比特币挖矿,会让人类无电可用?

比特币挖矿,会让人类无电可用?这并非危言耸听。据不完全统计,比特币网络的全球活动将占用2.55亿千瓦的电能,几乎与爱尔兰全年用电量相当。到今年年底,比特币网络的能用使用总量可能达到7.7亿千瓦,几乎相当于全球全年总用电量的0.5%。

与以往中心化的网络基础设施由第三方完全控制不同,在分布式系统中,保持交易记录诚实可信有一个关键作用,那就是决定谁可以写入数据库。在比特币协议中,任何向分布式数据库请求写入权限的实体都必须证明工作,因为他们需要证明自己为网络作出了贡献,基于这种贡献,他们会获得新的比特币作为奖励。

比特币的PoW共识算法将消耗大量的算力,算力的增加意味着耗电量的上升。为了节省成本获得更多利润,矿工会寻求使用低成本的电力,而通常这些电力常常由高度污染的燃煤电厂提供。人们普遍担忧高耗能的比特币矿池对环境和气候带来的巨大影响。

同样令人担心的是,高哈希率的挖矿活动有可能导致51%攻击。自今年4月以来,Verge网络至少受到了两次以上的51%攻击。本月初,以隐私为中心的ZenCash的ZEN币也遭到了攻击,有23152.3个ZEN币(近62万美元)在三次单独的攻击中被清洗。

随着挖矿业从业余发展到专业化,挖矿设备也日益走向高科技,目前已经出现了专门设计来以高速率开采区块链网络的ASIC钻机,这种钻机会消耗大量的电力。

对于比特币挖矿对环境影响的担忧由来已久。加密货币消息机构DigiConomist发布的比特币能源消耗指数(Bitcoin Energy Consumption Index)显示,比特币挖矿每年的碳足迹每年超过3200万吨。

2018年底比特币挖矿的能源消耗或将翻两番

荷兰经济学家Alex de Vries从去年年底就开始研究比特币挖矿社区日益增长的能源需求。今年5月,他发表了一篇题为“比特币日益增长的能源问题”(Bitcoin’s Growing Energy Problem)的最新报告,收集了不少挖矿经济的详细信息。

de Vries假设整个网络使用的是已知最有效的挖掘硬件(比特大陆的Antminer S9),那么比特币挖矿的能耗下限为2.6吉瓦(几乎相当于爱尔兰一年消耗的电力)。然而,由于人们正在使用其它效率较低的硬件,因此真正的能源消耗要比这个数值高。

为了保持每10分钟能创建一个新区块,挖矿任务的难度会自动调整。如果有更多算力加入网络,生产一个新的比特币会用更多算力,使得现有的采矿硬件盈利更少,也使每枚比特币所消耗的电力变得更多。

de Vries假设电价占采矿成本的60%,平均每千瓦时5美分,通过计算比特币矿工在不盈利的情况下会消耗多少电量,得出了比特币网络能耗的上限——7.7吉瓦(接近世界总用电量的一半)。如果能源消耗高于这一数字那将意味大量矿工将出现亏损,挖矿活动就会停止。

然而,在比特币价格迅速上涨的时期,就像我们在2017年秋天看到的那样,由于没有足够的挖矿硬件可供使用,矿工将使用低于7.7吉瓦的电力生产比特币,从而赚取巨额利润。虽然矿工会不断更新硬件,但制造商要扩大超级高效的硬件产量,还需要一段时间。

比特币价格会左右挖矿的耗电

de Vries预计,如果比特币保持在目前的8,000美元左右的价格,到今年年底,其网络能耗将达到7.7吉瓦。如果比特币的价格重新回到去年12月接近2万美元的高点,挖矿产业将重新获得巨大利润,预计能源使用量也会以更快的速度增长。这一点与摩根士丹利的研究结果不谋而合,该研究指出,比特币价格超过8600美元时,比特币矿池能耗有望超过全球总能耗的5%。

另一方面,如果比特币的价格暴跌,矿工将开始关闭能源效率低的挖矿设备,实际能源使用量可能会下降。摩根士丹利的研究也指出如果比特币的价格远低于8600美元,那么比特币的矿工将不会耗费大量成本去铸造新币。

在某种程度上,比特币的高能耗问题将随着时间的推移而得到解决。比特币网络计划每四年将区块奖励减少50%,下一次减半计划将在2020年中期完成。在这种情况下(假设比特币价格不变),挖矿业的收入将减少一半,这应该意味着能源使用量也会减少一半。同样地,到2024年和2028年,能源使用量将在原有的基础上减少一半,不过,这可能被比特币价格的进一步上涨所抵消。

de Vries指出,网络中每笔比特币交易的耗电量约为300千瓦时,这显然是很多的,但这个数字经常被误解。由于一个空块挖矿所需的电量几乎和一个完整区块所消耗的电量一样多,因此,让人们减少比特币交易并不能节省大量能源,甚至还有可能导致每笔交易的消耗的电量上升到更荒谬的水平。

比特币开采主要依靠廉价的可再生能源?

