Управление изменением климата в энергетической сфере с помощью блокчейн и оракулов

Энергетическая отрасль переживает значительные инфраструктурные и рыночные преобразования в связи с растущим спросом на экологически чистую энергию, в основном обусловленным попытками сдержать вредные последствия изменения климата. Чтобы облегчить переход к экологически чистой энергии, были введены государственные субсидии и программы финансового стимулирования для привлечения инвестиций в проекты возобновляемой энергетики и технологии утилизации углерода. Кроме того, были разработаны глобальные системы отчетности о климатических выбросах для установления более высоких международных стандартов и обеспечения подотчетности. Однако переход к экологически чистой энергетике сопряжен с целым рядом проблем: от убеждения различных заинтересованных сторон в необходимости принятия на себя обязательств по достижению амбициозных целей в области изменения климата до удовлетворения глобального спроса на энергию при внедрении менее предсказуемых возобновляемых источников энергии и сдерживания инфляционного давления на цены на энергию в течение всего переходного процесса.

Технология блокчейн может стать важным инструментом в поддержке необходимого перехода к чистой энергии, выступая в качестве общей инфраструктуры с открытым исходным кодом, которая позволяет нескольким независимым сторонам отслеживать активы через глобальный реестр и обеспечивать соблюдение соглашений с помощью криптографической истины. Используя блокчейн, энергетическая отрасль может лучше оцифровать и присвоить ценность инвестициям в чистую энергию, что приведет к более демократичному доступу к денежным потокам от «зеленых» инвестиций, большей прозрачности успеха проектов в области чистой энергии и большей подотчетности заинтересованных сторон, выполняющих свои обязательства.

Для того чтобы блокчейн смог оказать такую поддержку энергетической отрасли, необходима инфраструктура, известная как оракулы. Оракулы — это промежуточное программное обеспечение, которое доставляет данные вне цепочки (например, энергетические данные) в блокчейн, выполняет безопасные вычисления вне блокчейн и облегчает связь между различными блокчейнами. Как безопасное промежуточное программное обеспечение, оракулы позволяют блокчейну и приложениям смарт-контрактов, которые работают на нем, взаимодействовать с потоками данных реального мира и традиционными внутренними системами. Оракулы имеют решающее значение для реализации основанных на блокчейне рынков инвестиций и управления чистой энергией, поскольку они соединяют существующую энергетическую отрасль с блокчейном. Благодаря оракулам можно открыть множество новых вариантов использования блокчейна в чистой энергетике, таких как токенизированные денежные потоки для проектов возобновляемой энергии, надежные системы рейтингов на цепочке для «зеленых» облигаций, специализированные рынки деривативов, основанные на децентрализованных энергетических эталонах, системы углеродных кредитов, полученных на основе измеряемого поглощения углерода, автоматизированные контракты на преобразование энергии, привязанные к результатам работы возобновляемых источников, и многое другое.

Сочетание блокчейн и оракулов открывает путь вперед для энергетической отрасли, позволяя ей модернизировать свою инфраструктуру и достичь амбициозных целей устойчивого развития, которые являются критически важными для корпораций и отраслей в 21 веке.

Текущие изменения в энергетической отрасли

Чтобы понять потенциальную ценность решений на основе блокчейна в энергетике, важно сначала определить текущие изменения в энергетической отрасли, которые стимулируют переход на чистые и возобновляемые источники энергии. Текущие изменения можно разделить на четыре широкие категории:

• Спрос: изменение климата и повышение уровня жизни

• Предложение: прогресс в технологиях возобновляемых источников энергии

• Управление: децентрализация энергетических сетей

• Внешние факторы: политика, инфляция и пандемия COVID-19

Спрос: Изменение климата и повышение уровня жизни

Самой главной движущей силой перехода на чистую и возобновляемую энергию (ВИЭ) является попытка смягчить вредное воздействие изменения климата путем сокращения выбросов CO₂ — основного побочного продукта энергии, получаемой из ископаемого топлива, который повышает глобальную температуру за счет выброса парниковых газов в атмосферу. Несмотря на то, что до сих пор остается множество неизвестных моментов, касающихся потенциального воздействия увеличения выбросов CO₂ в различных регионах мира, растет международное сотрудничество по предотвращению катастрофических рисков путем достижения общих климатических целей, таких как ограничение глобального потепления до 1,5°C к 2050 году, как указано в Парижском соглашении, и достижение нулевых выбросов углерода к 2050 году — цель, которую обязались выполнить более 130 стран.

