比特币挖矿真的是浪费能源吗？没有PoW效率

许多人认为比特币的工作量证明（PoW）机制是一种“浪费电力”。 我想跟大家解释一下：其实万物都是能量，货币也是能量，对能量的评价是主观的。 最后，PoW 的能耗与现有的控制系统相比如何。 这篇文章是圈子里许多人的原始想法的杂乱无章——我所做的只是汇总、提炼和组合这些主张。

工作就是能量

“功”被视为能量的单位，始于法国数学家加斯帕德-古斯塔夫·德·科里奥利：他将能量定义为“所做的功”。

很久以前，经济活动中做功完全靠人力，能量来自食物。

大约一百万年前，人类偶然学会了用火。 因此，人类有更多的能量可以支配，因为我们不仅可以通过进食来保持体温，还可以通过取暖来取暖。 因此，这种额外的能量消耗提高了我们的生活水平。

几千年前，随着我们开始饲养牲畜，我们的能量消耗进一步增加。 动物可以代替人类的劳动，前提是这些劳动力也有吃的。 我们需要大量的食物来满足这种能源需求，但我们的生活却更加繁荣。

在过去的几百年里，我们发明了自己可以工作的大型机器。 起初，能源来自水、风，然后是煤和天然气等更便宜的东西，现在是核能（核聚变/裂变）。 无论是机械的还是生物的，工作都是通过消耗能量来完成的。

我们的经济生活不是以金钱为基础，而是以工作和精力为基础。 我们生活中的一切都与能源价格密切相关。 净化水需要能量； 运输货物需要能量； 制造产品需要能量； 做饭需要能量； 甚至冰箱和冰柜也需要能源。 在自由市场中，每种商品的单位成本反映了制造单位产品所消耗的能源。 因为自由市场鼓励人们生产质优价廉的商品比特币挖矿机用三相电吗，使生产制造中每种商品的能源消耗最小化。 金钱代表生产商品和服务所需的工作，因此也可以被视为储存的能量。

20 世纪上半叶，亨利福特和托马斯爱迪生等工业领袖渴望用“能源美元”或“能源单位”（商品货币/能源货币）取代黄金和美元。 这一概念在当时很流行，因为它们具有稳健货币的一些特征，包括：精确定义的统计单位、易于计量/难以伪造、可分为更小的单位、同质（即每个单位与货币单位相同）另一个单位没有区别）。 但是，能源货币也有缺陷：转移难，存储难。

“要做男人女人都梦寐以求的东西，你只要让它很难得到。” -马克吐温

快进到 2008 年 10 月 31 日，中本聪发布了比特币白皮书。 比特币使用的工作量证明（译者注：根据上文，也可译为“工作量证明”）最初是作为一种抵御电子邮件攻击的手段而发明的。 直到后来，中本聪才将其用于数字货币。 简而言之，PoW 挖矿是使用专门的机器（例如 ASIC）将电力（通过区块奖励）转换为比特币。 机器重复执行散列（猜测和投票）直到它解决了一个密码难题并收到比特币（块奖励）。 这个密码谜题的证明证明了矿工消耗了大量的能量（以 ASIC 和电力的形式），证明矿工确实工作了。 比特币有类似于资本主义的投票机制，“用真钱去冒险获得投票权”，消耗能源并使用 ASICs 产生哈希值（投票）。 ——阮雨果

中本聪在设计 PoW 时，从根本上改变了人类共识的形成机制，将政治投票变为非政治投票（哈希值），依靠的是能量的转化。 工作证明也是消耗的证明，或者证明能源已经消耗。 那么为什么它很重要呢？ 关键是，这是在数字世界中验证物理世界中事物的最简单和最公平的方法。 PoW 是关于物理学的，而不是代码。 比特币是一种超级商品，由能源铸造而成，是整个宇宙的基础商品。 PoW 将电能熔化为数字黄金。

