Csatolt rendszerek összeomlása

David Clarke 2008-as írásának szabad fordítása, amely azonban aktuálisabb, mint valaha – fordítás általam

A közelgő olajcsúcs várható következményeit sokan sokféleképpen képzelik. Vannak, akik szerint a társadalmunk és gazdasági berendezkedésünk drasztikus mértékű hirtelen összeomlására kell felkészülnünk. Jómagam már számos esetben hangoztattam, hogy nem osztom teljesen ezt a véleményt. Nyilvánvalóan számottevően meg fog változni az életünk, ez a folyamat azonban egy fokozatos lassú folyamat lesz – gondoltam sokáig. Egészen addig, amíg a véleményem részleges felülvizsgálatára nem késztetett egy jelentéktelennek tűnő közelmúltbeli esemény.

Munkahelyem belső számítógépes hálózata már egy ideje nem működött rendesen. Az emailjeimhez és az internethez való hozzáférésem teljesen megbízhatatlanná vált. A rendszer hol működött, hol nem: teljesen kiszámíthatatlanul billegett a „működő” és a „nem működő” állapot között. A két állapot közötti váltás mindig egy pillanat műve volt, ami arra figyelmeztetett, hogy egy rendszer összeomlási sebessége gyakorlatilag megegyezik annak „normális” működési sebességével. Az összeomlás „szélessége”, „mélysége” viszont egy sor olyan tényezőtől függ, mint pl. a rendszert érő terhelés, vagy a más rendszerekkel való összekötöttség, beágyazottság mértéke.

A probléma végül is megoldódott. Mint kiderült, az intranet egyik gépén sérült meg a hálózati kártya meghajtóprogramja, és ez okozta a rendszerhibákat.

Mindennek a hatására egy nagy kérdés merült fel bennem. Az internet protokollt eredetileg úgy tervezték, hogy egy olyan robusztus, redundáns és megbízható rendszert alkosson, mely akár még egy atomtámadás (és ezáltal a rendszert alkotó számítógépek tömeges kiesése) után is képes megőrizni a működőképességét. Hogyan lehetséges akkor mégis az, hogy egy az internet protokollon alapuló, több ezer számítógépből álló hatalmas rendszert egyetlen gép egyetlen szoftverének hibája így össze tudjon omlasztani?

A válasz egyszerű: költséghatékonyság.

Meg lehetett volna úgy is építeni a munkahelyi hálózatunkat, hogy az egy megbízható és reziliens rendszert alkosson. Ehelyett azonban a hálózat kialakításakor a (költség)hatékonyság, a takarékosság elve volt a fő szempont. Intranetünk, mint minden számítógépes hálózat, egymással szoros kapcsolatban álló, de alapjában önálló részegységek (alrendszerek) rendszere. A hatékonyság szempontja miatt a kiszolgáló alegységek mindegyike magas leterheltséggel működött. Így lehet az, hogy amikor egyetlen részegység egy részegysége elromlott, akkor nem volt, ami átvegye a feladatát, és a kialakuló zavar végül az egész rendszert működését felborította.

Mostanában sokszor figyeltem meg hasonló folyamatokat. Volt például tavaly egy jelentős áramszünet a városunkban. Egy délután, amikor az elektromos hálózat terheltsége a csúcson volt, egyetlen kis hiba összeomlasztotta az egész rendszert.


A homokdomb mint modell

A komplex rendszerek összeomlásának kérdésköre tudományosan is megközelíthető, és mindez érdekes összefüggések felismerésére vezethet. Az egyik kísérleti modellezési lehetőség mindannyiunk számára ismerős lehet, aki gyerekkorában szeretett a homokozóban játszani. Ehhez nem kell más csak egy kis vödör száraz homok. Építsünk egy kupacot felülről apránként adagolva a homokot. Egy idő után kisebb-nagyobb lavinák fognak képződni a kupac oldalában. Ezek sokszor egész kicsik, míg néha akár a kupac teljes egészére is kiterjedhetnek, és az egyes lavinák mérete és kiterjedése teljesen véletlennek, előrejelezhetetlennek tűnik.

A kérdés operatív megközelítésére Per Bak mutat egy példát a (magyarul sajnos nem hozzáférhető) „How Nature Works” (kb. „Így működik a világ”) című könyvében. Létezik egy kritikus lejtőszög, amelynél a homokkupac nem válhat meredekebbé. Ott indulnak be a kis lavinák, ahol ennél a szögnél meredekebbé válik a lejtő. Képzeletben színezzük pirosra homokkupacunk azon lejtőit, ahol már eléri a lejtő meredeksége a kritikus szöget. Egy ilyen színes homokdomb oldalán kis piros csápokként jelennének meg azok a területek, melyek már a lavina kialakulásának a határán vannak. Ha egy ilyen területre pottyantunk egy homokszemet, az elkerülhetetlenül lavinához vezet. Hogy mekkora lavinához, az a piros csáp méretétől függ. Ha egy csáp kicsi és elszigetelt, akkor az ott kialakuló lavina is kicsi és elszigetelt lesz. Ha azonban a piros területek behálózzák a homokdomb teljes felszínét, akkor várhatóan a lavina is nagy területet fog érinteni.

