比特币挖矿真的浪费能源吗？不，PoW有效率

许多人都认为比特币的工作量证明机制（PoW） “糟蹋电力”。我寻思着跟大家解释一下：其实全部都是能量，钱银也是能量，对能量的点评是主观的，最后，PoW 的能量耗费比之现有的控制体系怎么。这篇文章稠浊了圈内许多人的原创思想 —— 我所做的不过是会聚、提炼和组合这些说法 。

工作量（Work）即能量

“功（work）” 被当成能量的单位，要从法国数学家 Gaspard-Gustave de Coriolis 说起：他将能量界说为 “所做的功（work done）”。

很久以前，经济活动中所做的功完全来自人力，而这些能量都来自食物。

大约 100 万年前，人类偶尔学会了运用火。成果，人类能够唆使的能量就变多了，由于咱们不只能够靠吃东西来维持温度，还能从烤火中取暖。所以，这种额定的能量耗费进步了咱们的日子水平。

几千年前，咱们的能量耗费进一步进步，由于咱们开端畜养家畜。动物能够代替人力，前提是这些劳动力也必须有吃的。咱们需求很多的食物来满意这种能量上的需求，但咱们的日子也随之愈加繁荣。

在过去的几百年里，咱们创造出了大型机械，这些机械本身能够做功。一开端，动力来自水流、风力，后来变成了更廉价的东西比方煤炭和天然气，现在则是核能（核聚变/核裂变）。不论是机械还是生物，都是靠耗费动力来做功的。

咱们的经济日子，也不是建立在钱银之上，而是建立在功和能量之上的。咱们日子中的全部，都与动力的价格密切相关。净化水需求能量；运输货品也需求能量；制作产品需求能量；烹饪也不外如是；连冰箱和冰柜，都需求能量。在自由市场上，每一种产品的单位本钱，都反映了制作单位该种产品所需耗费的能量。由于自由市场鼓舞人们产出物美价廉的产品，所以每一种产品在出产制作中的动力耗费都是最小化的。钱银是出产产品和服务所需求的功的代表，因此也能够认为是存储起来的能量。

在 20 世纪上半叶，工业首领如亨利·福特（Henry Ford）和托马斯·爱迪生（Thomas Edison）都有志于运用 “能量元” 或 “能量单位”（产品钱银/能量钱银）来替代黄金和美元。其时这个概念很流行，由于它们也具备健全钱银的一些特点，包括：能够精确界说出计算单位、易于度量/难以假造、可分割成更小的单位以及同质性（也便是每一单位都与另一单位没有区别）。不过，能量钱银也是有缺点的：难以转移、难以存储。

“要让男人女人们垂涎某个东西，只需让那个东西难以获得。” —— 马克·吐温

时刻快进到 2008 年 10 月 31 日，中本聪公开宣布了比特币白皮书。比特币所用的工作量证明（译者注：按上文，也能够翻为 “做功证明”）的创造初衷是作为抵挡邮件进犯的手段。只是后来中本聪把它用到了数字钱银中。PoW 挖矿，一言以蔽之，便是运用专门的机器（如 ASIC）将电能（经由区块奖赏）转化为比特币。机器会重复履行哈希运算（既是猜想也是投票），直处处理一个密码学难题并收到比特币（区块奖赏）。这个密码学难题的证明了该矿工花费了许多能量（形式是 ASIC 以及电力），证明矿工做了功。比特币有一个类似资本主义的投票机制，“以真金白银承担危险，来获得投票权”，耗费能量、运用 ASIC 才能出产哈希值（选票）。—— Hugo Nguyen

在中本聪规划 PoW 时，他是在根本上改动人类共识的形成机制，把政治投票转成无关政治的投票（哈希值），靠的便是动力的转化。做功证明也是耗费证明，或者说对能量已被耗费的验证。那它重要在哪？在于，这是在数字国际里验证物理国际事物的最简单也最公正的办法。PoW 跟物理有关，跟代码无关。比特币是一种超级产品，是靠能量铸造出来的，是整个国际的基础产品。PoW 把电能熔铸为数字黄金。

当且仅当比特币的账本是难以制作的，它 才是/便是 不可篡改的。做功证明 “十分贵重”，这没错，但这是一种特性，而非一个缺点。直到今日停止，“保卫” 一词仍旧意味着造一堵厚厚的物理围墙把那个有价值的东西围起来。密码学钱银的新国际不那么直观，没有摸得到的围墙来维护咱们的钱，也没有门和门锁。比特币的公开账本是靠着其集结起来的哈希算力，也便是它花在造墙上的总能量，来维护的。这一规划贵重又通明，意味着若要撤除这堵墙，就要付出相同多的能量（无可假造的奢侈糟蹋）。（译者注：这样说其实是不谨慎的。撤除 PoW 的围墙只需付出相同多的哈希次数，纷歧定要付出相同多的能量，由于机器的运算功率（单位能量投入所发生的哈希次数）会越来越高。）