然而,对于比特币挖矿的耗电量相当于爱尔兰一年的耗电量这种说法,麻省理工学院伯克利实验室的研究员Jonathan Koomey提出了明确的反对意见,他表示,de Vries是“凭空”计算出这些数据的,并警告说,这些“非常不可靠”的数据是对加密货币世界的诽谤。

无独有偶,位于伦敦的加密货币投资公司Coinshares的研究团队于本月发布了其数个月来的研究成果《比特币挖矿网络:趋势、边际创造成本、电力消耗及来源》,报告指出,比特币挖矿的能源消耗实际上比人口不足60万的卢森堡的能源消耗还要低(爱尔兰人口有近500万)。

该报告指出,DigiConomist对比特币年耗电量的估计约为65太瓦时,而5月中旬,其耗电量为35太瓦。CoinShares Research负责人Christopher Bendiksen表示,如果DigiConomist的估计确实是正确的,那么比特币网络的安全性应该要比现在高。他指出,与先前关于比特币制造碳足迹3200万吨的报道相反,其研究并没有发现这一说法的证据。

该报告称,事实上,比特币开采主要依靠廉价的可再生能源,主要能源来源是水电。原因很简单,因为煤太贵了。另外,报告还质疑了中国比特币挖矿活动消耗煤炭资源的说法,指出中国某些地区对煤炭发电的长期使用有限,加之季节性迁移,仅占该网络总电力需求的一小部分。

报告中提到,中国在南方和西南省份的水电站拥有巨大的过剩发电能力,大规模的能源过剩导致出现了廉价和可再生的电力来源,比特币挖矿用的就是这些能源。值得注意的是,很多地方用比特币挖矿也没有造成污染,比如加拿大有大量清洁能源,魁北克省就在积极邀请加密货币企业来消费其过剩的水电。除了加拿大,冰岛的地热,瑞典的水电,都能为加密货币挖矿提供充足的电力。

此外,挖矿消耗的电力承受着巨大的价格压力,因此一些矿工会随季节迁移,寻求在最有利的气候下获取最便宜的可再生能源。有证据表明,由于比特币矿工能四处迁徙,发电基础设施本身又不具移动性,矿工可能会选择开发新的或位于更偏远地方的可再生能源来源。

市场会调节好这一切

在中国政府禁止比特币采矿后,北欧国家、加拿大和美国西北部的矿工数量有所增加。Bendiksen表示,为了避免挖矿对外部环境的影响进一步扩大,比特币矿工一直在寻求在地热能源丰富的冰岛建立基础设施。

所有这些地方的共同之处是气候凉爽(在较冷的国家挖矿无需为服务器降温),而且有廉价的可再生能源供应、高速互联网和对商业友好的政府。正如Bendiksen所说,比特币矿工正越来越多地转向更廉价的可再生能源,来为解答加密难题和生成新比特币区块所需的计算机处理器供电。

总的来说,研究学者们难以获得真实的数据,一方面是由于矿工遍布全球,难以统计全部数据,另一方面这些矿工不愿意分享他们自己的信息,因此,用于理解比特币能源消耗的数据非常缺乏。尽管此前有人曾多次尝试量化比特币的能源使用,但大多都失败了。

没有风险(能耗),就没有回报(比特币)。即便人们对PoW消耗大量能源提出了很多批评,但事实上,正是这种能源支出确保了比特币网络的安全。因为在网络中采取恶意行为,会降低比特币奖励的价值,而这对攻击者来说是经济损失。最终的结果是,任何欺骗性地修改或附加数据库的尝试都需要增加资本性支出,该投资比现有挖矿网络的规模更大。持续能源支出和前期资本性支出越大,攻击所需投入就越大。

但由于缺乏相关数据,人们对此的争议或将一直存在。

de Vries的研究发表后,有人要求他对Koomey的评论作出回应。虽然de Vries当时没有直接回应,但他通过新闻稿发表了自己的声明。他同意“粗略计算”并不能说明全部情况,敦促人们进行更多的“科学讨论”,以确定比特币网络的未来。

那么,我们最终会因为虚拟货币挖矿而无电可用吗?

英国开放大学Alan Shipman表示:无须担心,大多数经济学家都认为,市场会调节好这一切。

虽然比特币和其他加密数字货币挖矿可能会耗费大量电力,但区块链技术却有可能以更积极的方式影响世界能源网络,比如可以通过区块链使二氧化碳排放量减少,增加可再生能源的运用。

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