Для достижения этих целей правительства начали принимать более агрессивные меры по стимулированию «зеленых» инвестиций с помощью различных субсидий, грантов, скидок и налоговых льгот. Например, правительство Нидерландов приняло схему стимулирования производства устойчивой энергии (SDE+), которая предусматривает выделение миллиардов государственных средств на субсидии, направленные на увеличение производства возобновляемой энергии на 16% к 2023 году . Эта схема не только поддерживает собственные энергетические цели Нидерландов, но и способствует достижению цели ЕС по сокращению выбросов парниковых газов на 40% (по сравнению с уровнем 1990 года) к 2030 году.

Правительства также создают новые внутренние и международные политические рамки, направленные на увеличение минимальной доли возобновляемых источников энергии в сетях и обеспечение выполнения заинтересованными сторонами общих обязательств по использованию чистой энергии. Некоторые из различных рамочных документов, предложенных за последнее десятилетие, включают Парижское соглашение по климату, Целевую группу по раскрытию финансовой информации, связанной с климатом (TCFD), Целевую группу по раскрытию финансовой информации, связанной с природой (TNFD), Монреальский протокол, Финансовый альянс Глазго за «чистый ноль», Инициативу по научно обоснованным целям и др.

Наряду с климатическими проблемами, еще одним ключевым фактором спроса на чистую энергию является общее повышение уровня жизни во всем мире.

После удовлетворения основных потребностей население переключает свое внимание на достижение более высокого качества жизни и защиту планеты. Чистые и устойчивые источники энергии рассматриваются как ключевой фактор улучшения жизни общества, ведущий к снижению загрязнения воздуха, улучшению здоровья людей и более гармоничным природным экологическим системам.

Рост потребительского спроса на чистую энергию не только влияет на привычки личных расходов, но и создает социальное давление на правительства, инвестиционные фонды, предприятия и другие стороны, заставляя их отказаться от инвестиций в производителей ископаемого топлива и поддержать «зеленые» и устойчивые инвестиции. Одним из побочных результатов этого является быстрый рост рынка «зеленых» и устойчивых облигаций, который, как ожидается, к 2023 году составит более 1 триллиона долларов США. Также увеличилось число компаний, разрабатывающих стандарты экологического, социального и управленческого менеджмента (ESG), чтобы продемонстрировать инвесторам свою приверженность таким целям, как экологически чистая и устойчивая энергетика.

Предложение: Прогресс в технологиях возобновляемых источников энергии

Рост спроса на чистую энергию дополняется ростом ее предложения благодаря технологическому прогрессу и росту стратегических процессов внедрения, которые делают производство инфраструктуры чистой энергии более дешевым, а ее эксплуатацию более эффективной. Например, солнечные панели за последние годы стали намного эффективнее. Всего пять лет назад самая эффективная солнечная панель для домовладельцев могла преобразовать в полезную энергию лишь 17,8% солнечного света, в то время как многие коммерческие солнечные панели сегодня способны генерировать 20-23%.

Ветряные турбины также стали более мощными в результате усовершенствования аэродинамики лопастей и использования более качественных материалов, что позволяет им развивать большую скорость и при этом производить меньше шума за счет увеличения размеров и высоты. Кроме того, ветроэнергетика все чаще используется в офшорных зонах, где ветровой поток не ограничен орографией. Такое стратегическое расположение привело к более постоянным и устойчивым ветровым потокам, продлевая срок службы генераторов за счет снижения механического напряжения на генераторы и позволяя использовать более крупные генераторы, которые работают непрерывно ближе к своим номинальным значениям, по сравнению с береговыми установками, которые работают менее стабильно.