当且仅当它难以制作时，比特币分类账是/是不可变的。 工作量证明“非常昂贵”，这是事实，但这是一个特性，而不是缺点。 直到今天，“捍卫”这个词仍然意味着在那个有价值的东西周围建造一堵厚厚的物理墙。 加密货币的新世界不那么直观，没有有形的墙来保护我们的钱，也没有门和锁。 比特币的公共分类账由其积累的哈希算力保护，即它用于建造围墙的总能量。 这种设计既昂贵又透明，这意味着拆除这堵墙需要同样多的能量（一种不可伪造的奢侈品）。 （译者注：这其实是不精确的，要拆除PoW的墙，只需要付出相同的哈希次数，不一定需要付出相同的能量，因为机器的计算效率（单位能量产生的哈希输入次数）会越来越高。）

能源消耗

加密货币的批评者总是说：比特币的 PoW 是垃圾，几年之内（比如 2020 年），世界将被比特币毁灭！ 您可能还注意到，大多数“世界末日”文章都是基于 Alex De Vries 的分析。 此人是“金融经济学家和区块链专家”，就职于荷兰普华永道，是 Digiconomist 网站的撰稿人。 他的估计受到了相当多的批评，主要集中在计算能源消耗的糟糕公式上。 他选择的关键指标“每笔交易的平均用电量”也有意误导，原因如下：

现在我们知道正确的 KPI 应该是能源消耗的 ROI（投资回报率）。 让我们来看看比特币的 PoW 能源成本的趋势。

ASIC 的效率提升正在放缓。 因为效率提高缓慢，我们依靠制造商变得更有竞争力，因为利润在缩水。

-UCSD.edu-

-彭博社-

挖矿的总成本将继续从 ASIC 设备的前期购置成本 (capex) 转移到持续的能源支出 (opex)。 由于挖矿中心的物理位置与比特币网络无关（农场可以搬迁），矿工将迁移到可以以最低边际成本产生额外电力的地区。 从长远来看，这有可能创造更高效的世界能源市场比特币挖矿机用三相电吗，因为比特币矿工在全球范围内套利电价。 比特币挖矿的成本成为多余电力的最小值。 这也有望解决氢气和沼气等可再生能源的问题：电力是可预测的，如果不立即使用就会浪费。 未来，比特币挖矿可以帮助具有可变输出功率的可再生能源——能源生产商可以按需开启矿机并将额外的功率转换为比特币。

铝在历史上也是从可再生能源过剩的国家（例如冰岛）“输出”电力的常用方式。 冶炼铝土矿（也就是铝矿石）需要巨大的能量，而且这种转化是单向的（是不是类似于哈希函数？）。 从 1979 年开始，围绕铝的“不当”能源消耗的同样担忧已经持续了 40 年（以及对集中化的担忧）。 但所有这些企业都在不断地在地球上寻找廉价能源和优惠政策。 因为铝制造业已经发展了几十年，每公斤铝所消耗的电度数也在不断减少。

-energy.gov-

“这个全球能源网络释放了闲置资产，并使新资产得以出现。 想象一张 3D 打印的世界地图，其中能源便宜的地方低，能源昂贵的地方高。 在我看来，比特币挖矿就像在这张地图的表面上倒一杯水，水会在山谷和缝隙中流动，直到到处都是水平的。” - Nic Carter

比特币是所有电力的最后购买者，它创建了一个平台来激励未开发能源的新用途，如果没有比特币，这些能源将永远不会被开发出来。

“用于生产 PoW 的能源什么时候会停止增长？准确的说，就是当足够多的能源生产商开始直接生产 PoW 时，运行 PoW 的每千瓦时的边际收益 = 向电网出售一千瓦时的电力时PoW 的边际收益——也就是 PoW 的‘溢价’下降到 0。我把这个平衡点称为‘中本聪’点。我估计当 PoW 的电力消耗占世界电力的 1-10% ，这个平衡点就会到来。” - 德鲁夫·班萨尔

