NFT 系列文章 ( 二 ):NFT 技術原理 & 耗能問題 介紹

本篇文章將針對 NFT 的底層基礎與運作原理詳細介紹,並探討 NFT 最為人所詬病的高耗能問題及其解決方法。若想更全面性的了解 NFT ,請參考 2021 NFT 新手指南這篇文章。

NFT 運作原理

NFT 系列文章第一篇,有提及因為 NFT 存在區塊鏈錢包裡,所以不需要過份擔憂它的安全性。在此段落中,筆者將更詳細地介紹所謂的「區塊鏈」,以及 NFT 如何在其中運作。

區塊鏈

區塊鏈是一種「分散式帳本」技術,而「分散式帳本」可以拆成「分散式」與「帳本」來解釋。首先,「帳本」,顧名思義,就是拿來紀錄交易的。例如,當小明轉帳給小美 100 元,帳本上就會記錄這筆轉帳資訊。

「分散式」,則是區塊鏈的重點,意指這份紀錄交易的帳本,不是小明或小美獨自擁有的,而是由大家共同擁有該帳本。因此,若有心人士在小明轉帳給小美 100 元後,竄改帳本的紀錄變成 50 元的話,因為和其他帳本的記錄不同,很快就會被揭穿。所以,區塊鏈具有不可竄改的特性。

回到 NFT,假設小明購買了小美自畫像的 NFT,這份交易紀錄將會被大家共同記載著,因此,小明能夠藉由這枚 NFT,向其他人證明「我,王小明,擁有這幅王小美的自畫像」。

即使不幸,有人成功竄改這份交易紀錄,試圖將小美自畫像的所有權改為駭客自己,也會因為駭客和大家的帳本記錄不同,而被發現。因此,NFT 在區塊鏈的保護之下,讀者不用過於擔心它的安全性。

以太坊

雖然說 NFT 底層技術是區塊鏈,然而,區塊鏈也不是只有一種,而大多數 NFT 的底層基礎都是一個名為「以太坊」的區塊鏈,其他則有像是 WaxFlow 等區塊鏈。

而以太坊與其他區塊鏈最大的差異之一就在於,在以太坊中,使用者能夠使用智能合約 (smart contracts)。這裡所說的「智能合約」,不是法律上的合約,而是一組程式碼,讓以太坊上的 NFT,能夠在符合一定條件之下,自動執行一組程式,例如轉移代幣給某人。

也是因為智能合約,NFT 才得以形成權利金機制。假設小美設定權利金比例為 10%,之後當小美的自畫像 NFT 被轉賣時,就會符合智能合約中的條件,智能合約因此會自動將轉賣價格的 10%,移轉給小美,保護創作者的權益。

NFT 運作方式

簡單來說,NFT 的運作方式,就是將含有網址的 NFT,上傳到區塊鏈當中,透過這個網址,使用者可以連結到所購買到的數位作品。

上述提到,區塊鏈上的紀錄,會被大家共享、並同步紀錄著。因此,如果將數位作品「整個檔案」上傳到區塊鏈中,讓所有人同步這個檔案資訊,成本會過高。所以,通常只會將「含有作品網址的 NFT」,紀錄在區塊鏈的帳本中。

然而,這麼做會有一個風險:當儲存作品的伺服器故障時,連結到該作品的網址也將作廢。自然地,NFT 也將隨著網址作廢而變得沒有價值,此時,NFT 擁有者就只能自認倒楣,承受損失。

不過,目前有一個辦法可以避開上述風險:利用 InterPlanetary File System (IPFS,星際檔案系統 )。IPFS 是一個能夠讓使用者安心儲存大量資料的系統,由於細節超出文章範圍,筆者就不多加贅述。讀者只需要知道上述風險,目前是有對應的解決方法就好了。

而「將 NFT 上傳到區塊鏈當中」又可以細分為幾個步驟。在以太坊中,NFT 首先會被以太坊認證為資產,再來,以太坊會將 NFT 擁有者的資訊,更新到 NFT 上,以作為所有權的證明。