Повышение эффективности сделало инфраструктуру производства энергии в виде распределенных энергетических ресурсов (РЭР) более дешевой для строительства и инвестиций. В период 2010-2019 годов цены на возобновляемые источники энергии значительно снизились: цены на солнечные фотоэлектрические установки (PV) снизились на 82%, концентрированную солнечную энергию (CSP) — на 47%, наземные — на 39%, а морские ветряные установки — на 29%. Такое снижение цен сделало ВИЭ более конкурентоспособными на финансовых рынках по сравнению с традиционными ископаемыми источниками энергии, такими как уголь и нефть. Хотя цены на энергию сильно варьируются в зависимости от страны, производство электроэнергии на ископаемом топливе обычно стоит от $0,05/кВтч до $0,18/кВтч. Что касается ВИЭ, то Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IREA) оценивает стоимость гидроэлектроэнергии в среднем в $0,05 за киловатт-час (кВтч), а стоимость новых электростанций на основе наземного ветра, солнечной фотоэлектрической энергии (PV), биомассы или геотермальной энергии сейчас обычно опускается ниже $0,10 за кВтч.

Данные выше приведены для рынка США.

Сочетание снижения стоимости и растущего спроса привело к тому, что за последние семь лет в сеть ежегодно добавлялось больше возобновляемой энергии, чем ископаемого топлива и атомной энергии вместе взятых. По оценкам, в 2020 году в мире введено 260 гигаватт (ГВт) новых генерирующих мощностей на основе возобновляемых источников энергии — более чем в четыре раза больше, чем из других источников.

Управление: Децентрализация энергетических сетей

Рост предложения и спроса на ВИЭ ставит новые задачи по поддержанию баланса все более распределенной энергосистемы при постоянном увеличении доли прерывистой возобновляемой генерации. Это создает динамику, при которой энергосети должны постоянно поддерживать рынок, который должен обслуживаться — потребители ожидают получать энергию каждый раз, когда они щелкают выключателем или подключают устройство, без сбоев — и в то же время постоянно включать все больше источников ВИЭ, которые, как правило, менее предсказуемы с точки зрения выработки, производительности и стоимости.

Прежде чем рассматривать различные динамики управления децентрализованными энергосетями, давайте определим некоторые из основных заинтересованных сторон в энергетической отрасли:

• Независимые производители электроэнергии (НПП) генерируют энергию и поставляют ее на оптовые энергетические рынки. Часто это крупные электростанции, работающие на ископаемом топливе, или промышленные проекты в области ВИЭ, такие как гидроэлектрические плотины, солнечные поля и ветряные электростанции.

• Распределенные энергетические ресурсы (РЭР) — это мелкие производители энергии, обычно состоящие из отдельных лиц, малых предприятий или микросетей, которые потребляют и/или поставляют местную энергию с помощью персональных установок, таких как солнечные батареи, домашние аккумуляторы и электромобили.

• Потребители — это лица, подключенные к сети (в основном к распределительной сети низкого напряжения), которые имеют возможность либо потреблять электроэнергию, либо производить энергию (в большинстве случаев ВИЭ).

• Розничные продавцы покупают энергию оптом на оптовых рынках и перепродают ее региональным и местным потребителям. Иногда в качестве розничных продавцов могут выступать ИПП.

• Потребители покупают энергию для использования в своих домах, на предприятиях и в повседневной жизни. Крупным потребителям разрешено участвовать в оптовых рынках, в то время как мелкие потребители могут покупать энергию только через розничных продавцов.

• Операторы систем передачи (ОСП) управляют активами передачи (например, линиями электропередачи) и поддерживают баланс сети.

• Операторы распределительных систем (ОРС) управляют распределением энергии от магистральных линий электропередачи до потребителей.

• Операторы рынка создают и управляют рыночными площадками, на которых покупается и продается энергия, включая спотовые, внутридневные и различные рынки деривативов.

• Правительства несут ответственность за разработку дизайна рынка, мониторинг неправильного поведения, разработку сетевых кодексов и обеспечение удовлетворения энергетических потребностей и целей своей юрисдикции.