动力耗费

密码学钱银的批评者总是说：比特币的 PoW 是废物，要不了几年（比方 2020），国际就会被比特币销毁！你或许也留意到了，大部分宣传 “国际末日” 的文章都基于 Alex De Vries 的一个分析。此人是一位 “金融经济学家和区块链专家”，供职于普华永道荷兰公司，是 Digiconomist 网站的作者。他的预估现已受到了许多公正的批评，要点正在于其糟糕的动力耗费计算公式。他所挑选的关键指标 “单笔买卖的平均电力耗费量” 也是有意误导读者的，原因如下：

• 动力耗费是以区块数为单位的，而一个区块内有多少笔买卖是不确定的。打包更多买卖并不意味着需求耗费更多能量

• 单笔比特币买卖的经济密度（economic density，或可译为 “经济价值”）也在不断进步（有批处理买卖、Segwit 技术、闪电网络，等等）。由于比特币日益成为一个结算网络，每一单位的能量所维护的经济价值也在成倍增长

• 单笔买卖的平均能量耗费不足以衡量比特币的 PoW 机制的功率，应该根据经济前史的安全性来界说。动力耗费维护了现已挖出的比特币，而随着通胀率的下降，这个比例会越来越低（译者注：不确定此处的 “比例” 指的是什么，假如说是已挖出的比特币数量与其理论最大数量的比值，应该是不断进步的）。一枚比特币 “累积” 了一切区块在挖出时所花费的能量。一位研讨员 LaurentMT 经过实证研讨证明：比特币的 PoW 会变得越来越高效，由于添加的本钱会被体系所维护的总价值的更大增长抵消。

现在咱们知道了动力耗费的 ROI（投资报答率）的正确 KPI 应该是什么。咱们来看看比特币的 PoW 的动力本钱的变动趋势。

ASIC 功率的增长幅度在放缓。由于功率增长缓慢，咱们根据制作商之间的竞争会变得更激烈，由于赢利在削减。

-UCSD.edu-

-bloomberg.com-

挖矿的总本钱将持续从 ASIC 设备的前期获得本钱（资本支出）转向持续付出的动力支出（运营本钱）。由于挖矿中心的物理方位对比特币网络来说无关紧要（矿场是能够迁徙的），矿工会迁移到能够以最低的边沿本钱出产额定电力的地区。从长期来看，这有或许会创造出更高效的国际动力市场，由于比特币矿工会在全球范围内做电力价格的套利。比特币的挖矿的本钱会变成超额电力的最低价值。这也有望处理可再生动力（比方氢能和沼气）的一个问题：功率是可猜测的，并且假如不立即运用就会糟蹋掉。在未来，比特币挖矿能够协助可变输出功率的可再生动力 —— 能量制作商能够按需打开矿机，将额定的功率转化为比特币。

铝在以前也是有具有充裕可再生动力的国家（比方冰岛） “出口” 电力的常用手段。锻炼铝土矿（bauxite，也便是铝矿石）需求耗费巨大的能量，并且这种转化是单向的（是不是跟哈希函数很像？）。围绕着铝的 “反常的” 动力耗费，相同的担忧现已持续有 40 年了，从 1979 年就开端了（也包括对中心化的担忧）。但一切此类企业都在这颗星球上不断寻觅廉价的动力和优惠政策。由于铝制作业现已开展了几十年了，所以每千克铝所耗费的电力度数也在不断下降。

-energy.gov-

“这张全球的动力网络解放了搁置的财物，并使新的财物得以呈现。想象一张 3D 打印的国际地图，其间动力价格较低的当地地形就低，而动力贵重的当地地形就高。在我看来，比特币挖矿就像是把一杯水倒在这张地图外表，水会在低谷和缝隙间流淌，直到各处成一水平。”—— Nic Carter

比特币是一切电力的最后买家，这会创造一个平台，鼓励大家围绕未被使用起来的动力开发新的使用方案；这些动力，倘无比特币，本身就不会被开发。

“什么时候，用于出产 PoW 的能量不会再增长呢？精确来说，那便是有足够多的能量制作商开端直接出产 PoW，而运转 PoW 的每度电的边沿报答 = 向电网出售一度电的边沿收益时 —— 也便是 PoW 的 ‘溢价’ 降到 0。我把这个均衡点称为 ‘中本聪’ 点。我估量，当 PoW 的电力耗费占到全国际的 1～10% 时，这个均衡点就会到来。”—— Dhruv Bansal