接著,這些資訊會被以太坊上鎖保護著,大家會開始在各自的帳本上同步這項資訊。如此一來,假如資訊遭到竄改,就可以透過和其他人的帳本比對來發現。因此,NFT 的資訊會非常安全地被保護在區塊鏈當中。

NFT 耗能問題

由於大多數 NFT 都是使用以太坊區塊鏈,因此以太坊的耗能問題,自然地,就成為了 NFT 的一大缺點

以太坊 1.0 的問題 – PoW (Proof-of-Work)

以太坊目前處於進化階段,但仍未完全進化,而目前仍在使用的、還未進化的以太坊,稱作「以太坊 1.0」,進化後的版本,則稱作「以太坊 2.0」

以太坊 1.0 的運作方式是名為 PoW 的「共識機制」。如同「NFT 運作方式」段落提及,「NFT 資訊會被以太坊上鎖保護著,並且大家在各自的帳本上同步這項資訊」,這個運作方式的細節,就是 PoW 共識機制。

其中,「上鎖保護」更詳細的說明是,以太坊 1.0 會用一道困難的數學題目,來為這些資訊上鎖。 用比喻來說明的話,被保護的資訊,就像是一個箱子 ( 區塊 ) 中的物品,而數學題目,就是箱子 ( 區塊 ) 上的「鎖」。這些鎖需要符合一定的安全規定,並且彼此間具備連鎖的特性,因此,這些鎖會將每個箱子 ( 區塊 ) 串起來,形成「區塊鏈」。

而提供電腦運算能力,幫助上鎖的節點,就是所謂的「礦工」。在所有礦工中,最先算出符合安全規定的「鎖」、最先得出數學題目答案的礦工,會得到些許以太幣,作為獎賞,同時,這個答案也會公布給其他節點同步訊息,這個同步的動作,就是指「大家在各自的帳本上同步資訊」。同步完成,就代表完成資料上鎖。

簡而言之,PoW 就是「所有礦工競爭,最先算出答案者獲得獎賞,並讓其他節點跟著同步資訊」的機制。值得注意的是,隨著幣值價格上漲,引來更多礦工競爭後,數學題目會逐漸變得困難,因而需要越來越多的運算能力,並耗費更多電力。

雖然 PoW 建立了一個礦工競爭的市場,保證了資料的安全性,但其耗能也著實驚人。目前,以太坊 1.0 被預估,每年消耗的電力,相當於匈牙利整年的耗電量。而 NFT 因為有頻繁交易、競標等動作,被預估其耗能,是一般以太坊 1.0 交易耗能的 10 倍。

數位藝術家 Memo Akten 對 18,000 個 NFT 作品的分析指出,平均每個 NFT 所耗費的電能,超過歐洲平均每人一個月的電量耗費,可以說是十分恐怖的耗電量。

解決方法 1 – 等待以太坊 2.0 的到來

最直接解決 NFT 耗能的方法,就是等待以太坊進化到 2.0。

碳補償公司 Offsetra 共同創辦人 Brendan McGill 指出,以太坊 2.0 能夠降低 NFT 的耗電量高達 99% 之多。具體一點來說, 100,000 筆 Visa 信用卡交易需要 149 度電;100,000 筆以太坊 2.0 交易則只需要 17.4 度電。

雖然不能直接拿 Visa 和以太坊 2.0 比較,畢竟以太坊不只會處理交易紀錄,還需要耗能處理其他事情,再加上以太坊的耗能是以時間為計算的:同樣時間內,不管處理多少筆交易,以太坊的耗能都一樣。然而,這個比較仍然能讓人更清楚知道以太坊 2.0 的省電程度。