Одним из основных нарушений в энергетической отрасли является рост использования ВИЭ. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в период с 2019 по 2020 год доля ВИЭ в мировом производстве электроэнергии увеличилась с 27% до 29%. Согласно данным Центра климатических и энергетических решений (C2ES), к 2040 году этот показатель вырастет до 45%.

Проблема заключается в том, как включить растущее число производителей ВИЭ в энергосистему, чтобы достичь энергетических целей, связанных с изменением климата, и при этом постоянно поддерживать баланс энергосистемы и низкую стоимость энергии. Основная проблема заключается в непредсказуемом и недиспетчерском характере производства энергии из ВИЭ, что означает, что энергия из возобновляемых источников не всегда может быть выработана или использована по требованию, а также не всегда стабильна при наличии внешних переменных (например, погоды). В результате операторы энергосистем лишают многие бытовые ЦЭР и просуммеры возможности поставлять энергию в сеть.

Одной из основных причин этого является то, что DSO, в которых DER должны регистрироваться перед подключением к распределительной линии, исторически были очень консервативны в принятии DER, которые могут нарушить пределы безопасности силового оборудования в наихудших условиях, которые оцениваются с помощью моделирования потоков мощности. Это явление, часто называемое свертыванием сети, является одним из основных препятствий для внедрения ВИЭ, поскольку во многих случаях сеть приходится усиливать, чтобы справиться с ситуацией, когда выработка ВИЭ значительно превышает потребление.

Для того, чтобы включить МЭР и потребителей, энергетической отрасли необходимо сместить акцент на подход, в большей степени ориентированный на потребителя. Такой переход потребует крупных инвестиций в модернизацию энергетической инфраструктуры, таких как установка большего количества «умных» счетчиков, разработка передовых услуг по балансировке нагрузки, внедрение платформ для совместного управления энергосистемой и создание более доступных и прозрачных рынков для отслеживания и обмена как энергией, так и деньгами. С более взаимосвязанной интеллектуальной сетью, просумеры, микросети, агрегаторы и одноранговые энергетические рынки могут быть легче интегрированы в общую сеть благодаря большей предсказуемости и мониторингу в режиме реального времени.

Еще одним фактором децентрализации энергосетей является Индустрия 4.0: ступенчатое повышение уровня взаимосвязанности и интеллектуальной автоматизации в промышленных приложениях. Некоторые из основополагающих элементов Индустрии 4.0 включают использование интеллектуальных устройств, которые в цифровом виде отслеживают различные промышленные и бытовые процессы, межмашинную связь, которая автоматизирует передачу данных и платежи между устройствами, а также передовые алгоритмы машинного обучения/искусственного интеллекта (ML/AI), которые постоянно повышают эффективность и точность рабочих процессов.

Индустрия 4.0 окажет значительное влияние на баланс энергосистемы, особенно учитывая большое количество устройств, подключаемых к сети с помощью интеллектуальных технологий. Например, электросети должны будут учитывать распространение электромобилей и инфраструктуры для их зарядки, добавление «умных» бытовых приборов и крупных аккумуляторных батарей, а также модернизацию устаревшей инфраструктуры за счет интеграции различных датчиков и исполнительных механизмов.

Эти взаимосвязанные устройства требуют создания цифровых систем управления энергопотреблением, которые позволяют лучше отображать исторические профили потребителей по потреблению энергии, отслеживать выходы ЦОР в конкретных географических регионах и понимать наиболее эффективные способы маршрутизации энергии при максимальном использовании чистых источников энергии. К счастью, интеллектуальные устройства повысили наблюдаемость, а во многих случаях и управляемость, что может улучшить предсказуемость спроса и снизить масштаб участия в механизмах управления сетью до меньших по размеру единиц ЦЭР.

Внешние эффекты: Политика, инфляция и пандемия COVID-19

Переход к более децентрализованным и работающим на чистой энергии сетям должен будет преодолеть несколько отдельных, но взаимосвязанных внешних факторов, которые в настоящее время влияют на энергетические рынки. Одним из внешних факторов является геополитика, в частности, вопрос о том, как перейти к экологически чистой энергии, когда экономика многих крупных стран зависит от продажи ископаемого топлива. Конкуренция за доминирование в торговле энергоресурсами и разногласия по поводу целей и задач в области энергетики, несомненно, приведут к политическим баталиям, которые потребуют дипломатического сотрудничества.

