比特币的大成就：2020年能源消耗将超过目前全球总用电量

编者按：比特币价格暴涨。 但“挖矿”的成本也在增加。 根据一份新报告，用于开采比特币的电力现在超过了塞尔维亚整个国家的电力消耗量。 预计到2019年年中，比特币P2P网络的用电量将超过美国全国用电量，到2020年将超过全球用电量。 如此夸张的能量消耗，岂不是耗尽了天地间的一切力量？ 这个问题有这么严重吗？ 如果是这样，是否有解决问题的方法？ 一篇连线文章从数学、物理学和经济学的角度探讨了解决问题的可能性。 现在，比特币看起来更像是一种投机工具，而不是一种可行的主流货币。 而数学、物理、经济学都遵循的一个科学规律就是：泡沫破灭。

能源消耗大户

我是来让你紧张的。 你了解比特币吗？ 基本上，它是一种“加密货币”或机密计算机货币。 比特币没有真正的物理形状，但目前一枚比特币的价格超过 16,000 美元。 但要获得比特币，您要么必须通过在线交易购买，要么必须使用特殊的计算硬件“挖掘”它。 而采矿是让人紧张的地方。

加密货币网站 Digiconomics 上周发布了一份报告，报告称全球比特币挖矿消耗的电力比整个塞尔维亚都要多。 Eric Holthaus 在 Grist 的一篇文章中写道比特币今天价钱，根据计算，到 2019 年 7 月，比特币对等网络（即类似于 BITTorrent 的网络）将需要比整个美国更多的电力。 并且到2020年11月，其用电量将超过目前全球用电量。

这是蹩脚的。 这意味着比特币每年排放相当于 1770 吨的二氧化碳，这是对地球气候和任何享受海岸和森林而不受蚊虫叮咬死亡威胁的人的赤裸裸的蔑视。 从另一个比喻的角度来看，比特币P2P网络基本上是一个分布式的超级智能，所以它当然想把宇宙的所有能量（也就是物质）都变成比特币。 那是它的工作。 如果它需要为自己招募贪婪的技术极客，那好吧，付给他们高得离谱的价格。 发行Hypnos货币（hypnocurrency, hypnos, Hypnos是睡眠之神）！

比特币的想法仍然有它的天才——它是一种无法追踪的数字货币，与现金一样可靠，不受国家和物理限制，具有互惠性和访问性。 哲学和技术固件在外面。 但实际上，过去三个月比特币价格的暴跌表明，这件事情可能无法持续。 但是不代表大家没有想办法解决问题。

比特币之所以如此，是因为区块链是所有支付和交易的安全分类账。 P2P 比特币网络的关键是生成和维护这个账本，技术上每个人都可以贡献更新——那些交易记录就是链上的区块。 但是有一个问题（这就是比特币创造者中本聪从中引入天才的地方）。 为了对一个块做出贡献，你还必须处理一个非常复杂的数学难题，这是一种称为 SHA-256 的“哈希算法”。

工作证明

验证一堆交易并解决数学问题，系统可能会选择您的区块添加到链中； 如果系统这样做，你会得到一些比特币。 这被称为挖矿，强行在加入区块链上强加成本（哈希算法）的想法是“工作量证明”。

康奈尔大学加密货币和智能合约倡议的联合主任 Emin Gün Sirer 说：“工作证明的美妙之处在于它没有进入步骤。只要你能处理其核心的加密。” 如果你解决了问题，你可以为总账的维护做出贡献。”

这道数学题没有诀窍。 SHA-256 算法经过精心设计，除了暴力破解之外别无他法。 您必须尽可能快地给出尽可能多的计算答案。 这意味着您必须让计算机保持运行并且风扇不断旋转以冷却过热、过载的处理器。 Sirer 说：“能耗是一种安全特性，这是一件好事。为了控制系统，你必须至少拥有与系统当前消耗的计算能力一样多的计算能力。你必须拥有总哈希的 51%力量。”

