比特幣的大問題：2020年，能耗將超過目前全球總用電

編者按：比特幣價格一飛沖天。

可是「挖礦」的代價也日益高昂。

根據最新的報告，挖掘比特幣消耗的電力現在已經超過了塞爾維亞整個國家的用電。

更有測算預計，到2019年中時比特幣P2P網絡的耗電將超過美國全國用電量，到2020年時將會超過全球用電。

這麼誇張的能耗豈不是要把全球的能源都給耗光？這個問題有沒有這麼嚴重呢？如果有的話，問題有解嗎？《連線》雜誌的一篇文章從數學、物理學和經濟學的角度分析了問題解決的可能性。

目前來看，比特幣更像是一種投機工具，而不是可行的主流貨幣。

而數學、物理和經濟學都共同遵循的一個科學定律是：泡沫破裂。

能耗大戶

我來讓你緊張一下。

比特幣你懂吧？基本上，這是一種「加密貨幣」，也就是秘密的計算機貨幣。

比特幣沒有真正的物理形態，但是一塊比特幣目前的價格就超過了16000美元。

不過要想弄到一塊比特幣，要麼你得通過在線交易購買，要麼就得利用特殊的計算硬體來「開採」。

而挖礦就是讓人緊張的地方。

加密貨幣網站Digiconomics上周發布了一份報告，報告說全球比特幣開採消耗的電力已經超過了塞爾維亞整個國家的用電。

Eric Holthaus則在給Grist撰寫的文章中稱，根據計算，到2019年7月，比特幣點對點網絡（就是像BitTorrent那樣的東西）需要的電力將會超過整個美國。

而到了2020年11月，它的用電就將超過目前全球的電耗。

這很糟糕。

這意味著比特幣每年相當於排放了1770頓的二氧化碳，這是對地球氣候以及任何享受海岸、森林，不會受到蚊蟲叮咬死亡威脅的人赤裸裸的的藐視。

我們從另一種隱喻的角度來看，比特幣P2P網絡基本上就是一個分布式的超級智能，所以它當然想要把宇宙所有的能量（也就是物質）都變成比特幣。

這就是它的工作。

如果它需要招募貪婪的技術宅為自己所用的話，沒關係，那就支付給他們幽靈般的價值吧。

發行許普諾斯貨幣（hypnocurrency，hypnos，許普諾斯是睡眠之神）吧！

比特幣的想法仍然有其天才之處——它是一種難以跟蹤的數字貨幣，又像現金一樣可靠，還不受國家和物理形態的約束，平等主義和訪問使用已經植入到它的哲學和技術固件裡面。

但實際上，過去3個月比特幣在價格上的暴漲說明這個東西未必能維繫下去。

但並不是說大家沒有想辦法去解決問題。

比特幣之所以成為比特幣是因為區塊鏈，所有支付和交易的安全總帳。

P2P比特幣網絡的關鍵在於生成和維護這個總帳，從技術上來說每個人都可以為更新做貢獻——那些交易記錄就是鏈上的區塊。

但是有個問題（這就是比特幣發明者中本聰介紹裡面的天才之處）。

為了給一個區塊做出貢獻，你也得解決一個真的很複雜的數學難題，這是一種「哈希算法」，名字叫做SHA-256。

工作量證明

驗證一堆的交易然後解決數學問題，系統可能就會選擇你的區塊添加到鏈裡面；如果系統這麼做了，你就會獲得一些比特幣。

這就叫做挖礦，而強行給加入區塊鏈施加成本（哈希算法）的想法，就是「工作量證明（proof of work）」。

康奈爾大學Initiative for Cryptocurrencies and Smart Contracts （加密貨幣與智能合約行動計劃）聯合主任Emin Gün Sirer說：「工作量證明的美妙之處在於它沒有準入步驟。

只要你能夠解決其核心的加密難題，就可以為總帳的維護做出貢獻。

」

解決這道數學題沒有竅門。

SHA-256算法經過了精心設計，除了暴力破解以外別無他法。

你得儘可能多儘可能快地給出計算答案。

這意味著你得讓計算機不停地運算，讓風扇不停地轉來冷卻超熱、超載的處理器。

Sirer說：「能耗是個安全特性，是個好東西。

為了控制系統，你的算力至少得跟系統目前的消耗一樣。

你得擁有全部哈希算力的51%。

」

這是一項特性，不是bug（分布式的超級智能會這麼說）。

紐約大學計算機科學家Joseph Bonneau說：「如果你這麼描述它的模型說，『這個網絡不僅沒人負責管理而且節點隨時可以加入或者離開網絡，但是每個人都對區塊鏈建立了共識。