Инфляция является еще одним важным внешним фактором, влияющим на переход к чистой энергии, поскольку она влияет на цены на энергоносители. На инфляцию цен на энергоносители влияет целый ряд факторов, таких как монетарная политика центральных банков, геополитические споры, заработная плата потребителей и изменения цен на CO₂ в результате регулирования изменения климата, направленного на снижение выбросов и развитие чистой энергетики.

Наконец, COVID-19 и возможные будущие пандемии поставили новые задачи по оценке энергетических профилей и производства в условиях непрерывной работы. Неожиданные сдвиги в поставках и спросе на энергию в связи с изменениями в мировой торговле или в структуре потребления внутри страны должны будут учитываться операторами энергосистем и правительствами.

Для того чтобы реагировать на эти внешние факторы, очень важно определить стратегии, которые позволят динамично использовать по мере необходимости наиболее доступные запасы энергии, такие как уголь и газ, но при этом придерживаться долгосрочной цели устойчивого и чистого энергетического будущего.

Гибридные смарт-контракты: Платформа для решений в области энергетики на базе блокчейна

В следующем разделе будет представлен обзор гибридных смарт-контрактов как новой основы для создания решений в области энергии. Гибридные смарт-контракты состоят из трех основных уровней:

• Блокчейн: база данных и расчетный уровень

• Смарт-контракты: прикладной уровень

• Оракулы: слой данных, связь блокчейн и внешних данных, специализированные вычисления.

Блокчейн: База данных и расчетный уровень

Блокчейн — это распределенный реестр, который отслеживает право собственности на все данные и/или активы, хранящиеся и передаваемые между пользователями сети.

Блокчейн состоит из адресов, полученных из открытых ключей, которые хранят данные/активы, доступ к которым могут получить только пользователи с закрытым ключом, уникальным для этих адресов. Блокчейн использует децентрализованную сеть компьютеров (узлов) для постоянного расширения книги учета и проверки того, что каждая вновь представленная транзакция соответствует предопределенному набору правил, заданных в его основном программном обеспечении, прежде чем быть включенной в обновление реестра. Узлы блокчейна (т.е. майнеры/валидаторы) объединяют ожидающие транзакции в структуры данных, называемые блоками, и предлагают их сети. Затем отдельный набор узлов блокчейна (часто называемых полными узлами) проверяет вновь предложенные блоки с помощью децентрализованного механизма консенсуса.

Механизм консенсуса предназначен для того, чтобы все узлы согласились с тем, что новый блок транзакций действителен, например, путем проверки того, что подписи закрытых ключей соответствуют соответствующим адресам, адреса имеют достаточный баланс на цепочке, чтобы покрыть их транзакции и соответствующие сборы, а работа других майнеров/валидаторов действительна. Каждый новый утвержденный блок криптографически связан с предыдущим блоком, что крайне затрудняет фальсификацию, поскольку нарушает линейный характер реестра.

Блокчейн обладает многими привлекательными свойствами для пользователей. Во-первых, блокчейн устраняет роль центрального администратора и заменяет ее децентрализованной сетью участников, которые материально стимулированы к честному добавлению новых блоков в реестр и соблюдению правил протокола. Децентрализация и автоматизированные финансовые вознаграждения/наказания (например, вознаграждение за блок, плата за транзакции и слэш) являются ключевыми свойствами, которые придают вычислениям в блокчейне высокую устойчивость к взлому и корректность, а базам данных блокчейна — высокую целостность и неизменяемость.

Децентрализация также приводит к постоянной доступности и безотказности сети, а также к беспрепятственному доступу как для пользователей, так и для разработчиков. Кроме того, блокчейн, как правило, очень прозрачен, использует программное обеспечение с открытым исходным кодом и позволяет пользователям проводить аудит всех исторических транзакций, начиная с генезисного блока.

