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比特幣挖礦開采浪費電?數字貨幣挖礦能源消耗與生態_榮格財經課堂

我們看到大型專業采礦數據中心已經占據了比特幣礦業的業務,以及如何將這種運動與金礦開采中的坑開采相結合。你可能會意識到,這些年來礦坑是造成環境破壞的主要原因。

比特幣還沒有達到這個水平,但它開始使用大量的能量已成為討論的話題。 在本節中,我們將看到比特幣礦業正在使用多少能源,以及對貨幣和地球的影響。

比特幣挖礦開采浪費電?數字貨幣挖礦能源消耗與生態

熱力學極限

20世紀60年代,有一種被拉爾夫·蘭道爾(RalphLandauer)研制的Landauer原理的物理規律稱,任何不可逆的計算都必須使用最少的能量。邏輯不可逆計算可以被認為是丟失信息的計算。具體來說,刪除任何位的原則規定必須消耗最?。╧T ln 2)焦耳,其中k是波爾茲曼常數(約),T是開爾文電路的溫度,ln 2是2的自然對數,大約為0.69。每比特的能量很小,但這從基本物理上提供了能量消耗的一個較低的下限。

我們不會在這里做出推論,但是高層次的想法是,每次你以不可逆的方式翻轉一比特時,你必須使用最少的焦耳數量。源永不毀滅;它從一種形式轉換成另一種形式。在計算的情況下,能量主要是從電轉化,這是有用的,高品位的能源,轉化成散發到環境中的熱量。

作為加密哈希函數,SHA-256不是可逆計算。我們可以從第1章回想起,這是密碼哈希函數的基本要求。

因此,由于不可逆計算必須使用一些能量,而Bitcoin采礦的基礎是SHA-256——不可逆轉,能源消耗是比特幣開采的必然結果。也就是說,Landauer原則的限制遠遠低于今天使用的電量。我們還沒有接近理論最優消費的計算,但即使我們確實達到了理論上的最佳,我們仍然將使用能量來執行比特幣開采。

比特幣礦業如何使用能源?過程中有三個步驟需要能量,其中一些步驟可能不那么明顯:

實體能量首先,比特幣采礦設備需要制造。

這就需要對原材料進行物理采礦,并將這些原材料轉化為Bitcoin采礦ASIC,這兩者都需要能源。這是實體的能量。一旦你在郵件中收到Bitcoin采礦ASIC,當然你已經消耗了很多精力——包括運輸能源,當然——在你甚至啟動它之前!

希望隨著時間的推移,實體能量將隨著越來越少的新產能投產而下降。隨著越來越少的人去購買新的采礦ASIC,他們將被不太快地淘汰,并且具體的能源將在多年和幾年的采礦中攤銷。

電力當你的ASIC開機并開采時,它會耗電。

這是一步,我們知道了由于Landauer的原理而消耗能量。隨著采礦設備的效率越來越高,電能成本將會下降。但由于Landauer的原理,我們知道它永遠不會消失;電能消耗將是比特幣礦工永遠的生活事實。

冷卻消耗能源的第三個重要組成部分是冷卻設備,以確保其不會發生故障。

如果你在非常寒冷的氣候條件下進行小規模運營,你的冷卻成本可能是微不足道的,但即使在寒冷的氣候下,只要你在一小段空間內獲得足夠ASIC,你將不得不花費額外的費用來冷卻你的設備產生的所有廢熱。一般來說,用于冷卻采礦設備的能量也將是電力的形式。

規模開采

當大規模經營時,實體的能源和電力都有所減少(每單位完成的采礦工作)。構建可在大數據中心運行的芯片成本更低廉,你可以在不需要太多電源的情況下更高校地提供電源。

然而,在冷卻方面,通常情況正好相反:冷卻成本隨著你的規模會越來越大。如果你想要運行一個非常大的操作,并且在一個地方擁有大量的Bitcoin采礦設備,在你的設備周圍區域散熱的空氣較少。因此,你的冷卻預算將按規模(每單位完成的采礦工作)增加,除非你將物理區域與你使用的芯片數量一起縮小。

估計能源消耗。整個比特幣系統使用了多少能源?當然,我們無法計算出這一點,因為這是一個分散化的網絡,礦工在所有地方運營,而無需準確記錄他們在做什么。但是,有兩種基本的方法可以估計比特幣礦工集體使用的能量。我們要基于2015年初的價值做一些粗略計算。我們必須強調,這些數字非常粗糙,因為一些參數很難估計,也因為它們的變化很快。最多應該把它們視為數量級的估計。

自上而下的方法

第一種方法是自上而下的方法。 我們從簡單的事實開始,每次發現一個區塊,今天給礦工提供價值約6500美元的25比特幣。每秒大約11美元,這是在比特幣經濟中憑空創造出來的,并給了礦工。

現在我們來問一下這個問題:如果礦工把這11美元每秒都轉成電,他們可以買多少錢?當然,礦工們實際上并沒有把所有的收入都用在電力上,但是這將為所用的電力提供一個上限。電力價格差異很大,但我們可以用這樣的估計,美國的工業生產電費每千瓦時(千瓦時)約為10美分,或相當于每兆焦耳3美分(MJ)。如果比特幣礦業公司花費每秒賺取的11美元來購買電費,他們可以每秒購買367兆焦耳,消耗穩定的367兆瓦(兆瓦)。

