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

1. परिचय

यह शोधपत्र परिचय कराता है ऑप्टिकल प्रूफ ऑफ वर्क (oPoW), एक नवीन सहमति एल्गोरिदम जिसे बिटकॉइन के SHA256 जैसी पारंपरिक बिजली-गहन प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) प्रणालियों में निहित महत्वपूर्ण स्केलेबिलिटी, पर्यावरणीय और केंद्रीकरण की कमियों को दूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेखकों का तर्क है कि हालांकि PoW की सुरक्षा एक सत्यापन योग्य आर्थिक लागत लगाने पर निर्भर करती है, इस लागत के मुख्य रूप से परिचालनात्मक (बिजली) के बजाय पूंजीगत (हार्डवेयर) होने का कोई मौलिक कारण नहीं है। oPoW ने सिलिकॉन फोटोनिक्स एक ऐसी खनन प्रक्रिया बनाना जहाँ प्राथमिक लागत हार्डवेयर (CAPEX) है, जिससे ऊर्जा खपत (OPEX) में भारी कमी आती है।

2. पारंपरिक PoW की समस्या

Bitcoin की सुरक्षा मॉडल, जो Hashcash पर आधारित है, मजबूत साबित हुई है लेकिन इसके महत्वपूर्ण नुकसान हैं:

• Energy Intensity & Environmental Impact: Mining, मध्यम आकार के देशों के बराबर बिजली की खपत करता है, जिससे स्थिरता संबंधी चिंताएँ उत्पन्न होती हैं।
• भौगोलिक केंद्रीकरण: खनिक सस्ती बिजली वाले क्षेत्रों (जैसे, चीन के कुछ हिस्सों में, ऐतिहासिक रूप से) में एकत्र होते हैं, जिससे विफलता के एकल बिंदु बनते हैं और वे नियामक कार्रवाई या विभाजन हमलों के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं।
• आर्थिक अस्थिरता संबंध: नेटवर्क हैशरेट बिटकॉइन की कीमत के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। कीमत गिरने से खनन लाभहीन हो सकता है, जिससे खनिकों का तेजी से पलायन होता है और नेटवर्क सुरक्षा में संभावित कमी आती है।

3. ऑप्टिकल प्रूफ ऑफ वर्क (oPoW) अवधारणा

oPoW माइनिंग के लिए इलेक्ट्रॉनिक से फोटोनिक कम्प्यूटेशन में बदलाव का प्रस्ताव करता है। इसे मौजूदा Hashcash-जैसे प्रोटोकॉल के साथ संगत रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन फोटोनिक को-प्रोसेसर के लिए अनुकूलित है।

4. Technical Details & Mathematical Foundation

हालांकि पेपर पूर्ण स्वामित्व एल्गोरिदम का खुलासा नहीं करता है, यह रूपरेखा देता है कि oPoW एक संशोधित हैश फ़ंक्शन $H'(x)$ पर आधारित है जो सत्यापन के लिए एक मानक हैश (जैसे, SHA256) के लिए कम्प्यूटेशनल रूप से समतुल्य है, लेकिन इसे विशेष रूप से एक फोटोनिक प्रोसेसर पर सबसे कुशलता से गणना करने के लिए इंजीनियर किया गया है।

oPoW में "कार्य" संभवतः एक ऐसी समस्या को हल करना शामिल है जो एक द्वारा किए गए संचालन के लिए सुंदरता से मैप करती है Mach-Zehnder Interferometer (MZI) mesh एक PIC पर, फोटोनिक मैट्रिक्स प्रोसेसरों के लिए एक सामान्य आर्किटेक्चर। गणना को एक समाधान वेक्टर $\vec{s}$ ढूंढने के रूप में तैयार किया जा सकता है जैसे कि:

$\vec{o} = M \cdot \vec{s} + \vec{n}$

जहां $M$ फोटोनिक सर्किट द्वारा लागू एक बड़ा, निश्चित मैट्रिक्स है, $\vec{s}$ इनपुट है (ब्लॉक डेटा और नॉन्स से प्राप्त), और $\vec{o}$ को एक लक्ष्य शर्त को पूरा करना होगा (जैसे, इसके हैश में अग्रणी शून्य)। शोर वेक्टर $\vec{n}$ अंतर्निहित भौतिक गुणों का प्रतिनिधित्व कर सकता है। सही $\vec{s}$ की खोज ब्रूट-फोर्स है, लेकिन समर्पित हार्डवेयर पर प्रत्येक मूल्यांकन अत्यंत तेज और कम-शक्ति वाला है।