Однако не все блокчейны одинаковы, поэтому не все описанные выше свойства в равной степени присутствуют во всех блокчейнах. Свойства блокчейна различаются из-за явления, описанного соучредителем Ethereum Виталиком Бутериным как трилемма масштабируемости (также называемая трилеммой блокчейна), которая гласит, что сети блокчейна могут оптимизировать только два из трех желаемых свойств: децентрализация, безопасность и масштабируемость. Децентрализация оценивается по тому, сколько независимых узлов имеют аппаратные требования для участия в сети и хранения копии всего реестра. Безопасность основывается на том, насколько блокчейн устойчив к атакам злоумышленников в отношении целостности механизма консенсуса и данных реестра. А масштабируемость связана с вычислительной производительностью сети и количеством транзакций в секунду. Существуют также различия в том, как блокчейн решает проблему конфиденциальности сетевых транзакций.

Из-за этих компромиссов блокчейн различается по многим параметрам, например, по тому, как формируется консенсус, кто может участвовать в консенсусе, сколько узлов может поддерживать механизм консенсуса, кто может совершать транзакции в сети и насколько широкой публике доступны детали транзакций. Кроме того, существуют различия в архитектуре блокчейн, например, единая монолитная сеть узлов, выполняющих все операции, или разделение обязанностей на разных уровнях стека. Например, многие блокчейны сейчас поддерживаются сетями второго уровня, сайдчейнами и параллельным шардингом. В экосистеме блокчейн многие широко распространенные сети, такие как Ethereum, переводят свои механизмы консенсуса на более эффективные вычислительные модели и анализируют альтернативные варианты, чтобы существенно снизить влияние блокчейн на энергопотребление.

Несмотря на их различия, считается, что блокчейн обладает огромным трансформационным потенциалом благодаря своей способности создавать единый, хорошо проверенный источник истины для распределенного набора независимых заинтересованных сторон, который иногда называют «золотой записью». Блокчейн также может помочь многосторонним бизнес-процессам ограничить расхождения при согласовании и повысить эффективность, выступая в качестве общей, устойчивой к цензуре базы данных и/или системы расчетов.

Смарт-контракты: Уровень приложений

Хотя блокчейн в основном известен для отслеживания владения криптовалютой, его способность поддерживать смарт-контракты открывает гораздо больше возможностей для размещения защищенных от взлома приложений и цифровых контрактов. Умные контракты — это программы на блокчейне, которые передают стоимость, обновляют приложения или документируют события при выполнении определенных заранее условий. Основная логика смарт-контрактов такова: если происходит событие X, то выполняется действие Y.

Умные контракты сыграли важную роль в нескольких инновациях блокчейна. Например, смарт-контракты позволяют одному блокчейну, такому как Ethereum, поддерживать множество различных токенов, помимо его родной монеты ETH. Каждый контракт на токены служит мини-реестром в общем реестре, со своим собственным набором правил и графиком выпуска. Некоторые популярные типы контрактов с токенами включают токены управления для голосования по изменениям протокола, токены полезности для платежей или страхования протокола, а также невзаимозаменяемые токены (NFTs), которые представляют собой право собственности на уникальный актив.

Умные контракты также позволяют разрабатывать децентрализованные приложения (dApps), которые могут быть общедоступными или развернутыми для конкретного бизнес-процесса между различными контрагентами. Смарт-контракты определяют, как пользователи могут взаимодействовать в конкретном dApp, устанавливая условия, которые должны быть выполнены до принятия транзакций.

Примером применения смарт-контракта на рынке децентрализованных финансов (DeFi) является Aave. Aave — это децентрализованный денежный рынок без ограничений, который позволяет любому человеку заимствовать активы путем внесения залога и предоставлять активы взаймы для получения процентов. Чтобы защитить капитал кредиторов от неплатежеспособности, заемщики должны предоставлять залог по своему кредиту в соответствии с установленным коэффициентом соотношения кредита к залогу (LTV) (например, 150%). Если коэффициент LTV заемщика опускается ниже заданного, то внесенный им залог может быть ликвидирован и передан кредитору.