』計算機科學家不會認為這是可能的。

但比特幣能夠做成這些的確很令人吃驚，是一大創新。

代價是它要用工作量證明，其關鍵是這使得加入區塊鏈變得很昂貴。

」

而這就是平權主義瓦解的地方。

一開始的時候，加密貨幣狂熱分子可以在自己的家用計算機上跑挖礦軟體。

這種情況已經發生了演變。

大家首先意識到圖像處理單元（GPU）要比老舊的CPU更適合進行哈希運算。

他們利用了更多的電力，同時也需要更複雜的散熱系統，但問題依舊。

然後大家開始定製FPGA（現場可編程門陣列）晶片，購買套件然後針對挖礦加以定製。

這段時間以來，大家偏好的是專用集成電路，按照比特幣專用來定製，並且部署到專門的數據中心裏面。

這一點不僅讓比特幣開採變得集中化，而且也極大增加了能耗。

最先進的比特幣礦工現在每10億次哈希運算（或稱為「gigahashes，Gh」）要消耗0.3瓦特電能。

換算一下這相當於300Gh/秒/千瓦。

也就是每一筆交易相當於13600 petahash（1000Gh）/秒運算，能耗為234kWh，整個比特幣網絡的能耗為32.71太瓦時——相當於目前全球能耗總量的0.15%。

效率更高的硬體也不能解決這個問題。

梅努斯大學的計算機科學家David Malone說，2014至2017年間，哈希率從300000漲到了200萬每秒，硬體效率也從2000megahash（Mh）/焦耳增加到了10000MH/J。

所以這基本上是兩相抵消了。

2017年哈希率幾乎漲到了120萬。

Malone說：「但硬體改進並不多。

」

於是能耗上漲，比特幣礦工現在開始在愛爾蘭（熱能充足）或者中國（電力由政府認購，而比特幣是缺乏監管的很好的投機手段）等電力便宜的地方建設ASIC雲。

因為這些地方他們可以讓更多的伺服器上線，挖掘出更多的比特幣。

Sirer說：「現在我們來公平對待比特幣，同時也不要把問題最小化。

無論是利用任何其他機制來記錄資產、核對總帳、確保次序井然所需的能耗成本，或者運行基於現金的經濟、印刷貨幣、處理現金、讓貨幣退出流通以及印刷新幣所需的能耗成本——這些在一年前的時候還是可比較的。

」也許吧。

Digiconomy估計整個Visa信用卡網絡的能耗大概是比特幣的千分之三。

這並沒有考慮到Visa辦公場所的用電，但另一方面，跟比特幣不一樣的是你可以通過Visa卡買東西。

哦，還有Google，2015年整個Google的總通電量只有5.7TWh，而且在2017年已經全部採用可再生能源。

礦工利用了更快更高效硬體的優勢，這種優勢不是用來少耗電，而是多挖礦。

這就是大家總是部署更高能效技術的用處。

蒸汽時代如此。

石油時代亦然。

LED也是這樣——它們能效是高了，但是它們的引入並沒有減少照明的總用電量。

因為大家安裝了更多更亮的燈。

華盛頓大學計算機科學家Michael Taylor說：「比特幣的價格越高，為了爭奪到這種貨幣大家消耗更多能量的意願就會更強。

增加比特幣SHA-256挖礦硬體能效的作用只是亞線性的，因為改進能效只會意味著大家可以用相同的運營成本部署更多的礦工。

」

權益證明

工作量證明是個問題。

那麼也許我們可以取消這個？加密貨幣研究人員正在考慮其他辦法。

其中之一是資源效率高的開採法，降低工作量但是採用受信任的硬體來做。

另一種是權益證明（proof of stake），為先前價值交易計算性工作。

Bonneau說：「你只是讓人們按照他們所持有的貨幣比例來創建區塊，這樣大的貨幣持有者會創建大部分的區塊。

」換句話說，你的做法不是讓挖礦在計算上代價高昂，而是讓挖礦本身變得昂貴。

「這有可能會把功耗降低到幾乎為零，但實際上並沒有——」他頓了一下「——有幾個研究小組正在研究這個問題。

」Bonneau說。

但是一個比特幣貴族制聽起來就不錯嗎？ Bonneau說：「跟把創建區塊的能力賦予任何願意消耗最多電力的人——無論這個人是來自中國沙漠拿到補貼電力的運營商，還是世界其他地方的人的做法相比，還不清楚這種做法是不是更加糟糕。