5. Prototype & Experimental Results

शोध पत्र प्रस्तुत करता है Figure 1: oPoW Silicon Photonic Miner Prototypeविवरण एक प्रयोगशाला-स्तरीय सेटअप को दर्शाता है जिसमें शामिल है:

• एक वाहक बोर्ड पर लगा हुआ सिलिकॉन फोटोनिक चिप।
• लेजर प्रकाश के लिए ऑप्टिकल फाइबर इनपुट/आउटपुट।
• फोटोनिक चिप के प्रबंधन और ब्लॉकचेन नेटवर्क के साथ इंटरफेसिंग के लिए सहायक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण सर्किटरी (FPGA/CPU)।

Key Claimed Results:

• ऊर्जा दक्षता: फोटोनिक प्रोसेसर सैद्धांतिक रूप से अत्याधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ASICs की तुलना में प्रति-हैश 10-100 गुना बेहतर ऊर्जा दक्षता प्राप्त करता है, क्योंकि फोटोनिक घटक न्यूनतम ऊष्मा उत्पन्न करते हैं और प्रकाश प्रसार स्वाभाविक रूप से कम-शक्ति वाला होता है।
• गति: फोटोनिक कंप्यूटेशन चिप के भीतर प्रकाश की गति से संचालित होता है, जो प्रत्येक कम्प्यूटेशनल चक्र के लिए विलंबता लाभ प्रदान करता है।
• सत्यापन समता: एक मानक CPU एक oPoW समाधान को उतनी ही तेजी से सत्यापित कर सकता है जितनी एक मानक Hashcash समाधान को, जिससे नेटवर्क विकेंद्रीकरण बना रहता है।

नोट: यह पेपर एक प्री-प्रिंट (arXiv:1911.05193v2) है और वाणिज्यिक ASICs के विरुद्ध विशिष्ट, सहकर्मी-समीक्षित बेंचमार्क डेटा प्रदान नहीं किया गया है।

6. Analyst's Perspective: Core Insight & Critique

मुख्य अंतर्दृष्टि: डबरोव्स्की एट अल. केवल बिटकॉइन में मामूली बदलाव नहीं कर रहे हैं; वे इसके आर्थिक इंजन को सर्जिकल रूप से बदलने का प्रयास कर रहे हैं। वास्तविक नवाचार फोटोनिक्स नहीं है—बल्कि खनन की लागत आधार को एक उपभोज्य (ऊर्जा) से एक पूंजीगत संपत्ति (हार्डवेयर) में जानबूझकर पुनर्निर्मित करना है। यह PoW की सुरक्षा और गेम थ्योरी को मौलिक रूप से बदल देता है, संभावित रूप से इसे भौगोलिक रूप से अधिक लचीला और पर्यावरण के लिए कम हानिकारक बनाता है। यह क्रिप्टो के सामने आने वाली ESG (पर्यावरण, सामाजिक और शासन) की जवाबदेही के लिए एक सीधी प्रतिक्रिया है।

तार्किक प्रवाह: तर्क प्रभावशाली है: 1) PoW सुरक्षा के लिए लागत की आवश्यकता है, 2) वर्तमान लागत ऊर्जा है, जो समस्याएँ X, Y, Z पैदा कर रही है, 3) क्या हम लागत को हार्डवेयर बना सकते हैं? 4) हाँ, फोटोनिक्स के साथ। 5) इससे X, Y, Z हल हो जाती हैं। तर्क स्पष्ट है, लेकिन पूरी संरचना दो धारणाओं पर टिकी हुई है: कि इस कार्य के लिए फोटोनिक हार्डवेयर को श्रेष्ठ बनाया जा सकता है और और अधिक उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स (जैसे ASICs ने GPUs के साथ किया) के माध्यम से पुनः मुद्रीकरण के प्रति प्रतिरोधी बनाया जा सकता है, और यह कि पूंजीगत लागत स्वयं दुर्भावनापूर्ण अभिनेताओं को रोकने के लिए पर्याप्त रूप से "अपव्ययी" है—एक ऐसी प्रस्थापना जिसे डूबी लागत के भ्रम और हार्डवेयर पुनर्विक्रय बाजारों की संभावना से चुनौती मिलती है।