Ценность смарт-контрактов заключается в их способности снижать риск контрагента и повышать эффективность цифровых соглашений. Участники смарт-контракта имеют твердую уверенность в том, что условия договора будут соблюдены в точности так, как они были представлены в блокчейне. Больше ни один контрагент, особенно тот, в распоряжении которого больше капитала и власти, не сможет повлиять на исход договора, в одностороннем порядке изменив условия соглашения, отказавшись платить по своим обязательствам или запугивая более мелкого контрагента дорогостоящим судебным разбирательством. Снижение риска контрагента и повышение надежности, обеспечиваемое смарт-контрактами, заставляет многих с воодушевлением говорить о способности блокчейн поддерживать новые автоматизированные, основанные на данных бизнес-процессы и приложения.

Оракулы: Данные, связь блокчейн с реальными данными и специализированный вычислительный слой

Одно из фундаментальных ограничений блокчейн заключается в том, что это изолированные сети, по своей природе не связанные с другими сетями или системами. Отсутствие внешних связей называется «проблемой оракула» и приводит к тому, что смарт-контракты не имеют встроенного механизма для чтения из внешних интерфейсов прикладного программирования (API) и записи в них.

Без двунаправленной связи с внешним миром смарт-контракты могут быть созданы только на основе данных, сгенерированных внутри блокчейна, и выполняться на основе вычислительных возможностей базового блокчейна. В результате смарт-контракты по своей сути не могут проверять реальные события, взаимодействовать с унаследованной инфраструктурой или выполнять более специализированные вычисления. Такие ограничения представляют собой серьезную проблему для принятия смарт-контрактов, поскольку подавляющее большинство договорных соглашений, которые могут быть использованы в качестве смарт-контракта, требуют входов, выходов и вычислений, доступных только вне блокчейна (off-chain).

Например, смарт-контракты по своей природе не могут получать внешние данные для запуска их исполнения, такие как данные о погоде для определения выплат по параметрическому договору страхования урожая или данные IoT для подтверждения того, прибыл ли товар до оплаты производителю. Диапазон внешних данных, которые могут понадобиться смарт-контракту, огромен: цены на активы, метеорологические данные, показания датчиков IoT, результаты спортивных матчей, информация из бэкенда предприятия и многое другое.

Проблема оракула также означает, что смарт-контракты не могут отправлять выходные данные во внешние системы. Например, смарт-контракт может захотеть отправить платежную инструкцию в традиционную платежную систему, чтобы урегулировать соглашение в местной фиатной валюте, а не в криптовалюте на блокчейне. Умный контракт также может захотеть повлиять на киберфизическую систему или IoT-сеть вне цепи при выполнении определенных условий, например, открыть арендованное жилье при проверке идентификатора гостя или отключить энергоснабжение потребителя от сети при низком рыночном спросе.

Наконец, все больше и больше смарт-контрактов должны перемещать данные, активы и команды между разрозненными блокчейнами. Интероперабельность блокчейна — это ключ к созданию более широкого спектра сценариев использования, таких как кросс-чейн приложения, которые получают данные из одного блокчейна, выполняют логику контракта на другом и производят расчеты на третьем. Это также важно для крупных предприятий и учреждений, которые работают с множеством отдельных контрагентов по всему миру, каждый из которых имеет свои собственные предпочтения в отношении блокчейна.

Для того чтобы преодолеть фундаментальные ограничения блокчейн, смарт-контракты должны использовать дополнительную часть безопасного промежуточного программного обеспечения, известного как оракул. Оракулы — это структуры, которые предоставляют смарт-контрактам любые данные и вычисления, к которым они не могут получить доступ на родном блокчейне. Услуги оракула часто включают соглашения об уровне обслуживания (SLA) между оракулом и запрашивающим пользователем, которые определяют условия обслуживания, вознаграждения и штрафы за работу оракула.

Хотя сегодня оракулы широко известны для предоставления данных из внешних API в блокчейн, в более широком смысле они функционируют как гибкий офф-чейн субъект. Это включает в себя подключение смарт-контрактов к внешним источникам данных, доставку результатов внешним системам от имени смарт-контрактов, выполнение функций специализированного уровня исполнения для вычислений с минимальным уровнем доверия и обеспечение кросс-чейн совместимости.