」

做點有用的事情

好吧，讓我們換個做法。

現在哈希算法屬於無用功。

是純粹的浪費電。

那我們換成做點有用的事情什麼樣？用P2P網絡來完成協作計算。

把它用來尋找外星人，或者找出蛋白質如何為醫療科學做貢獻，或者解決現實世界的加密問題和進行素因子分解怎樣？不行的。

Sirer說：「我來告訴你為什麼這樣的事情不會發生，這是有違常理的。

通過做有用的事情來挖掘比特幣的話，那麼有用的工作和你拿到的比特幣之間就會建立起一種關聯……這會在大家腦子裡建立一個心理錨點來評估比特幣應該值多少錢。

」

看到了吧，比特幣的成本是任意浮動的。

是由社會決定的。

對吧，因為你不想要一種有著合理匯率的國際貨幣，因為……嘿，等一下。

貨幣兌換不是本來就應該有匯率的嗎？！這不就是貨幣之所以是貨幣的原因之一嗎？交易性的P2P網絡的計算工作不應該是一堆狗屎，對吧？Sirer說：「我一開始也認為它還是應該做點更有用的事，但你知道的，為什麼要把你的命運跟蛋白質摺疊這樣的事情捆綁在一起呢？如果蛋白質摺疊有朝一日或其他手段可以很容易做到了呢？你的全新系統的命運最終就會跟其他技術糾纏在一起。

」

工作量證明沒法去掉。

你也不能把這項工作變得有用。

（或者，如果你做其中的一件有用的事情的話，可能會得到別的加密貨幣，但不會得到比特幣。

）讓硬體更高效也沒有幫助。

可是別放棄。

我們不要說Bitcan』t。

我們說Bit can。

如果我們的目標是降低能量負荷的話，為什麼不用這些硬體做點更有趣的事情呢？Taylor說：「一個好的短期解決方案可以是將發熱產生的廢熱回收。

」他指出，比方說斯德哥爾摩就在嘗試將數據中心的排氣用於家庭供暖。

從這個意義上來說，如果一座城市要靠燒化石燃料來個家庭供暖的話，相比之下，這是一個更加環境友好的解決方案，價值更高。

（註：這個做法可以供鬧氣荒的北方借鑑哈）

沒錯，但是這種做法也有令物理學家嗤之以鼻的不妥。

因為這會要求圍繞著ASIC雲建立全新的基礎設施，儘管每個人都知道挖礦的硬體會不斷改進和改變。

事實上，最便宜，能量密度最高的能源就是出自會引起氣候變化的化石燃料，而比特幣的挖掘系統獎勵的就是最廉價的能源。

我有點喜歡把熱電偶貼在比特幣挖掘系統外面，然後將熱量直接轉化為電能的想法，就像Biolite火爐一樣，但是熱力學依然表明，給多少錢辦多少事是真理。

讓經濟發揮作用

如果數學和物理學沒有幫助，也許經濟學可以發揮作用。

比特幣礦工只有在回報（挖出的比特幣）能付得起電費的時候才願意讓那些硬體跑起來。

如果比特幣的價值下跌或者電費上漲的話，他們就會關掉伺服器。

哈希問題的難度在指數性增加，每4年回報的規模就會減半。

目前每區塊有12.5個比特幣，但是Taylor說「下一次下跌會是2020年6月，隨著比特幣的價格穩定下來，全球的凈能耗因為區塊回報的緣故，也會開始下降也不是上升。

」

回報變少會對比特幣的開採總量產生限制。

這個數字是2100萬，按照目前的趨勢線發展，到2032年所有的比特幣就會被開採完畢。

一旦發生了這種情況，交易費就會成為唯一的系統內置回報機制。

一些其他的加密貨幣，也許是能效更高的加密貨幣，其競爭力就會變得增強。

目前來看，比特幣更像是一種投機工具而不是可行的主流貨幣。

而數學、物理和經濟學都共同遵循的一個科學定律是：泡沫破裂。

編譯組出品。

編輯：郝鵬程。