Strengths & Flaws:

• Strengths: बिटकॉइन की #1 पीआर समस्या (ऊर्जा) का समाधान करता है। विकेंद्रीकरण को बढ़ावा देता है। एक वास्तविक, प्रगतिशील हार्डवेयर ट्रेंड (एआई के लिए सिलिकॉन फोटोनिक्स) का लाभ उठाता है। CAPEX-प्रधान मॉडल वास्तव में सुरक्षा बजट को स्थिर कर सकता है।
• गंभीर खामियाँ: यह पेपर सार्वजनिक, ऑडिट करने योग्य क्रिप्टोग्राफिक विवरणों में हल्का है, जो "अस्पष्टता के माध्यम से सुरक्षा" की गंध देता है। यह एक नए, अलग प्रकार के केंद्रीकरण - अत्याधुनिक फोटोनिक फैब प्लांट्स (जैसे, Intel, GlobalFoundries) तक पहुंच के इर्द-गिर्द - के निर्माण का जोखिम पैदा करता है। संक्रमण की समस्या बहुत बड़ी है: मौजूदा बिटकॉइन पारिस्थितिकी तंत्र, जिसमें ASIC में अरबों का निवेश है, को oPoW अपनाने के लिए राजी करना एक राजनीतिक और आर्थिक दुःस्वप्न है, जो एक हार्ड फोर्क की तीव्रता जैसा है। जैसा कि शोधकर्ताओं द्वारा नोट किया गया है जैसे Biryukov and Khovratovich, खनन और सत्यापन दक्षता के बीच कोई भी असममितता एक संभावित कमजोरी है।

क्रियान्वयन योग्य अंतर्दृष्टि:

• निवेशकों के लिए: फोटोनिक्स और कंप्यूटिंग को जोड़ने वाली कंपनियों पर नजर रखें (जैसे Ayar Labs, Lightmatter)। oPoW बिटकॉइन को शायद सत्ताच्युत न करे, लेकिन यह एक नए, "हरे" ब्लॉकचेन के लिए जेनेसिस कर्नल बन सकता है जो ESG मानदंडों वाले संस्थागत पूंजी को आकर्षित करता है।
• डेवलपर्स के लिए: इसे अगली पीढ़ी के सर्वसम्मति डिजाइन के लिए एक खाका समझें। मूल विचार—किसी विशिष्ट, लाभप्रद हार्डवेयर प्रतिमान के लिए PoW को डिजाइन करना—शक्तिशाली है। पहले संकर मॉडल या छोटे, उद्देश्य-प्रेरित नेटवर्क में इसके अनुप्रयोग का अन्वेषण करें।
• उद्योग के लिए: यह एक विश्वसनीय चेतावनी है। बिटकॉइन समुदाय अब ऊर्जा संबंधी चिंताओं को FUD के रूप में खारिज नहीं कर सकता। भले ही oPoW विफल हो जाए, यह ASIC निर्माताओं पर क्रांतिकारी रूप से दक्षता सुधारने का दबाव डालता है और अन्य परियोजनाओं (जैसे एथेरियम ने Proof-of-Stake के साथ किया) को विकल्प तलाशने के लिए प्रेरित करता है। चर्चा स्थायी रूप से बदल गई है।

7. विश्लेषण ढांचा: एक गैर-कोड केस स्टडी

केस: एक स्थिरता-केंद्रित ब्लॉकचेन के लिए एक नए PoW एल्गोरिदम का मूल्यांकन।

ढांचा अनुप्रयोग:

