科普一下:比特幣挖礦真的耗電嗎?有能多耗電?

原文發表在《紐約時報》上,標題是:Bitcoin Uses More Electricity Than Many Countries. How Is That Possible?

劃重點:

比特幣的起源是為了乾掉中間商

比特幣耗電主要是因為“挖礦”

挖礦的原理跟拋骰子類似,誰先拋出規則要求的數字就能拿到比特幣作為獎勵

挖礦實質是把電力變成了安全保障

挖礦需要的算力和消耗的電量越來越高

如果比特幣用可再生能源,家庭、工廠和電動車就沒有可再生能源可用

重寫比特幣的機制面臨既得利益者的阻撓

作為一種投資,加密貨幣是全世界最吸引人但也是最令人頭疼的品種之一。所以這玩意兒的價格一會兒上天,一會兒墜落。加密貨幣的粉絲聲稱,這種東西將會取代美元、盧比或盧布等傳統貨幣,從而改變世界。加密貨幣的品種繁多,甚至還有以狗狗的模因命名的。

但光是在維持存在的過程中,像比特幣這樣最受歡迎的加密貨幣就消耗了驚人的電量。

我們會在一分鐘之內解釋它是怎麼工作的。但首先,請思考一下這個:創建比特幣的過程每年需要消耗約 96 太瓦時的電力,這個數字已經超過人口約1.1億的菲律賓全國消耗的電量。

這種規模的用量已接近全球電力總消耗的 0.5%,僅在過去五年的時間裡比特幣的電耗就增加了大概 10 倍。
科普一下:比特幣挖礦真的耗電嗎?有能多耗電?插图

比特幣網絡消耗的電量跟華盛頓州一年的電量大致相同。

比美國三分之一住宅的製冷電耗還要多。

是谷歌全球業務電耗的七倍多。

為什麼比特幣會這麼耗電?
長期以來,大家一直認為錢是可以揣進兜里的東西——比如一美元的鈔票。

類似這樣的貨幣似乎是個簡單又絕妙的點子。政府打印出一些紙,然後保證它的價值。接著我們把它換成汽車、糖果棒和筒襪。這玩意兒我們想給誰就給誰,甚至毀掉都行。

但在互聯網上,情況會變得更複雜些。

傳統類型的貨幣,比方說由美國或其他國家政府鑄造的貨幣,並不是完全可以隨意使用的。銀行、信用卡網絡還有其他的中間商,他們可以控制誰可以使用自己的金融網絡以及怎麼用——這種控制一般都有充分的理由,比如防止洗錢或其他的邪惡活動。但這也可能意味著,如果你向某人進行大額轉賬的話,哪怕這筆轉賬完全正常,但銀行也會向政府報告。

於是,一群自由思想家——或者無政府主義者,叫什麼取決於你問誰——開始琢磨一件事情:如果想辦法撤除這樣的控制會怎樣?

2008 年,一個或者一群神秘的人用中本聰這個名字公佈了一項提議,說要創建一個跟現金類似的電子支付系統,以達到這個目的:幹掉中間商。這就是比特幣的起源。

中本聰說,比特幣用戶不需要信任第三方——銀行、政府或其他任何東西——因為交易會交給比特幣用戶組成的去中心化網絡來管理。換句話說,沒有任何個人或實體可以控制比特幣。所有比特幣交易都公開記錄進一個公共賬本里面,任何人都可以核查,作為對幫助管理這個龐大的、計算機化的賬本的參與者的獎勵,網絡會創建新的比特幣。但比特幣的最終供應將是有限的。他們的想法是,隨著時間的推移,不斷增長的需求會給比特幣帶來價值。

但大家用了一段時間才理解這個概念。

時至今日,一個比特幣的價值約就大概有45000 美元——儘管這個數字在你看到本文的時候可能會發生很大的變化——而且你想給誰就給誰,沒人能阻止你。 (當然,如果被發現用來買非法毒品或策劃勒索軟件攻擊這兩種喜歡使用加密貨幣的惡意行為的話,仍難逃當地法律的製約。)

然而,就像現在所發生的事情那樣,在沒有中央權威的情況下,管理具備這種價值的數字貨幣需要大量的計算能力。

1. 從交易開始。
假設你想買一個東西,而且想用比特幣支付。第一部分十分的簡單快捷:你可以到像 Coinbase 這樣的比特幣交易所開個賬戶,然後就可以在上面用美元買比特幣。

