PoW 共识机制真的是在浪费能源吗？

大多数人认为比特币的 PoW 是一种浪费。 在本文中，我将尝试讨论有关能量的一切； 金钱就是能量； 能源消耗是主观的； 将 PoW 能源成本与现有治理系统的价值进行比较。 这篇文章的想法来自于很多人的收集。 我的价值是聚合、提纯、总结的。

我还想说，我并不是说现在的 PoW 是完美的，也不是说它不会被优化的 PoW/PoS 所取代。

工作就是能量

“功就是能量”的概念来源于法国数学家加斯帕德-古斯塔夫·德·科里奥利，他提出了能量就是“做功”的观点。 很久以前，从事经济工作的是人。 这项工作由食物提供动力。

大约 100 万年前，人类偶然发现了火。 结果，人类获得了更多能量，不仅来自食物，还来自生火取暖。 能源消耗的增加提高了人类的生活水平。

数千年前，当我们饲养动物时，我们的能源消耗进一步增加。 动物可以在我们的土地上工作。 这些新劳动力也需要喂养。 需要生产更多的食物来满足能源需求，随之而来的是更大的繁荣。

在过去的几百年里，人类创造了机器。 这些机械化机器产生功，首先是风能和水源，然后是煤和天然气等更便宜的资源，现在是核能。 机器和自然力都通过使用能量来产生功。 我们的经济基于工作量和精力，而不是金钱。

我们生活中的一切都与能源价格密切相关。 净化水需要能量。 运输产品需要能源。 制造产品需要能源。 做饭需要能量。 冰箱和冰柜需要能源。 在自由市场中，任何商品的成本在很大程度上反映了生产它所用的能源。 由于自由市场鼓励价格最低的商品，因此生产商品所消耗的能源被最小化。 货币代表生产商品和服务所需的工作量，也可以被认为是储存能量。

2010 年世界 GDP（来自美国农业部）和世界能源消耗的比较（来自 BP Statistical Review of World Energy 2014）

20 世纪初，工业领袖亨利福特和托马斯爱迪生有兴趣用“能源美元”或“能源货币单位”取代黄金或美元。 这一概念之所以流行，是因为它具有正确货币的属性，例如：定义明确的记账单位、易于计量、不易伪造、可分割成更小的单位、最终可替换（这些单位等同于其他单位）。 然而，能源货币有缺陷——它不能轻易转移或储存。

“为了让男人/女人渴望某事，只需要让它无法实现。” -马克吐温

时间回到 2008 年 10 月 31 日，中本聪发布了比特币白皮书。 比特币的 PoW 最初是作为一种反垃圾邮件措施而发明的。 后来中本聪在数字现金系统中使用了它。 PoW 挖矿基本上是使用专用机器 (ASIC) 将电力转换为比特币（通过区块奖励）。 机器反复执行哈希运算，直到解决数学问题并获得比特币奖励。

解决一个难题证明矿工以 ASIC 和电力的形式消耗了能量，证明矿工投入了工作。

比特币具有资本主义式的投票机制，通过用于生成哈希（投票）的能源/ASIC，从而实现“风险资金，获得选票”。 ——阮雨果

中本聪设计了 PoW，他从根本上改变了人们达成共识的方式比特币pow机制，从最初的政治投票共识变成了通过转换能量实现的非政治投票（哈希）共识。 PoW 是一种燃烧证明，或者说能量燃烧的验证。

为什么这很重要？ 这是物理世界验证数字世界事物的最简单、最公平的方式。 PoW 是关于物理学的，而不是代码。 比特币是一种超级商品，从宇宙的基本商品能源中开采出来。 PoW 将电力转化为数字黄金。

比特币的账本只有在生产成本高的情况下才是不可变的。 PoW 的“昂贵”是一个特点，而不是缺点。 在当今世界，保护事物通常意味着建造厚实的物理墙来保护有价值的事物。

加密货币的新世界是反直觉和奇怪的——没有物理墙来保护你的钱，没有门可以进入你的金库。 比特币的公共分类账由集体哈希算力保护——用于建造围墙的所有能量的总和。 使用这种透明且昂贵的设计，需要大量的能量才能将其移除（不可篡改的成本）。

能源消耗

加密世界有一些“世界末日”的文章往往会提到：“加密灾难来了——比特币（PoW）太糟糕了，它会在2020年毁灭世界。” 其中许多文章都是基于 Alex De Vries 分析的结果。 他是“金融经济学家和区块链专家”。