1. समस्या परिभाषा: Our blockchain must have a physical cost for security but needs a >70% reduction in energy use vs. SHA256 to meet sustainability pledges.
2. समाधान स्क्रीनिंग (oPoW मूल्यांकन):
   • सुरक्षा: क्या यह एक सत्यापन योग्य, असममित लागत लगाता है? हाँ (विशेष हार्डवेयर)।
   • दक्षता: क्या यह ऊर्जा कटौती लक्ष्य को पूरा करता है? दावा किया गया है हाँ, स्वतंत्र ऑडिट की आवश्यकता है।
   • विकेंद्रीकरण: क्या हार्डवेयर की व्यापक पहुंच संभव है? जोखिम: उच्च प्रारंभिक लागत और विशिष्ट निर्माण प्रारंभिक पहुंच को सीमित कर सकता है।
   • अपनाने का मार्ग: क्या हम इसके साथ लॉन्च कर सकते हैं? एक नई श्रृंखला के रूप में संभव, Bitcoin माइग्रेशन के लिए असंभव।
3. निर्णय: oPoW एक उच्च-संभावित, उच्च-जोखिम उम्मीदवारएक वित्त पोषित अनुसंधान संघ के साथ आगे बढ़ें ताकि एक ओपन-सोर्स प्रोटोटाइप बनाया जा सके और ASICs के विरुद्ध कठोर बेंचमार्क प्रकाशित किए जा सकें। साथ ही, एक टोकनॉमिक्स मॉडल डिजाइन करें जो वितरित हार्डवेयर निर्माण को प्रोत्साहित करे।

8. Future Applications & Development Roadmap

अल्पकालिक (1-3 वर्ष):

• पूर्णतः ओपन-सोर्स oPoW एल्गोरिदम विनिर्देशों और संदर्भ फोटोनिक चिप डिजाइनों का विकास।
• एक छोटे पैमाने के टेस्टनेट (बिटकॉइन के शुरुआती दिनों के समान) का शुभारंभ, जो सुरक्षा और विकेंद्रीकरण की धारणाओं को व्यवहार में मान्य करे।
• ESG-रिपोर्टिंग या ग्रीन फाइनेंस के लिए निजी/कंसोर्टियम ब्लॉकचेन में लक्षित उपयोग, जहां ऊर्जा दक्षता एक प्रत्यक्ष नियामक या विपणन लाभ है।

मध्यम अवधि (3-7 वर्ष):

• यदि टेस्टनेट्स सफल होते हैं, तो oPoW को केंद्र में रखकर एक प्रमुख नई सार्वजनिक क्रिप्टोकरेंसी का लॉन्च, जिसे "हरित बिटकॉइन" के रूप में स्थापित किया गया है।
• मौजूदा ब्लॉकचेन (जैसे, एक मर्ज-माइंड साइडचेन) के लिए एक द्वितीयक, ऊर्जा-बचत परत के रूप में संभावित एकीकरण।
• फोटोनिक चिप निर्माण में प्रगति से लागत कम होना, पहुंच में सुधार।

Long-term & Convergence:

• oPoW हार्डवेयर AI inference के लिए एक्सेलेरेटर के रूप में दोहरे उद्देश्य की सेवा कर सकता है, जिससे खनिकों के लिए एक संकर आर्थिक मॉडल बनता है।
• ये सिद्धांत "प्रूफ ऑफ यूज़फुल वर्क" को प्रेरित कर सकते हैं, जहां फोटोनिक कंप्यूटेशन सत्यापन योग्य, वास्तविक दुनिया की वैज्ञानिक समस्याओं (जैसे, प्रोटीन फोल्डिंग सिमुलेशन) को भी हल करता है।
• NIST जैसे निकायों द्वारा फोटोनिक हैशिंग फ़ंक्शंस के संभावित मानकीकरण, जो पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी मानकों के समान है।

9. संदर्भ

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Back, A. (2002). Hashcash - एक Denial of Service Counter-Measure.
3. Dwork, C., & Naor, M. (1992). Pricing via Processing or Combatting Junk Mail. CRYPTO '92।
4. Biryukov, A., & Khovratovich, D. (2014). Equihash: सामान्यीकृत जन्मदिन समस्या पर आधारित असममित प्रूफ-ऑफ-वर्क। IACR क्रिप्टोलॉजी ईप्रिंट आर्काइव।
5. शेन, वाई., एट अल. (2017)। सुसंगत नैनोफोटोनिक सर्किट के साथ डीप लर्निंग। नेचर फोटोनिक्स। (फोटोनिक AI प्रोसेसर पर बाहरी स्रोत)
6. Buterin, V. (2022). Merge Complete. Ethereum Foundation Blog. (प्रमुख सहमति परिवर्तन संभाव्यता पर बाहरी स्रोत)