一些人诉苦比特币挖矿就没 “干点有用的事”，比方寻觅质数。虽然给做功的人参加非必须奖赏项目听起来是个好主意，但却引入了一种安全危险。把奖赏分割开来或许导致一种情况，便是 “为非必须功用做功比为主要功用做工可得到更大的价值”（Dergigi）。即便非必须功用是无害的（比方发热），每 X 次哈希运算预期不只能得到 100 美元，还能得到额定的 5 美元（由于你供给了热量），这一 “挖矿暖炉” 也不过是进步了硬件功率，导致出块难度的进步和单位区块所用动力的进步。好在，比特币永远不会遇到这个问题，由于其安全性是由纯粹的工作量证明算法来维护的。

留意：比特币现已在给这个社会供给十分有用的东西了（假如没有，那挖矿也不会赚到钱），而要求矿工完全出于利他心去挖矿，也是不理性的。

相对本钱

不论干什么，都要耗费能量（热力学第一定律）。你要说能量的某种用途更多或更少糟蹋，这完满是自以为是，由于一切用户都要付出相同的价格才能运用电力。

“只要人们发现了值得付出电价的用途，电力就不算是糟蹋。那些付出电力的人获得了比特币作为报答。” —— Saifedean Ammous

从热力学来看，整个国际是个终极的封闭体系。比特币形成的额定电力耗费比现有的法币体系耗费的要少得多；法币体系不只需求银行基础设施，还需求暴力和政治机器。而使用电力来维护金融体系的骨架是一个 “正和” 的成果。在下面，我粗略地比较了现有的金融、军队和政治体系（注释在文章底部）。

图表的创意来自 @hassmccook 和他的原创文章：“Economic and Environmental Costs of Bitcoin Mining”。

I 型文明

在追逐廉价动力的路上，咱们将为国际创造更大的富足。比特币，经过使用这些新的、完全不同的动力，不只能把咱们带到 Kardeshev I 型经济阶段，甚至能让咱们更挨近 Kardeshev I 型动力文明（咱们现已完成了约 0.72 的 Kardeshev 指数）（译者注：Kardeshev 是一位前苏联的天文学家，提出以文明能够使用的动力量级来点评其先进程度。I 型文明能够使用地点故土行星的一切可用能量。）有了比特币挖矿作为鼓励，咱们完成 I 型文明所需的时刻或许从 200 年缩短到几十年。而一旦抵达了 I 阶段，就更不需求捆绑动力耗费的增长了，每个人都能享受到更高的日子水平。

寻觅廉价电力的压力会推进人们制作核聚变反应堆。大天然为咱们指明了方向，行星正是以恒星的核聚变为能量来历。人类现已走在制作核聚变反应堆来仿照天然的路上，预计还需求投入几十年、800 亿美元的研讨经费，才能解锁核聚变科技。而核聚变的燃料（主要是氘）在大海中处处可得，能够满意地球的动力需求达几百万年。核聚变具有可再生动力的许多特点，比方能够作为长期的动力供应，并且不会形成温室效应和空气污染。核聚变能够供给十分高的发电密度和不间断的电力传输。另一方面，核聚变的出产本钱也不会受到规模不经济的制约。水力和风能都会由于最佳的方位被开发而必须逐渐铺设到不那么理想的环境中去。但即便很多制作聚变站，出产本钱也不会添加太多，由于原材料（海水）十分富足并且处处都有。

“水啊水，满是水，可是没有一滴能喝。” —— Samuel Taylor Coleridge

核能和其它廉价动力会处理许多人道主义问题比方洁净水的短缺。咱们周围都是海水，但淡化海水需求付出巨额的能量。淡化海水的本钱现在高于运用淡水、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，微小至原子，广博至时空；要成长，不要被能量捆绑。咱们要摘星揽月。

一个每年能结算 1.38 万亿美元付出额的体系，还能给咱们一切人带来更廉价的动力，难道还不值得大家在挖矿上花费 45 亿美元吗？我认为答案是肯定的。

（完）

原文链接: https://www.danheld.com/blog/2019/1/5/pow-is-efficent
作者: Dan Held
翻译: 阿剑

视野开拓

如同任何形式的教育一样，学习技术也需要付出很长的时间，学习的过程中肯定也会出现这样那样的错误。正如现代汽车集团一位质量控制经理所说的那样，技术进步的秘诀就在于“不在很长一段时间内重复同样的错误”。-《亚洲大趋势》