天哪！ 2020年比特币网络耗电量将超过整个丹麦！

根据美国科技网站 Vice 本周发表的一篇文章，由于各种原因，比特币网络的能源消耗正在增加。在最不乐观的情况下，到 2020 年，比特币网络消耗的电力将与丹麦整个国家一样多。我们现在应该采取措施解决这个问题。

以下为文章全文：

Christopher Malmo 最近在 Vice 上写道，比特币的发展对环境不利。这是因为比特币消耗了大量的能量。

根据马尔默的计算，单笔比特币交易需要 1.6 个美国家庭一天的电量，而且这个数字还在继续增长。

他指出：“比特币作为未来几十年的主要货币，将导致用电量不必要的增加，加剧人为气候变化。”

我的研究也不是很乐观。根据我的计算，如果比特币网络像最近这样继续扩张，到2020年，用电量将从今天的一个小发电厂的输出容量增加到丹麦全国的用电量。

那么，什么决定了比特币网络的能源消耗？

基本上，比特币交易由去中心化系统验证和处理。这些系统通常使用专门的硬件来执行哈希运算，然后根据复杂的数学算法求解以获得新的比特币和交易费用。

这个比特币“矿工”网络确保了系统安全，但也消耗了大量能源。根据我的计算，目前这个能耗大约是 350 兆瓦，相当于 28 万个美国家庭的用电需求。

矿机的能源效率

首先要注意的是当前使用的矿机的性能（以“Hashrate”衡量，即每秒哈希操作的次数。衡量），以及硬件能效（以每哈希的热量衡量）操作）。

目前比特币矿机网络的算力超过每秒800 petaflops。当前较新的比特币矿机重量超过 12 公斤，每秒执行 10 亿次哈希运算的设备重 15 克，因此当前比特币矿机的总重量超过 10,000 公吨。这些材料足以建造另一座埃菲尔铁塔。

在比特币的早期，笔记本电脑和台式机也可以用于挖矿。然而，由于比特币的设计机制，挖矿变得越来越困难，矿工开始升级到显卡，随之而来的是更复杂的硬件。当前的“终极”设备是采用 ASIC（专用集成电路）技术制造的专用比特币挖矿芯片。这种类型的 ASIC 芯片已经问世 3 年了，这使得设备更小，挖矿效率更高。

我们可以看到此类 ASIC 矿工效率的提升。不包括从未正式向用户发布的矿工，以及那些在早期阶段效率低下的矿工，我列出了 53 种不同的比特币矿工，并按初始发布日期绘制了它们的效率趋势。如下图。

然后我排除了 USB 矿工。因为，尽管它们的效率很高，但相对于其他类型的矿工而言，每次哈希运算的价格也很高，因此此类矿工在比特币网络中所占的比例并不大。

根据剩下的46台矿机分析未来走势，可以得出一个乐观假设和一个悲观假设。

悲观假设是基于所有 ASIC 矿工的平均值。在这个假设中，尽管矿工的能源效率提高了，但每次哈希运算的功耗仍然高于乐观假设。虽然乐观假设是基于市场上最节能的设备，但我们可以看到每次哈希运算的电力需求呈指数下降，这将带来更好的长期能源效率。

虽然这些曲线可以帮助我们了解未来趋势，但这些数据基于最新的挖矿硬件，因此并不代表比特币网络当前的能源效率水平。当前网络中仍有许多较旧的硬件。为了确定当前网络的实际能源效率，我假设比特币网络哈希算力的增长完全来自每个月安装的新比特币矿机，乐观和悲观取 3 到 5 年的加权平均假设网络上现有比特币矿工的整体效率。下图是新硬件和实际硬件每次哈希运算功耗的长期趋势。