現在你有了一個“數字錢包”,裡面裝有一些比特幣。要想把比特幣花出去,只需將它傳給商品賣家的數字錢包中即可。就這麼簡單。

但是這筆交易,或者實際上任何的比特幣交易,都必須先通過比特幣網絡進行驗證。用最簡單的術語來說,賣家就是通過這個過程來確信自己收到的比特幣是真的。

這就引出了整個比特幣記賬系統的核心:維護一個龐大的比特幣公共分類賬。比特幣大部分的電耗都用在了這項維護工作上。

2. 一場全球性的猜謎遊戲開始了。
在世界各地,會有一批公司和個人,也就是所謂的比特幣礦工,他們會爭相成為驗證交易並將其錄入到記錄所有比特幣交易的公共分類賬的那個人。這幫人基本上是在玩一場猜謎遊戲,利用強大斌且耗電的計算機來努力擊敗別人。因為如果他們成功的話,就能得到新創建的比特幣作為獎勵,這玩意兒當然很值錢。

這場爭奪新創建的比特幣的競賽就叫“挖礦”。

你可以把它想像成玩彩票或骰子遊戲。比特幣挖礦公司 Braiins 發表的一篇文章為我們提供了一個很好的類比:想像一下你在賭場,每個人手上都有一個有 500 面的骰子。 (更準確地說,這個骰子會數十億條邊,但這很難畫出來。)第一個拋出 10 以下數字的人就是獲勝者。

你手頭的計算機能力越強,你拋骰子的速度就越快,能拋的次數越多。所以,跟只有一個骰子,用人類的速度拋骰子的賭場不一樣的是,你可以弄很多台計算機,從而每一秒种都可以拋很多次骰子。

比特幣網絡在設計上就做成了參與的礦工越多,猜謎遊戲的難度就越高,從而進一步加大了對快速、耗電的計算機的獎勵。具體來說,系統被設計成贏得一輪比賽平均需要 10 分鐘。按照拋骰子遊戲那個類比,如果因為有更多人加入遊戲,導致獲勝所需時間變短,遊戲就會重新校準,提高難度。比方說:現在你得擲出一個小於 4 的數字,或者你必須擲出一個 1才算贏。

這就是比特幣礦工現在要用一個大倉庫來裝滿強大的計算機的原因,這樣才能在猜大數的速度遊戲中有競爭優勢,但這個過程也會消耗大量電能。

3. 贏家可斬獲價值數十萬美元的新比特幣。
猜謎遊戲的獲勝者驗證出比特幣交易的一個標準“區塊”,作為獎勵,可因此可獲得 6.25 個新鑄的比特幣,每個比特幣價值約為 45000 美元。為什麼那麼多人要削尖腦袋擠進這個挖礦的行當也就不難理解了。

為什麼要搞這麼複雜這麼昂貴的猜謎遊戲?那是因為只是把交易記錄進分類賬裡面實在是太容易了。所以,這裡的挑戰在於要確保只有“值得信賴”的計算機才能做這件事。

壞蛋可能會對系統造成嚴重破壞,阻止合法的轉賬,或者用虛假的比特幣交易來欺騙大家。但是比特幣在設計上就是要讓壞人需要贏得大多數猜謎遊戲才能擁有這個網絡的多數權力,而這需要大量的資金和電力。

在中本聰的系統裡,黑客會把資源用來挖掘比特幣和收集獎勵,而不是攻擊系統,因為前者更具經濟意義。

就這樣,比特幣挖礦把電力變成了安全保障。這也是系統在設計上會浪費能源的原因。

比特幣日益增長的能源需求
在早期,當比特幣還沒那麼受歡迎而且價值不高的時候,任何有計算機的人在家裡就可以輕鬆挖礦。但現在沒那麼多比特幣了。

時至今日,你需要有高度專業化的機器、投入大量資金、要很大的空間以及足夠的冷卻能力來防止不斷運行的硬件過熱。所以現在挖礦都是在由擁有大型數據中心的公司或一群人來做的。