这是一个功能，而不是错误（正如分布式超级智能所说的那样）。 “如果你这样建模并说，‘不仅没有人负责网络，而且节点可以随时加入或离开网络，而且每个人都对区块链达成共识，’”Joseph Bonneau 说，一位纽约大学计算机科学家。 科学家们认为这是不可能的。 但比特币的功能令人惊叹。 这是一个很大的创新。 代价是它是工作证明，最重要的是加入区块链的成本很高。”

这就是平均主义崩溃的地方。 一开始，加密货币狂热者可以在他们的家用电脑上运行挖矿软件。 这种情况已经演变。 人们首先意识到图形处理单元 (GPU) 比旧的 CPU 更适合散列。 他们使用更多的电力并需要更复杂的冷却系统，但问题仍然存在。 然后人们开始定制FPGA（现场可编程门阵列）芯片，购买套件并定制它们用于挖矿。 一段时间以来，每个人都更喜欢专用集成电路，根据比特币规范定制，并部署在专用数据中心。

这不仅集中了比特币挖矿，而且大大增加了能源消耗。 今天最先进的比特币矿工每十亿次哈希运算（或“gigahashes，Gh”）消耗 0.3 瓦的电力。 在转换中，这相当于 300Gh/sec/kW。 也就是说，每笔交易相当于13600petahash（1000Gh）/秒计算，能耗为234kWh，整个比特币网络的能耗为32.71太瓦时——相当于目前全球能耗的0.15%。

更高效的硬件也无法解决这个问题。 梅努斯大学计算机科学家 David Malone 表示，2014 年至 2017 年间比特币今天价钱，哈希率从每秒 30 万上升到 200 万，硬件效率从 2000 兆哈希（Mh）/焦耳提高到 10000MH/J。 所以它基本上是两个相抵消的阶段。 2017年算力几乎涨到120万。 “但硬件并没有太大改善，”马龙说。

因此，能源消耗下降了，比特币矿工现在正在电力便宜的地方建造 ASIC 云，例如爱尔兰（那里的热量充足）或中国（那里的电力由政府订购，比特币是一个很好的手段没有监管的投机）。 因为这些地方，他们可以让更多的服务器上线，开采更多的比特币。

Sirer 说：“现在让我们公正对待比特币，同时尽量不要将问题最小化。印钞、处理现金、将货币投入流通和印新币的能源成本——这些与一年前相当” 也许吧。Digiconomy 估计整个 Visa 信用卡网络使用的能源消耗大约是比特币的千分之三。这还没有考虑到 Visa 办公空间使用的电力，但另一方面，与比特币不同的是，你可以买东西用Visa卡。哦，还有谷歌。2015年，整个谷歌的总电量只有5.7TWh，2017年，全部使用可再生能源。

矿工利用更快、更高效的硬件。 这个优势不是用来耗电少，而是用来挖矿多。 这就是人们一直在部署更节能的技术的目的。 这就是蒸汽时代。 石油时代也是如此。 LED 也是如此——它们是节能的，但它们的引入并没有增加照明的整体用电量。 因为我们安装了更多更亮的灯。 “比特币的价格越高，人们就越愿意花更多的精力试图获得这种货币，”华盛顿大学的计算机科学家迈克尔泰勒说。 提高比特币 SHA-256 挖矿硬件能效的效果只是次线性的。 是的，因为提高能源效率只会意味着我们可以以相同的运营成本部署更多的矿工。”

权益证明

事实证明，工作量是一项成就。 那么也许我们可以取消这个？ 加密货币研究人员正在考虑其他方法。 其中之一是资源高效挖掘，它减少了工作量，但使用可信硬件来完成。 另一个是股权证明，这是买卖先验值的计算任务。 Bonneau 说：“你只要让人们按照他们持有的货币的比例来创建区块，这样大的持币者就会创建大部分的区块。” 不是让挖矿变得昂贵，而是挖矿本身变得昂贵。 “这有可能将功耗降低到几乎为零，但实际上并没有——”他停顿了一下，“——几个研究小组正在为此努力，”邦诺说。