很明显，芯片厂商和硬件厂商的技术进步将保证未来比特币矿机的能效将超过目前的3倍。

然而，比特币矿工的能源效率只是问题的一部分。问题的另一部分是，比特币的使用会增长吗？比特币网络整体算力的提升会抵消矿工能源效率的提升吗？总能耗会继续上升吗？

流行的比特币 为了找到答案，我查看了网站 blockchain.info 提供的每月哈希率数据。自 2013 年 1 月第一批 ASIC 矿机上线以来，比特币网络哈希算力的月增长率达到了惊人的 37%。如果这种增长持续下去，到 2016 年底，比特币网络将需要比当前全球发电量更多的电力。

这不是真的。比特币价格在 2013 年大幅上涨，在 2013 年底和 2014 年初两次达到 1,000 美元。这种价格上涨是由于不寻常的炒作，因此根据这些数据预测未来的哈希率增长并不准确。我们需要更现实的期望。

在下图中，算力的快速增长发生在ASIC矿机流行之初，近期增速有所下降。

基于当前每秒 800 peta 哈希值，我假设有两个增长率。第一个假设比较乐观，就是分析12个月内的平均网络性能增长率，找出ASIC矿工诞生以来的最低增长率。这相当于每月 5% 的增长率。

另一个相对悲观的假设（从环境角度，而不是网络安全角度）是包括上述 12 个月之前和之后的 3 个月。这相当于每月 12% 的增长率。

显然，这种增长速度是高度不确定的，并且总是与比特币价格相关：矿工的计算能力只要能带来利润就会不断增长。但是，比特币的价格也很不稳定。因此，以一段时间内的平均增长率作为参考是比较合理的。

另外两个可能影响比特币网络算力增长的因素是比特币区块的大小和今年夏天比特币区块产量的预期减半。关于块大小的讨论仍在继续比特币算力下降意味着什么，结论仍然未知。区块收入的下降是由于比特币的设计。因此，比特币交易费用将逐渐成为挖矿的主要驱动力。这会对能源消耗产生严重影响。

但是，区块收益率下降对整体哈希率的长期影响仍不清楚。有人认为，区块收入的下降会影响比特币矿工的积极性。挖矿成为一项亏损活动，因为电力消耗可能超过挖矿收入，甚至可能导致挖矿活动显着减少。

同时，也有人认为比特币算力下降意味着什么，区块收益的下降会导致比特币的稀缺，从而导致比特币的价格快速上涨。这可能导致比特币网络哈希率再次大幅飙升。很难说哪种情况更有可能实现。乐观估计出块奖励减半后6个月算力停止增长并趋于稳定，悲观估计算力将继续保持历史水平增长。

两种可能的情景 基于对比特币网络能耗的乐观和悲观假设，我们可以得出比特币网络未来发展的两种可能情景。那么这会对2020年1月左右的环境产生什么影响呢？下表总结了主要假设并计算了比特币网络在各种场景下的能耗。

结果表明，在乐观的假设下，比特币网络的用电量增幅不会太惊人，只是从目前的350兆瓦增加到417兆瓦左右，还在小发电站的功率输出范围内如果事情失控，到 2020 年，比特币网络将消耗 14 吉瓦的电力，相当于丹麦这样一个小国的总能源消耗量。

以上并非认真分析，数据存在较大不确定性。但结论很重要：如果比特币矿机网络继续按照过去的方式扩展，矿机的效率提升很可能会被抵消，比特币网络的整体能耗会略有增加，或者甚至显着。

即使在最乐观的假设下，到 2020 年，开采一个比特币也需要高达 5,500 千瓦时的能源，相当于美国普通家庭年能源消耗的一半左右。即使我们假设届时只有一半的电力来自化石燃料，每开采比特币的二氧化碳排放量仍将超过 4,000 公斤。对世界产生如此明显的影响，你可能会质疑比特币是否还值得被称为虚拟货币。

我个人仍然支持去中心化交易所，但重新思考这类系统的工作方式会有所帮助，尤其是对环境而言。该问题的一种解决方案是，在未来的系统中，所有矿工都将根据他们投入的 CPU 处理能力获得奖励，但实际的散列只会由数千个随机选择的、不断变化的 CPU 完成。我们可以减少计算能力方面的军备竞赛，并将老矿工用于其他更有意义的用途。