Ugyanez a megközelítés a munkahelyi hálózatunk működésének a megértésére is alkalmazható. Amikor egy hálózati útvonal túlterheltté válik (azaz „pirosra színeződik”), akkor egy jól megtervezett rendszerben a további forgalom automatikusan más útvonalak irányába helyeződik át. Ha a rendszerben vannak még redundáns útvonalak és tartalék erőforrások, akkor ez nem probléma. De a mi rendszerünk esetében ilyenek nem voltak. A néhány szóba jöhető alternatív útvonal ugyanúgy túl volt terhelve. És ahogy az összes lehetséges útvonal „pirosba váltott”, a következő „homokszem” hatására a rendszer összeomlott.

A folyamat részletes megértése nagyon fontos. Egy komplex rendszer összeomlasztásához négy fő lépésre van szükség:

1. Készíts egy rendszert (pl. kisebb alrendszerek megfelelő hálózatba kapcsolásával)
2. Ha a rendszer egy része túlterheltté („pirossá”) válik, akkor a hálózati kapcsolatok segítségével tereld a további terhelést a rendszer más, még tartalék kapacitásokkal rendelkező részei irányába.
3. Folytasd mindezt egészen addig, amíg a rendszer minden része pirossá nem válik.
4. Adj még egy kis terhelést a rendszerre.

Amikor a homokot szórtunk a kupacra, a homokszemek véletlenszerűen hullottak a rendszer különböző meredekségű részeire, és így a kialakuló lavinák megjelenése és mérete is véletlenszerűnek tűnt. Ha azonban monitorozni tudjuk a rendszer terheltségi állapotát (pl. látjuk, hogy a homokdomb mely részei váltottak már pirosba), akkor a terheléseket ügyesen a még tartalék kapacitásokkal rendelkező részekre tudjuk irányítani. Ily módon rövid távon elkerülhető a lavinák kialakulása. Hosszabb távon azonban ezáltal csak elodázzuk (és fokozzuk) a problémát, hiszen ahogy a rendszer egyre nagyobb része vált pirosba, előbb-utóbb elkerülhetetlenné válik egy sokkal súlyosabb, a teljes rendszer romba döntésével fenyegető lavina kialakulása.

Vagy másképpen fogalmazva, ha a terhelések növekedésére a jövőben is számítanunk kell, további kapacitásokat azonban nem tudunk adni a rendszerhez, akkor érdemes elgondolkodni, hogy nem járnánk-e jobban, ha inkább hagyjuk kialakulni a spontán véletlenszerű kis lavinákat a pusztító nagy lavinák elkerülésének a reményében.

A világ pénzügyi piacain jelenleg (2008 januárjában – ford. megj.) tapasztalható helyzet szintén ezt az összefüggést tükrözi. A piac egy sor „befektetési terméket” hozott létre, melyek segítségével a jelzáloghitelezés kockázatai (és remélt hasznai) megoszthatóvá váltak. Ezen eszközök kereskedelme a különböző befektetők között a kölcsönös függések egy komplex rendszerét hozza létre a kockázatok elosztására. A termékeket megvásárló befektetők, úgy érezték, hogy biztos fedezettel rendelkező eszközöket vásárolnak. Nem vették észre, hogy mivel bizonytalan értékkel rendelkező adósságok alkotják a fedezetet, saját biztonságuk (fizetőképességük megőrzése, „túlterheltségük” elkerülése) érdekében további „tartalékkapacitásokat” (likviditást) kell biztosítsanak a hitelek esetleges csődjének esetére. A pénzügyi rendszer egyes szereplői észrevétlenül túlterhelődtek kockázattal, „pirosba váltottak”. Mindennek következtében a csődök formájában megjelenő terhelések most elkezdtek végiggördülni a pénzügyi kapcsolatok komplex hálózatán, összeomlással fenyegetve az egész globális pénzügyi/gazdasági rendszert.


Az emberiség energia-rendszere

Most ugyanezt az analógiát egy kicsit továbbjátszva, vizsgáljuk meg azt is, hogy mit jelent mindez az olajcsúcs és a globális energiahelyzet szempontjából.

