2020年比特币挖矿耗电量将与这个国家一样多

美国科技网站Vice本周发表文章称，由于种种原因，比特币网络消耗的能量与日俱增。 在最不乐观的情况下，到 2020 年，比特币网络的用电量将达到丹麦全国的水平。 现在是我们采取措施解决这个问题的时候了。

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，一笔比特币交易需要的电力相当于 1.6 个美国家庭一天的用电量，而且这个数字还在继续增长。 他指出：“比特币如果在未来几十年被用作主要货币，将导致不必要的电力消耗增长，并加剧人为造成的气候变化。”

我的研究也不那么乐观。 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，用电量将从目前一个小型发电厂的发电量增长到丹麦整个国家的用电量。

那么，是什么决定了比特币网络的能耗呢？

从根本上说，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用硬件进行哈希运算，通过求解复杂的数学算法来获得新的比特币和交易手续费。

这个比特币“矿工”网络确保了系统的安全，但也消耗了大量的能源。 根据我的计算，这个能源消耗目前大约是350兆瓦，相当于28万个美国家庭的用电需求。

矿工的能源效率

首先要关注的是目前使用的矿机的性能（以“哈希率”（Hashrate）衡量2020年比特币挖矿分析，即每秒哈希运算的次数），以及硬件的能效（以热度衡量）由每个哈希操作消耗）。 ).

当前比特币矿工网络的计算能力超过每秒 800 peta-hash 操作。 当前较新的比特币矿机重量超过 12 公斤，而每秒执行 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来挖矿。 但是由于比特币的设计机制，挖矿难度越来越大，矿机开始升级到显卡，然后是更复杂的硬件。 当前的“终极”设备是使用 ASIC（专用集成电路）技术构建的专用比特币挖矿芯片。 这些类型的 ASIC 芯片已经出现了 3 年，允许更小的设备和更高效的挖矿。

我们可以看看这些 ASIC 矿机的效率提升情况。 排除从未正式发布给用户的矿机，以及早期效率低下的矿机，我列出了 53 种不同的比特币矿机，并绘制了它们在首次发布之日的效率趋势图。 如下所示。

然后，我再次排除了USB矿工。 因为尽管效率很高，但相对于其他类型的矿机，每次哈希运算的价格都很高，因此此类矿机不会在比特币网络中占据很大比例。

根据剩下的46台矿机来分析未来的趋势，我们可以得出一个乐观的假设和一个悲观的假设。

悲观的假设是基于所有 ASIC 矿工的平均值。 在这种情况下，虽然矿工的能源效率在不断提高，但每次哈希运算消耗的电量仍然高于乐观情况。 基于市场上最节能设备的乐观假设看到每个哈希的功率需求呈指数下降，这将导致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，但这些数据是基于最新的挖矿硬件2020年比特币挖矿分析，因此并不代表比特币网络当前的能效水平。 当前网络中仍然有很多较旧的硬件。 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加完全来自每月新安装的比特币矿工，并取 3 到 5 年乐观和悲观情景的加权平均值假设网络上现有比特币矿机的整体效率。 下图是新硬件和实际硬件每次哈希运算耗电量的长期趋势。

显然，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超过目前能效的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机能效的提升吗？ 能源消耗总量会继续上升吗？

流行的比特币

为了找到问题的答案，我查阅了 blockchain.info 网站提供的每月哈希率数据。 自从 2013 年 1 月第一批 ASIC 矿工上线以来，比特币网络的哈希率每月以惊人的 37% 的速度增长。 如果目前的增长继续下去，到 2016 年底，比特币网络将需要比目前全球发电量更多的电力。

这与实际情况不符。 比特币价格在 2013 年大幅上涨，并在 2013 年底和 2014 年初两次触及 1000 美元。这种价格上涨是由于异常炒作，因此根据该数据预测未来哈希率增长是不准确的。 我们需要更现实的期望。

在下图中，哈希算力的快速增长发生在ASIC矿机普及之初，而最近的增长速度有所下降。

基于当前每秒 800 千万亿次哈希运算，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，找到自ASIC矿机诞生以来的最低增长率。 这相当于每月 5% 的增长率。

另一个更悲观的假设（从环境角度，而不是网络安全角度）是包括上述 12 个月期间的前三个月和后三个月。 这相当于每月 12% 的增长率。

显然，这个增长率具有很大的不确定性，并且永远与比特币价格相关：只要有利可图，矿机的算力就会一直增长。 然而，比特币的价格也非常不稳定。 因此，以一段时间内的平均增长率作为参考是相对合理的。

块收入

可能影响比特币网络哈希算力增长的另外两个因素是比特币区块的大小和今年夏天比特币区块收入的预期减半。 关于区块大小的讨论仍在进行中，目前尚无定论。 区块收益的下降是由于比特币的设计。 为此，比特币交易手续费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。

然而，区块收入下降对整体算力的长期影响仍不明朗。 有人认为，区块收益下降会影响比特币矿工的挖矿积极性。 挖矿成为一种亏损活动，因为电力消耗可能超过挖矿收入，这甚至可能导致挖矿活动大幅减少。

同时，也有人认为，区块收益下降会导致比特币稀缺，进而导致比特币价格快速上涨。 这可能会导致比特币网络的哈希算力再次大幅增加。 目前还很难判断哪种情景更有可能成为现实。 乐观的估计是在区块奖励减半后的 6 个月，算力将停止增长并趋于稳定，而悲观的估计是算力将在历史水平上继续增长。

两种可能的情况

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。 那么这对2020年1月前后的环境会有什么样的影响呢？ 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源消耗。

结果显示，在乐观的假设下，比特币网络用电量的增加不会太惊人，只是从目前的 350 兆瓦增加到 417 兆瓦左右，仍在小型电站的电力输出范围内。 如果事情失控，到 2020 年比特币网络可能消耗 14 吉瓦的电力，相当于丹麦这样一个小国的总能源消耗。

以上并非认真分析，这些数据也有很大的不确定性。 但结论很重要：如果比特币矿机网络继续以过去的方式扩容，那么矿机效率的提升很可能会被抵消，比特币网络的总能耗将小幅增加，甚至大幅增加。

即使在最乐观的假设下，到 2020 年开采一个比特币也需要多达 5,500 千瓦时的能源，相当于普通美国家庭每年能源消耗的一半左右。 即使我们假设到那时只有一半的电力来自化石燃料，每开采一个比特币，二氧化碳排放量仍将超过 4,000 千克。 由于对世界产生了如此明显的影响，您可能会质疑比特币是否值得被称为虚拟货币。

我个人仍然支持去中心化交易所，但重新思考此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，所有矿工将根据他们投入的 CPU 处理能力获得奖励，但实际的散列将仅由数千个随机选择、不断变化的 CPU 完成。 我们可以减少算力军备竞赛，将旧矿机用于其他更有意义的用途。