能量和能量單位。在國際單位制(SI)中,能量以焦耳為單位。瓦特是功率單位,其中一瓦特被定義為每秒一個焦耳。

自下而上的方法

估計成本的第二種方法是使用自下而上的方法。在這種方法中,我們來看一下礦工實際計算的哈希數,我們通過觀察每個區塊的難度來了解。如果我們假設所有的礦工都在使用最有效的硬件,我們可以得出電力消耗的下限。

目前,商業上可獲得的礦山鉆井平臺中最好的效率數據約為3 GH/s/W。也就是說,最前沿的ASIC聲稱每秒執行30億次哈希,同時消耗1瓦的功率。整個網絡的算力約為350000000 GH/s,或相當于每秒350 petahash(PH / s)。 把這些結合在一起,我們看到每秒的哈希效率需要大約117兆瓦。當然,這個數字排除了所有的冷卻能量和這些芯片中的所有實體能量,但是我們正在進行一個最佳的計算并得到一個下限,這樣就可以了。

結合自上而下的自下而上的方法,我們可以得出一個大致估計,比特幣礦工的電力使用量大概在幾百兆瓦左右。

兆瓦是多少?直覺來說,我們可以看看大型發電廠的產量。世界上最大的發電廠之一,中國的三峽大壩是一座萬兆瓦的發電廠。典型的大型水電站生產約1000兆瓦。作為世界上最大的核電站,日本的Kashiwa崎崎是一座7000兆瓦的工廠,而平均核電站約為4000兆瓦。一個主要的燃煤電廠生產約2000兆瓦。

據我們的估計,整個比特幣網絡正在耗費大型電廠10%的電力。雖然這是一個相當數量的能量,但與人們在地球上使用電力的所有其他事情相比,它仍然很小。

比特幣礦開采是否浪費?

經常說比特幣“浪費”能量,因為SHA-256計算上的能量消耗不起任何其他有用的目的。重要的是要認識到,任何支付系統都需要能源和電力。

使用傳統貨幣,大量能源消耗印刷貨幣和運行的ATM機,硬幣分選機,收銀機和支付處理服務,以及在裝甲車中運輸貨幣和金條。

你也可以同樣地認為,所有這些能量都被“浪費”,除了維持貨幣體系以外,它不具有任何目的。

所以,如果我們把比特幣視為一個有用的貨幣體系,那么支持它所需的能量并不是真的被浪費了。如果我們可以用較少的能源密集型的謎題來取代比特幣的采礦,而且還有一個安全的貨幣,那就是積極的變化。 然而,我們在第8章中會看到,我們不知道是否真的有這可能。

再生能源

使比特幣更環保的另一個想法是捕捉比特幣開采產生的熱量,用它來做一些有用的事情,而不是僅僅加熱大氣。

這種從計算中獲取余熱的模型稱為數據爐方法。這個概念是,不是購買一個傳統的電加熱器來加熱家庭或加熱家中的水,你可以購買一臺加熱器,作為Bitcoin采礦設備,開采比特幣,并將你的家庭作為該計算的副產品加熱。事實證明,這樣做的效率并不比購買電加熱器要差得多,對于家庭消費者來說,這樣做并不比將加熱器插入互聯網連接以及電源插座更復雜。

這種方法有一些缺點。盡管它與使用電加熱器一樣高效,但電加熱器本身的效率遠低于燃氣加熱器。此外,夏季(或至少北半球的所有人),每個人都關閉比特幣礦機時會發生什么情況?根據人們需要的熱量,采礦哈希力可能會季節性下降。它甚至可能在天氣比平均氣溫更暖和的日子下降!如果數據爐模型實際上陷入困境,這將對比特幣共識產生很多有趣的影響。

用現金換電

Bitcoin提出的另一個長期問題是它可能提供將電力轉化為現金的最有效手段。

想象一下,Bitcoin采礦ASIC是一種易于獲得的商品,主要的采礦成本是電力。事實上,這意味著提供免費或低成本的電力對新形式的濫用是可以接受的。

在世界上許多國家,政府補貼電力,特別是工業用電。除此之外,他們經常這樣做是為了鼓勵工業企業去他們的國家。但比特幣提供了一種將電力轉化為現金的好方法,如果補貼的電力被大規模轉換為比特幣,這可能會導致政府重新考慮該模式。電力補貼旨在吸引有助于國家經濟和勞動力市場的企業,補貼比特幣礦業可能沒有預期的效果。

一個更大的問題是,在人民的家園,大學,酒店,機場,辦公樓等,全球有數十億個免費電源插座。人們可能試圖插上采礦設備,以便在其他人支付電費時可以獲利。事實上,他們可能會使用過時的硬件,而不用為升級勞神,因為他們不會支付電費??紤]到世界上每一個電源插座都有可能為比特幣開采潛在的未經授權使用的電源進行監控,這是相當令人畏懼的。

硬盤挖礦

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