挖礦需要的算力和消耗的電量越來越高,原先個人在家就能幹的事情已經變成了少數擁有大型數據中心的公司才能承擔

事實上,現在的運營集中度已經極高,高到七大挖礦集團就占到了網絡近 80% 的算力。 (比方說,像這樣“池化”算力的目的是為了讓收入分配得更加均勻,從而讓參與者每天能拿到 10 美元,而不是每 10 年拿到幾個比特幣。)

挖礦的活動發生在世界各地,一般是在有大量廉價能源的地方。劍橋大學一直在追踪比特幣挖礦活動的研究人員近日表示,全球比特幣挖礦第一大國所佔份額已經從 2019 年底的 75% 下降到 今年4 月份的 46%。在同一時期,美國挖礦所佔份額則從4%升至 16 %。

比特幣的挖礦活動影響的不僅僅只有排放。需要的硬件也堆積如山。人人都想要最新、最快的機器,這導致了高周轉率和產生新的電子垃圾問題。據巴黎經濟學家亞歷克斯·德弗里斯 (Alex de Vries) 估計,大概每一年半的時間,挖礦硬件的計算能力就會翻一番,而舊機器也隨之被淘汰。根據他的計算,在 2021 年初的時候,光是比特幣產生的電子垃圾就比許多中型國家還要多。

Digiconomist是一個負責追踪加密貨幣可持續性的網站,其運營者de Vries表示:“比特幣礦工對這個問題完全無視,因為他們沒有解決方案。所以舊機器純粹被丟掉了。”

能不能環保一些?
如果可以利用更多的可再生能源(如風能、太陽能或水力發電)來開採比特幣呢?情況會怎樣?

鑑於比特幣的本質是一種去中心化的貨幣,所以礦工基本上都是匿名的,也因此很難弄清楚到底有多少比特幣的挖礦活動是由可再生能源驅動的。

就全球範圍而言,估計比特幣利用可再生能源的比例在 40% 到近 75% 之間。但專家表示,總的來說,如果利用可再生能源來挖比特幣的話,就意味著可再生能源沒法給家庭、工廠或電動汽車供電了。

少數礦工開始嘗試利用石油天然氣鑽井現場過剩的天然氣,但這樣的例子仍然很少,而且很難確定數量。再說了,這種做法最終可能會刺激更多的鑽探活動。礦工還聲稱要在像中國西南部等地利用雨季產生的過剩水電。但如果這些礦工在旱季運營的話,主要還是用化石燃料。

新墨西哥大學經濟學助理教授本傑明·A·瓊斯(Benjamin A. Jones)說:“據我們所知,在用的主要還是基荷化石燃料,但不同季節和國家的情況會不一樣。”他的研究涉及到加密貨幣的挖苦活動對環境的影響。他說:“所以你會得到各種截然不同的估計。”

是不是可以重寫比特幣的機制來減少能源消耗呢?一些小型的加密貨幣已經在推廣一種替代性的記賬系統。在這樣的系統中,交易處理權不是靠計算性勞動而是靠證明自己擁有足夠多的加密貨幣來贏取的。這樣效率會更高。但這種做法還沒有得到大規模證明,並且不太可能在比特幣這里站穩腳跟,因為除來其他原因以外,比特幣的利益相關者有強大的經濟動機不做改變,因為他們在挖礦上面已經投入了大量資金。

部分政府和環保主義者對比特幣同樣持謹慎態度。如果他們限制挖礦活動的話,理論上是可以減少能源壓力的。但請記住,這是一個旨在消滅中間人的網絡。有些地方已經開始對挖礦業實施限制,但據報導,礦工們正轉向煤炭資源豐富的哈薩克斯坦,以及廉價但問題不斷的德州電網。

在可預見的未來,只要價格波動,比特幣的能源消耗就可能繼續維持波動性。

儘管比特幣的開採也許不需要鎬和安全帽,但它也不是純粹的數字抽象:它跟化石燃料、電網以及排放的物理世界以及我們今天所陷入的氣候危機有關。一種被設想成具有前瞻性的數字貨幣已經對現實世界產生影響,而且這種影響還在不斷加劇。

來源:來自blockchain.com的比特幣歷史數據。劍橋比特幣電力消耗指數的能源估算。來自 EIA 的州級、空調和美國總用電量數據。來自 Google 2020 年環境報告的 Google 電力數據。

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