Az elmúlt évtizedekben egyre a hagyományosan a kitermelés zömét nyújtó könnyű és édes kőolaj hozzáférhetősége kezdett kissé problémásabbá válni. Mintha megtorpant volna e hagyományosan csak „kőolaj” néven nyersanyag kitermelésének a növekedési üteme. Válaszképpen a szakma fokozatosan elkezdett kőolaj helyett „folyadékokról” (liquids) beszélni, melybe a kőolaj mellett már számos, egyre elterjedtebben használt kőolaj-helyettesítőt is beleértettek, mint pl. a cseppfolyósított földgázterméket (LNG), a kátrányhomokból finomított szintetikus üzemanyagokat, vagy a bioüzemanyagokat.

Mindez lényegében azt jelentette, hogy amikor a gazdaságunk „kőolaj-alrendszere” pirosba váltott, akkor a növekvő folyékony üzemanyagigényünk kielégítése érdekében a terhelések egy részét más szektorok irányába kezdtük el átterhelni.
A terhelések egy részét például a bioüzemanyagok segítségével a mezőgazdaságra vezettük át. A mezőgazdaság és az energiaszektor már korábban is össze volt kapcsolva, hiszen a traktorok üzemanyagot fogyasztanak, így a modern nyugati mezőgazdaság leállna üzemanyag nélkül. A bioüzemanyagok megjelenésével a függés kétirányúvá vált. Képletesen szólva: amíg korábban olajat használtunk arra hogy élelmiszert állítsunk elő, ma már élelmiszert használunk arra, hogy olajat állítsunk elő (vagyis pontosabban helyettesítsünk).

A cseppfolyósított földgáz és kőszéntermékek további kapcsolatokat hoznak létre további lehetséges energiaforrások irányába. Ahogy ez a kapcsolat megerősödik, és újabb terhelések jelentkeznek, a kapcsolt rendszer bármelyik komponensében bekövetkező hiány a rendszer további komponenseiben is hiányokat idézhet elő. Sőt bizonyos mértékig mindez már be is következett.

A kátrányhomok, a bioüzemanyagok és még néhány további helyettesítő nagy területre kiterjedő intenzív előállítása egy további meglepő kapcsolatot hozott létre az energiaszektor és a környezet állapota között. Ez a kapcsolat számos formát felvehet, de az alaphelyzet miden esetben ugyanaz. A könnyű és édes kőolaj sokkal koncentráltabb, tisztább és hatékonyabb energiaforrás, mint a szóba jöhető alternatívák. Ennek megfelelően adott mennyiségű kőolaj kiváltása lényegesen nagyobb környezetterheléssel jár (pl. vízszennyezés, CO₂ kibocsátás, élőhely-pusztítás formájában). Ez az új kapcsolat további fenyegető visszacsatolásokat jelenthet az egész rendszerre nézve. Amennyiben például a kőolaj-helyettesítők fokozódó használata környezeti katasztrófához vezet, akkor ez a mezőgazdasági termelés, az energetikai infrastruktúra, vagy a gazdaság egészének állapotán keresztül további alrendszereket billenthet át nem működő állapotba.

A pénzügyi-gazdasági rendszer kiemelt szerepet játszik ebben az egész folyamatban. Ha az energiaszektor, a mezőgazdaság és a környezet egy nagy komplex rendszer három fontos alrendszerének tekinthető, akkor a globális pénzügyi rendszer egyszerre tekinthető állapotfigyelő (monitorozó) eszköznek és a kommunikációs csatornájának ebben a rendszerben. A pénzügyi rendszer egyik fő feladata hogy jeleket továbbítson a gazdasági élet szereplői között, és koordinálja a korlátozott mértékben rendelkezésre álló erőforrások elosztását a mindig nagy bőségben jelen levő lehetséges felhasználási célterületek között. Ha ez a rendszer nem működik rendesen, akkor nem remélhetjük, hogy más alrendszerek (pl. az energiaszektor) kapacitásproblémáira időben és megfelelő mértékű erőforrások hozzárendelésével (beruházásokkal) reagáljon a világ.

Ha a nagy rendszer valamely részében „túlterheltség” alakul ki (pl. egy földgázmező hirtelen kiesésével a gáztermelés hirtelen lecsökken), akkor a pénzügyi rendszer az árak hirtelen változásával jelzi ezt a változást. A rendszer más részei ekkor, ha tudják, átveszik a terhelés egy részét (pl. a világ más részeiről próbálnak gázt szerezni, biogáz-üzemeket hoznak létre, vagy gázüzemű erőművek helyett más típusúakra helyezik át az áramtermelés súlypontját). Az internet protokollal összehasonlítva azonban ez a rendszer sokkal megbízhatatlanabbul működik. A rendszer tehetetlensége gyakran túl lassú válaszokat eredményez. A zajok mennyisége nagy, a jelek sokszor elvesznek a gazdasági ciklusok, stb. által okozott zajokban. A hibás üzenetek nem kerülnek felülvizsgálatra és korrekcióra, és így tovább.