以太坊 2.0 會在耗能上有如此巨大的進步,就是因為以太坊 2.0 不再使用 PoW 機制,而是改為使用不需要礦工提供運算能力的 PoS (Proof of Stake) 機制,由於細節超出本文範圍,筆者在這裡就不多加贅述,有興趣的讀者請觀看「以太坊2.0 是什麼?以太坊為什麼要升級?」

然而,這個解決方法的缺點就是,需要時間等待以太坊進化到 2.0。其實以太坊從 1.0 進化到 2.0 需要經過階段 0、階段 1、階段 1.5 以及階段 2.0,而目前已經走完階段 1 了,在下一個階段中,以太坊 1.0 會和以太坊 2.0 的區塊鏈結合,該階段預期會在 2022 年前完成。不過,有些人懷疑以太坊 1.0 是否真的會在未來成功進化到以太坊 2.0。

解決方法 2 – 使用低耗能區塊鏈的 NFT

既然耗能問題是以太坊 1.0 引起的,那麼,只要選擇其他低耗能的區塊鏈,就能夠解決 NFT 的耗能問題了。

例如,藝術家 Damien Hurst 近期在區塊鏈 Palm sidechain 上發行一系列 NFT,該區塊鏈據說耗能比 PoW 機制還要少 99%, Damien Hurst 也表示該區塊鏈運作更加快速且便宜。

另一個以太坊 1.0 的替代品則是區塊鏈 Flow,Flow 所採用的機制正是以太坊 2.0 將採用的 PoS。NFT 系列文章 ( 一 ) 中所提到專門處理 NBA 精彩片段 NFT 的 Top Shot 平台,正是使用 Flow 當作底層技術。

解決方法 3 – 碳足跡補償機制

目前解決 NFT 耗能問題最主流的方法之一,則是碳足跡補償機制。

2019 年 3 月,許多知名數位藝術家,包含以約 19 億天價售出 NFT 藝術作品的創作者 Beeple,共同販售碳中和作品,意思是賣出作品所獲得的營利,將會用於抵消區塊鏈所造成的環境破壞,而每位藝術品則會獲得 60 噸的碳排放額度,供創作者使用。

而碳補償公司 Offsetra 也在近期發起一個工具, 該工具會以以太坊錢包為單位,幫助藝術家和買家計算他們所造成的碳足跡量有多少。

Offsetra 開發出來計算碳足跡的工具,擷取自 Carbon.fyi

結論

以區塊鏈技術為基礎的 NFT 安全性非常高,然而這也使其具有耗能問題,並且被環保人士大力批評。然而,針對高耗能的問題,有許多解決方法,也許在不久的將來,NFT 就不再會被其高耗能的缺點,所限制住它的發展。

看完 NFT 系列文章中的前兩篇後,相信讀者已經在廣度、深度上,都對 NFT 有一定的了解程度。接下來,認為 NFT 有價值的讀者,就可以接續看 NFT 系列文章中的第三篇文章,讀者將能夠學到如何在實務上購買 NFT ,或是藉由 NFT 獲利。

參考資料

  1. Offsetra
  2. 以太坊2.0 是什麼?以太坊為什麼要升級?- ASPER 行銷
  3. Palm, A New NFT Ecosystem and Studio for Creators, Announces Launch of First Project with Damien Hirst – businesswire
  4. Carbon.fyi – Offsetra
  5. 區塊鏈知識大全 – ASPER 行銷
  6. 虛擬貨幣懶人包,所有關於虛擬貨幣你該知道的事 2021 – ASPER 行銷
  7. WAX
  8. Flow
  9. Non Fungible Tokens: US legal issues to be considered – withersworldwide
  10. Formulating a smart contract and minting an NFT – Schoenherr
  11. NFT Royalties: What Are They and How Do They Work? – Cyberscrilla
  12. Non-fungible tokens (NFT) – Ethereum
  13. The Unreasonable Ecological Cost of #CryptoArt (Part 1) – Memo Akten’s Medium
  14. NFTs may be the future of art — but are they threatening the future of the planet? – CBS News

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