有些人抱怨比特币挖矿并没有像寻找质数那样“做任何有用的事情”。 虽然为出色的工作加入二级奖励计划听起来是个好主意，但它会带来安全风险。 拆分奖励可能会导致“为次要功能工作比为主要功能工作更有价值”的情况（德吉吉）。 即使次要功能是无害的（比如热量），期望不仅每 X 次哈希运算获得 100 美元，而且还额外获得 5 美元（因为你提供了热量），这个“采矿加热器”也不错。 它提高了硬件效率，导致生产区块的难度增加，单位区块使用的能量增加。 幸运的是，比特币永远不会有这个问题，因为它的安全性受到纯工作量证明算法的保护。

注意：比特币已经在为这个社会提供非常有用的东西（如果没有，那么挖矿就赚不到钱），完全出于利他主义而要求矿工挖矿是不合理的。

相对成本

无论做什么，都会消耗能量（热力学第一定律）。 你说某种能源的使用或多或少是浪费是完全冒昧的，因为所有用户都支付相同的价格来使用电力。

“只要人们找到值得付费的用途，电力就不会被浪费。 付钱的人会得到比特币作为回报。” — Saifedean Ammous

从热力学的角度来看，整个宇宙是一个终极封闭系统。 比特币带来的额外电力消耗远小于现有法定货币系统所消耗的电力； 法定货币体系不仅需要银行基础设施，还需要暴力和政治机器。 使用电力来保护金融系统的骨架是一个“正和”的结果。 下面，我粗略比较了现有的金融、军事和政治体系（文章底部的注释）。

图表灵感来自@hassmccook 和他的原创文章：“比特币挖矿的经济和环境成本”。

I型文明

在追求廉价能源的过程中，我们将为世界创造更多的财富。 比特币通过利用这些全新的、截然不同的能源，不仅可以将我们带入 Kardeshev I 型经济，甚至可以使我们更接近 Kardeshev I 型能源文明（我们已经实现了大约 0.72 的 Kardeshev 指数）注意作者简介：卡尔德舍夫是前苏联天文学家，提出以可利用的能量水平来评价文明的先进程度。 I 型文明可以使用母星的所有可用能源。）以比特币挖矿作为激励，我们实现 I 型文明所需的时间可以从 200 年缩短到几十年。 而一旦到了第一阶段，就不需要限制能源消费的增长，每个人都可以享受到更高的生活水平。

寻找廉价电力的压力将促使人们建造聚变反应堆。 大自然已经为我们指明了方向，行星以恒星的核聚变为能源。 人类已经走上了建造核聚变反应堆以模仿自然的道路，估计需要数十年和 800 亿美元的研究经费才能解锁核聚变技术。 核聚变的燃料（主要是氘）在海洋中随处可见，可以满足地球数百万年的能源需求。 核聚变具有许多可再生能源的特点，如长期供能，不会造成温室效应和空气污染。 核聚变可以提供非常高的功率密度和不间断的电力传输。 另一方面，核聚变的生产成本不会受到规模不经济的限制。 水力和风力都必须在不太理想的环境中逐步布局，因为它们是在最佳位置开发的。 但即使大量建造核聚变站，生产成本也不会增加太多，因为原材料（海水）非常丰富，随处可见。

“水，水，全是水，一滴也不能喝。” ——塞缪尔·泰勒·柯勒律治

核能和其他廉价能源将解决许多人道主义问题，例如清洁水资源短缺。 我们被海水包围，但海水淡化需要大量的能源。 现在海水淡化的成本高于使用淡水、地下水、水循环和节水技术。

人类不会停止探索，上至高山，下至海底，小到原子，大到时空； 成长，不受能量束缚。 我们要摘星星和月亮。

难道不是一个每年结算 1.38 万亿美元付款并为我们所有人带来更便宜的能源来开采价值 45 亿美元的系统吗？ 我认为答案是肯定的。