比特幣網絡耗電量2020年或堪比整個丹麥

　　導語：美國科技網站Vice本週刊文稱，由於多方面原因，比特幣網絡消耗的能源正日益增長。在最不樂觀的情況下，到2020年，比特幣網絡的耗電量將達到丹麥整個國家的水準。目前我們應當採取措施解決這一問題。

　　以下為文章全文：

　　克裏斯托弗·馬爾默（Christopher Malmo）近期在Vice上撰文指出，比特幣的發展不利於環保。這是由於，比特幣會消耗令人難以置信的能源。根據馬爾默的計算，一次比特幣交易所需的電力就達到1.6戶美國家庭一天的電力消耗，而這一數字仍在繼續增長。他指出：“未來數十年，如果將比特幣當作主要貨幣，那麼將導致毫無必要的電力消耗增長，加劇人為造成的氣候改變。”

　　我的研究同樣不太樂觀。根據我的計算，如果比特幣網絡像近期一樣持續擴張，那麼耗電量將從當前一座小型發電廠的輸出能力增長至2020年丹麥整個國家的耗電量。

　　那麼，是什麼決定了比特幣網絡的能耗？

　　從基礎來看，比特幣交易由去中心化的系統來驗證及處理。這些系統通常採用專用硬體去進行哈希運算，按照複雜的數學演算法求解，以獲得新的比特幣以及交易費。

　　這一比特幣“礦機”網絡確保了系統安全，但同時也消耗了大量能源。根據我的計算，目前這一能耗約為350兆瓦，相當於28萬戶美國家庭的電力需求。

　　礦機的能效

　　首先需要關注的是當前正在使用的礦機性能（以“哈希算力”（Hashrate），即每秒哈希運算次數來衡量），以及硬體能效（以每次哈希運算消耗的熱量來衡量）。

　　當前比特幣礦機網絡的計算能力超過每秒800千萬億次哈希運算。目前較新的比特幣礦機重量超過12千克，而完成每秒10億次哈希運算的設備重量為15克，因此當前的比特幣礦機總重超過1萬公噸。這些材料足以建造另一座埃菲爾鐵塔。

　　在比特幣發展早期，筆記本和臺式機也可以用於挖礦。然而由於比特幣的設計機制，挖礦難度越來越大，礦機開始升級至顯卡，以及隨後更複雜的硬體。當前的“終極”設備是採用ASIC（專用積體電路）技術製造的專用比特幣挖礦晶片。這類ASIC晶片的出現已有3年時間，這使得設備尺寸更小，挖礦效率更高。

　　我們可以看看這類ASIC礦機效率的提升。排除從未正式發佈給用戶的礦機，以及在早期階段效率低下的礦機，我列出了53款不同的比特幣礦機，按照最初發佈日期繪製了它們的效率趨勢。如下圖所示。

　　隨後，我又將USB礦機排除在外。因為儘管效率很高，但相對於其他類型礦機的每哈希運算價格也很高，因此這類礦機在比特幣網絡中所佔比例不會太大。

　　基於剩下的46款礦機去分析未來趨勢，我們可以得出一個樂觀的假設和一個悲觀的假設。

　　悲觀假設基於所有ASIC礦機的平均情況。在這種假設中，儘管礦機能效在不斷提升，但每哈希運算消耗的電力仍要比樂觀假設中更高。而樂觀假設基於市面上能效最高的設備，可以看到每哈希運算的電力需求正呈指數式下降，這將帶來更好的長期能效。

　　儘管這些曲線能幫我們了解未來的趨勢，但這些數據基於最新挖礦硬體，因此並不代表當前比特幣網絡中的能效水準。當前網絡中仍存在大量較老的硬體。為了確定當前網絡中的實際能效，我假設比特幣網絡哈希算力的增長完全來自每月新安裝的比特幣礦機，並對3到5年的情況進行加權平均，以求得樂觀和悲觀假設下網絡現存比特幣礦機的總體效率。下圖是每哈希運算採用新硬體和實際硬體所消耗電力的長期趨勢。

　　很明顯，晶片廠商和硬體廠商的技術進步將確保未來比特幣礦機的能效超過當前的3倍。

　　不過，比特幣礦機的能效只是問題的一部分。問題的另一部分在於，比特幣的使用量是否會出現增長？比特幣網絡總體哈希算力的增長是否會抵消礦機能效的提升？總能耗是否仍將繼續上升？

　　受歡迎的比特幣

　　為了找到問題的答案，我查閱了blockchain.info網站提供的月度哈希算力數據。自2013年1月第一台ASIC礦機投入使用以來，比特幣網絡哈希算力的月增長率就達到了驚人的37%。如果目前仍保持這樣的增長，那麼到2016年底，比特幣網絡所需的電力將超過當前全球的發電量。

　　這並不符合實際狀況。比特幣價格2013年曾大幅上漲，並於2013年底和2014年初兩次觸及1000美元。這一價格上漲是由於異常的炒作，因此基於這一數據去預測未來的哈希算力增長並不準確。我們需要更符合實際的預期。

　　在以下這張圖表中，哈希算力的高速增長出現在ASIC礦機的普及之初，而近期的增速則出現下降。

　　在當前每秒800千萬億次哈希運算的基礎上，我假設了兩種增長率。第一種假設相對樂觀，即分析12個月內平均的網絡性能增速，並找出自ASIC礦機誕生以來的最低增速。這相當於月增速5%。

　　另一種假設相對悲觀（從環保角度，而非網絡安全形度來看），即將以上12個月的前後3個月也包括在內。這相當於月增速12%。

　　很明顯，這一增速的不確定性很大，並且總是與比特幣價格相關：只要能帶來利潤，礦機的計算能力就會一直增長。然而，比特幣的價格波動性也很大。因此，採用一段時期的平均增長率作為參考相對合理。