Поскольку услуги оракула выполняются вне блокчейна и напрямую влияют на результат смарт-контрактов, важно, чтобы оракулы использовали различные методы минимизации доверия для обеспечения сквозной безопасности и надежности приложения на блокчейне. Минимизация доверия означает, что безопасность и надежность процесса становятся более детерминированными, а не зависят от неизвестных, неконтролируемых или непредсказуемых переменных, таких как вмешательство человека и централизованные системы.

Одним из основных методов минимизации доверия оракулов является децентрализация, как на уровне узла оракула, так и на уровне источника данных. Так, например, Chainlink, распространённая для отрасли сеть оракулов, стала пионером децентрализованных сетей оракулов (DONs) — архитектурной модели, которая помогает предотвратить нарушение конечного результата любым отдельным узлом и/или превращение любого отдельного источника данных в единственный источник истины. Оракулы также криптографически подписывают данные на блокчейн для проверки их происхождения, формируя основу для систем мониторинга и репутации, которые отслеживают ответы в реальном времени и проверяют качество работы узлов оракула в прошлом.

Оракулы также могут применять более продвинутые методы минимизации доверия, такие как использование доказательств нулевого разглашения (ZKPs) для передачи конфиденциальных данных на блокчейн без их публичного раскрытия, выполнение вычислений в доверенных средах исполнения (TEEs) для обеспечения высокой целостности и конфиденциальности, залог криптовалюты в качестве страхового обеспечения для поддержки SLA оракулов, а также внедрение сетей обнаружения мошенничества, которые отслеживают услуги оракулов и запускают отказоустойчивые системы при обнаружении неточной или злонамеренной деятельности. Умные контракты также могут направлять специализированные вычисления вне блокчейн в сети оракулов для обеспечения более высоких гарантий минимизации доверия по сравнению с традиционными вычислениями для таких целей, как достижение большей масштабируемости, дополнительной конфиденциальности или возможности выполнять более сложные функции в своих приложениях.

В конечном итоге, сети оракулов позволяют приложениям смарт-контрактов перейти от чисто блокчейн кода к взаимосвязанному слиянию блокчейн и офф-чейн (вне блокчейн) кода со сквозной безопасностью. Эти гибридные смарт-контракты не только позволяют приложениям на основе блокчейна беспрепятственно и безопасно взаимодействовать с существующим внеблокчейновым миром, но и расширяют возможности настройки, необходимой для создания реальной ценности. Способность предоставлять ключевые оффчейн сервисы делает оракулы критически важным компонентом для разблокировки ряда решений в области энергетики на основе гибридных смарт-контрактов.

Примеры использования гибридных смарт-контрактов в энергетике

Разобравшись с проблемами и возможностями энергетической отрасли и архитектурой блокчейн, давайте углубимся в некоторые примеры потенциальных сценариев использования, которые открывают совершенно новый мир возможностей в энергетической отрасли. Гибридные смарт-контракты позволяют реализовать широкий спектр сценариев использования, которые могут поддержать переход к экологически чистой энергии и помочь обществу справиться с задачами по изменению климата. Гибридная структура использует блокчейн для надежного отслеживания и урегулирования многосторонних процессов, смарт-контракты для определения правил взаимодействия всех участвующих сторон, а также оракулы для беспрепятственной и безопасной интеграции данных реального мира и традиционной неблокчейн-инфраструктуры в более мощные цифровые контракты.

Ниже представлены восемь потенциальных вариантов использования инфраструктуры гибридных смарт-контрактов в чистой энергетике.

1. Токенизированные углеродные кредиты

2. Рынки производных энергетических деривативов DeFi

3. Блокчейн рейтинги климатических и «зеленых» облигаций

4. Токенизированные денежные потоки от проектов чистой энергии

5. Контракты на преобразование энергии

6. Параметрическое страхование инфраструктуры возобновляемых источников энергии

7. Вознаграждение потребителей за устойчивое потребление

8. Управление сетью

В одной из следующих статей мы подробнее расскажем про вышеперечисленные варианты использования гибридных смарт-контрактов в зелёной энергетике.

---

Телеграм канал про web3 разработку, смарт-контракты и оракулы.