaką górnicy muszą wykonać rywalizując między sobą i jednocześnie zdobywając przywilej dodania nowych transakcji do blockchainu. Oczywiście, dodany blok musi zostać następnie zweryfikowany poprzez innych uczestników sieci.

Mechanizm ten zachęca górników do ciągłego dodawania nowej mocy obliczeniowej do sieci, aby zwiększyć ich szansę na otrzymywanie nagród. Ten wzrost konsumpcji energii nie jest natomiast aż tak ogromny – jako że dostęp do sieci można uzyskać z każdego miejsca na świecie, naturalnym zjawiskiem jest migracja takich jednostek do obszarów o większym udziale odnawialnych źródeł energii. To zjawisko, według ekspertów, powinno postępować, ponieważ zielona energia staje się coraz bardziej konkurencyjna cenowo, a często tańsza od paliw (co potęgują nowe regulacje prawne wprowadzane w tym obszarze). Przykładem jest chiński zakaz kopania kryptowalut, co wypchnęło z kraju około 50% mocy kopania, znacząco zmniejszając wpływ Bitcoina na klimat (Schletz 2021).

Dodatkowo, badania pokazują że Bitcoin może być katalizatorem szybszego globalnego przejścia na odnawialne źródła energii – wynika to z największej wady energii słonecznej i wiatrowej – okresowości. Zapotrzebowanie na energię elektryczną najczęściej osiąga najwyższy poziom w godzinach wieczornych, gdy ludzie wracają z pracy do domu – natomiast wtedy nie jest wysoki ani poziom energii generowanej ze słońca, ani z wiatru (ta ostatnia najczęściej osiąga maksimum w nocy). Aktualnie jedynym rozwiązaniem jest gromadzenie nadmiaru produkowanej energii, natomiast nie jest to jeszcze wystarczająco efektywne – ilość energii którą można zgromadzić zawsze będzie ograniczona. Wprowadzenie do tego procesu górników jako tzw. “nabywców ostatniej szansy” może rozwiązać problem nadmiaru wytwarzanej zielonej energii przyjmując ją do sieci, co z kolei przyspieszy spadek kosztów implementacji takich rozwiązań – górnik jest w stanie w dowolnym momencie przejąć energię, zapłacić w globalnej, płynnej walucie oraz jest kompletnie niezależny od lokalizacji w której się znajduje (Square 2021).

Nowoczesne mechanizmy blockchain

Można więc zauważyć, że wysokie zużycie energii jest inherentne jedynie dla Bitcoina – powstało oraz powstaje natomiast wiele nowych mechanizmów, dla których zużycie jest już o wiele niższe. Jako przykład optymalizacji można przedstawić drugą największą kryptowalutę, Ether, opartą na sieci Ethereum, która w tym roku planuje zmianę mechanizmu Proof-of-Work na mechanizm Proof-of-Stake. Mechanizm ten w przeciwieństwie do PoW nie wymaga mocy obliczeniowej do rozwiązywania problemów, natomiast prawo do walidacji transakcji jest przydzielane na podstawie procentowego udziału danego walidatora w puli zablokowanych tokenów. Poniższy wykres przedstawia przewidywane zużycie energii dla nowego rozwiązania. Jak widać różnica jest kolosalna!

Blockchain w Big Data oraz płynące z niego korzyści

Czy biorąc pod uwagę charakterystykę technologii blockchain, wprowadzenie jej do procesu gromadzenia, zarządzania i analizy wielkich zbiorów danych jest zawsze dobrym rozwiązaniem? Wielu uważa że już w niedalekiej przyszłości będzie to standard w kwestii utrzymywania jakości oraz bezpieczeństwa danych. Mimo wielu pozytywnych aspektów, technologia ta nadal nie jest doskonała i jest podatna na różnego rodzaju awarie, czy też ataki. Ciągłe powstawanie nowych algorytmów konsensusu pokazuje, że żadnemu z nich nie udało się jeszcze zbliżyć do technologicznej perfekcji. Bezpieczeństwo i niezawodność które zapewniają bardzo często natomiast przewyższają te występujące przy innych technologiach. Z pewnością minie jeszcze trochę czasu, nim blockchain stanie się standardem dla każdej firmy. Nowe technologie pokazują natomiast ogromne spektrum potencjalnych możliwości i korzyści, takich jak przede wszystkim lepszej optymalizacji i zarządzania zużycia energii elektrycznej oraz przyspieszenie procesu całkowitego porzucenia energii z paliw kopalnych.

Podsumowanie

Big Data oraz blockchain otwierają przed ludzkością ogromne możliwości jeśli chodzi o rozwój nowych technologii – analizowanie niespotykanych dotychczas ilości danych oraz możliwość korzystania z wysoce niezawodnej technologii łańcucha bloków umożliwiają szybsze realizowanie wszelkiego rodzaju badań oraz tworzenie nowych wynalazków. Szkodliwość dla środowiska, o której w przypadku blockchainu mówią niektóre media dotyczy natomiast w głównej mierze sieci Bitcoin – należy pamiętać o tym, że blockchain i kryptowaluty to nie tylko Bitcoin, a cały obszar rozwija się w niesamowitym tempie. Potencjalne zagrożenie dla środowiska jest więc w tej kwestii niewielkie – można zauważyć korzystny trend i coraz częstsze ekologiczne podejście do wykorzystania tych rozwiązań. Całość napędzić również mogą światowe rządy, poprzez wprowadzanie odpowiednich regulacji, zachęcanie do optymalizacji zużycia energii oraz wsparcie w kwestii odpowiedniej edukacji społeczeństwa.

Źródła

Statista – Worldwide data created, https://www.statista.com/statistics/871513/worldwide-data-created/

Petrov, C. (2022), “25+ Impressive Big Data Statistics for 2022”, https://techjury.net/blog/big-data-statistics/#gref

Enerdat (2020), “World Consumption Statistics”, https://yearbook.enerdata.net/total-energy/world-consumption-statistics.html

Ishwarappa (2015), “A Brief Introduction on Big Data 5Vs Characteristics and Hadoop Technology”, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050915006973

Kirvan, P. (2022), “How much energy do data centers consume?”, https://www.techtarget.com/searchdatacenter/tip/How-much-energy-do-data-centers-consume

IBM – Czym jest technologia blockchain?, https://www.ibm.com/pl-pl/topics/what-is-blockchain

Schletz, M. (2021), “Blockchain energy consumption: Debunking the misperceptions of Bitcoin’s and blockchain’s climate impact”, https://datadrivenlab.org/climate/blockchain-energy-consumption-debunking-the-misperceptions-of-bitcoins-and-blockchains-climate-impact/

Square (2021), “Bitcoin is Key to an Abundant, Clean Energy Future”, https://assets.ctfassets.net/2d5q1td6cyxq/5mRjc9X5LTXFFihIlTt7QK/e7bcba47217b60423a01a357e036105e/BCEI_White_Paper.pdf