但是比特币贵族听起来不错吗？ “与让任何愿意使用最多电力的人拥有创建区块的能力相比——无论是来自中国沙漠的运营商获得补贴电力，还是世界其他地方的运营商——目前还不清楚，”Bonneau 说。 这种方法会变得更糟吗？”

做点有用的事

好吧，让我们换一种方式。 哈希算法现在没用了。 纯粹是浪费电。 那么，如果我们改为做一些有用的事情呢？ 利用P2P网络完成协同计算。 用它来寻找外星人，或者找出蛋白质如何对医学科学做出贡献，或者解决现实世界的加密问题并停止因式分解怎么样？ 不可能。 “我在这里告诉你为什么这样的事情不会发生，这是违反直觉的，”Sirer 说。 “比特币是通过做有用的事情来开采的，有用的工作和你得到的比特币之间存在联系。” 建立联系……这将在每个人的脑海中建立一个心理锚点，以评估比特币应该值多少钱。”

看，比特币的成本是任意浮动的。 这是社会决定的。 是的，因为你不想要一种具有公平汇率的国际货币，因为......嘿，等一下。 货币兑换没有汇率吗？ ！ 这不是钱就是钱的原因之一吗？ 买卖 P2P 网络的计算任务不应该是一堆狗屎，对吧？ Sirer 说：“一开始我也认为它应该做一些更有用的事情，但你知道吗，为什么要把你的命运绑在蛋白质折叠之类的东西上呢？如果有一天蛋白质折叠或其他方式可以很容易？你全新的命运系统最终会与其他技术纠缠在一起。”

任务证明无法删除。 您也无法使任务有用。 （也许，如果你做了其中一件有用的事情，你可能会得到其他加密货币，但不是比特币。）提高硬件效率也无济于事。 但不要放弃。 我们不要说比特不能。 我们说比特可以。

如果我们的目标是减少能源负荷，为什么不使用这个硬件做一些更有趣的事情呢？ “一个好的短期解决方案是回收热量产生的废热，”泰勒说，并指出例如斯德哥尔摩正在试验数据中心排放的废气用于家庭取暖。 从这个意义上说，如果一个城市依靠燃烧化石燃料为家庭取暖，这是一种更环保、价值更高的解决方案。 （注：此方法可用于南方地区的自创）

没错，但这种方法有一些问题让物理学家感到畏缩。 因为这将需要围绕 ASIC 云构建一个全新的基础设施，尽管每个人都知道挖矿硬件将不断改进和变化。 事实上，能量密度最高的最便宜的能源来自导致气候变化的化石燃料，而比特币挖矿系统奖励最便宜的能源。 我有点喜欢在比特币挖矿系统中插入热电偶并将热量直接转化为电能的想法，就像 Biolite 炉子一样，但热力学仍然表明你付出多少是正确的。

让经济运转

如果数学和物理没有帮助，也许经济学可以。 只有当奖励（开采的比特币）可以支付电费时，比特币矿工才愿意运行这些硬件。 如果比特币价值下降或电费下降，他们将关闭服务器。 哈希问题的难度呈指数增长，奖励规模每4年减半。 目前每个区块有 12.5 个比特币，但泰勒表示“下一次下降将在 2020 年 6 月。随着比特币价格的波动，全球净能源消耗也将因区块奖励而开始下降。” 没有上升。”

奖励的减少将限制开采的比特币总量。 这个数字是2100万。 根据目前的趋势线，到 2032 年所有比特币都将被开采。一旦发生这种情况，交易费用将成为系统内置的唯一奖励机制。 其他一些加密货币，也许是一种更节能的加密货币，变得更具竞争力。 现在，比特币看起来更像是一种投机工具，而不是一种可行的主流货币。 而数学、物理、经济学都遵循的一个科学规律就是：泡沫破灭。

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