Az összeomlás sebessége

Az eddigiek fényében világos, hogy a kapacitásokat meghaladó energia-igények önmagukban várhatóan nem vezethetnek a rendszer azonnali összeomlásához. A maximális kapacitáson működő olajkutak egyszerűen csak továbbdolgoznak maximális kapacitáson. Ahol mindez első körben problémákat okoz, az a világ pénzügyi gazdasági rendszere. A kereslet és kínálat egyensúlyának felborulása olyan jeleket indít el a gazdaságban, melyek a terhelések egy részének áthelyeződéséhez vezetnek, ameddig ez lehetséges. A fennmaradó feszültségek a terhelések viszont torzítják és destabilizálják a pénzügyi rendszert, és hamis jeleket indítanak útnak. Mindennek eredményeképpen a kapacitások bővülésének vagy az infrastruktúra karbantartásának a hiánya természetesen az energiaszektor összeomlásához is vezethet. Ez azonban egy viszonylag lassú folyamat.

A nagy rendszer egyetlen részegysége, mely viszonylag gyors összeomlásra képes, az a pénzügyi rendszer. Viszont mivel ez az alrendszer biztosítja a működtetést és a kommunikációt a többi alrendszer számára, a pénzügyi rendszer gyors összeomlása símán maga alá képes temetni az egész nagy rendszert.

De vajon bekövetkezhet-e egy ilyen nagy hirtelen pénzügyi összeomlás? A kőolajtermelés hirtelen leállásához egy hatalmas, a 30-as évek nagy világválságánál jóval mélyebb összeomlás lenne szükséges. A pénzügyi rendszer sebessége nagyságrendekkel nőtt az elmúlt évtizedekben, de még mindig számos fék és ellensúly található a rendszerben, amelyek egy elharapódzó válságot segíthetnek idejében megállítani, vagy legalábbis lefékezni. A nagy gazdasági világválság annak idején több év alatt tudott csak teljesen elmélyülni. Még a mai elektronikus technológiákkal teletűzdelt világunkban sem várható azonban, hogy a globális pénzügyi rendszer egyik napról a másikra teljesen összeomoljon.


Az összeomlás szélessége

Az összeomlás továbbterjedését egyik alrendszerről a másikra annak mértéke, és a rendszerek közötti kapcsolat erőssége határozza meg. A kialakuló lavina annál szélesebb körű lesz, minél több egymással szorosan összekapcsolt alrendszer érte már el kritikus állapotot a folyamat elindulásának a pillanatában. Ez az a pont, ahol számomra ijesztővé kezdenek válni a dolgok.
A világ kőolajtermelése már egy ideje csúcskapacitáson dolgozik, ennek számos jele volt már. A világ élelemiszer-ágazata is óriási problémákkal küzd: a világ gabonakészletei rekord alacsony szinteken vannak, és a tartalékok további csökkenése várható. És mi a helyzet a környezettel? Többek között például az éghajlatváltozás folyamata jelzi, hogy a környezet is túl van már a „kapacitása” határain, és nem képes káros következmények nélkül befogadni az általunk kibocsátott terheléseket.

Az eddigieknek megfelelő perspektívában szemlélve mindez arra utal, hogy civilizációnk nagy rendszere már hanyatlásnak indult. Mind a három bemutatott kulcsfontosságú szektor már „pirosban van”, azaz elérte kapacitása határait. Ha feltehetjük, hogy e nagy rendszer karakterisztikus működési frekvenciája néhány év, akkor azt mondhatjuk, hogy az összeomlás már folyamatban van, és mindazok a látszólag váratlan változások, amelyeket most látunk és megélünk a világban, tulajdonképpen ennek a lassú de megállíthatatlan folyamatnak a tünetei.

Az összeomlás első feltűnő jelei, a pénzügyi rendszerben kell hogy jelentkezzenek. A kőolaj árának emelkednie kell – mint ahogy ezt láttuk is. Az élelmiszerek árának is emelkednie kell – mint ahogy ezt is láttuk. Erőteljes piaci perturbációk és ingadozások várhatók. A fokozatosan leértékelődő környezet „beárazására” tett kísérletek. Hmmmm…


Összefoglalás

Mindent összevetve, sajnos valóban reális lehetőség van egy széleskörű összeomlás bekövetkezésére. Még mindig fenntartom azt az álláspontomat, hogy egy hirtelen összeomlás nem valószínű. De egy már folyamatban lévő összeomlás is könnyen tűnhet hirtelennek, amikor egyszer csak észrevesszük azt és rádöbbenünk, hogy mi is történt.

Készült David Clarke 2008-as írása alapján, kisebb didaktikai és szerkezeti módosításokkal.