他估计也因为在计算能量消耗方面表现不佳而受到了很多批评。 但他选择的KPI是有意误导的：“每笔交易耗电量”，原因如下：

l 能源消耗按区块计算，每个区块可以有不同数量的交易。 更多的交易并不意味着更多的能源消耗。

比特币交易的经济密度一直在增加（批处理、segwit、闪电网络等）。 随着比特币越来越成为一个结算网络，每个能源单位都在确保经济价值呈指数级增长。

l 每笔交易的平均成本不是衡量比特币工作量证明效率的合适指标。 它应该根据经济历史安全来定义。 能源消耗确保随着通货膨胀下降，比特币存量会随着时间的推移而减少。 比特币“积累”了与自创建以来开采的所有区块相关的能量。 研究员 Laurent MT 根据经验发现，比特币的 PoW 实际上会随着时间的推移变得更加高效：增加的成本被系统保护的更高的总价值所抵消。

现在我们知道了能源投资回报率的正确 KPI 是什么，让我们来看看比特币 PoW 能源成本趋势。 ASIC 效率提升正在放缓。 随着效率提高缓慢，利润率缩小，我们可以预期制造商之间的竞争将加剧。

~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf

挖矿的全部成本将从 ASIC 硬件的前期进入成本转变为持续的运营能源成本。 由于挖矿中心的地理位置对比特币网络并不重要比特币pow机制，它们可以移动，矿工涌向可以以最低边际成本产生剩余电力的地区。 从长远来看，这有可能导致更高效的全球能源市场，比特币矿工可以在世界各地的采矿中心之间套利电力。

比特币挖矿成本成为最低电价。 这可以解决可再生能源的问题，这些能源具有可预测的产量，否则会被浪费，例如水力发电和燃烧甲烷。 未来，比特币挖矿可以帮助可变输出可再生能源——能源生产商可以变成矿工，并将多余的能源存储为比特币。

铝是从可再生能源丰富的国家（如冰岛）“输出”电力的一种流行方式。 冶炼铝土矿（又名铝矿石）需要大量能源，将其转化为铝是一种单向函数（如哈希）。

将近 40 年前的 1979 年（包括对集中化的担忧），人们对铝的“不公平”能源消耗也有同样的担忧。 所有这些公司都在继续寻求更便宜的电力和其他让步。 随着铝工业在过去几十年的成熟，每公斤铝生产的千瓦时变得更加高效。

“这个全球能源网络解放了搁浅的资产，并使新资产变得可行。 想象一下世界的 3D 地形图，它具有较低的廉价能源热点和较高的昂贵能源。 我认为比特币挖矿类似于将一杯水倒在表面上，沉淀在角落和缝隙中并使其平滑。” - Nic Carter

比特币的 Pow 是所有电力的最后买家。 它创建了一个基础，可以激励新的能源工厂围绕不同的能源建造，否则这些能源将不会被开发。

“PoW 能源的使用何时会停止增长？准确地说，当有足够多的能源生产者开始直接进行 PoW 时，通过 PoW 燃烧 1 kWh 能源的边际收益 = 出售这 1 kWh 能源的边际收益”——即，PoW 的“溢价”降至零。我将这种平衡称为“中本聪点”。我预计当达到这种平衡时，PoW 将使用世界能源的 1-10%。- Dhruv Bansal

一些人抱怨说，比特币挖矿并不寻求解决“任何有用”的问题，例如寻找素数。 虽然为工作量引入二次奖励似乎是个好主意，但它实际上会带来安全风险。

拆分奖励可能导致“执行次要功能比执行主要功能更有价值”。 即使辅助功能是无害的（加热器）而不是预期的每个 X 哈希 100 美元。 “采矿加热器”只是另一种硬件效率提升，导致更高的难度和增加更多的能量等。幸运的是，比特币永远不会有这个问题，因为它的安全性是由其工作量证明算法的纯度保证的。

注意：比特币已经为社会做了一些非常有用的事情（如果不这样做，挖矿就不会有利可图），要求矿工在没有激励的情况下无私地执行该功能是不合理的。

相对成本

万物都需要能量，这是热力学第一定律。 声称这种能源使用比其他使用更多或更少浪费完全是主观的，因为所有电力使用都支付相同的市场价格。

“如果人们发现电力值得支付，电力就不会被浪费。他们将因花费电力而获得比特币奖励。” - Saifedean Ammous

在热力学中，宇宙是最终的封闭系统。 比特币比现有的法定货币系统消耗更少的电力，这需要银行基础设施的支持，以及军事和政治机器的支持。 利用这种电力来确保金融系统支柱的能源权衡是一个“纯粹积极”的结果。 以下是对现有金融、军事和政治体系的粗略比较。

I型文明

为了寻找廉价能源，我们将在现实世界中释放出更多的经济资源。 比特币通过利用这些新的或不同的能源，不仅推动我们进入 Kardashev I 型经济，还可能使我们更接近 Kardashev I 型能源文明（我们的 Kardashev 等级约为 0.72）。

以比特币挖矿为激励，我们或许可以将T1的时间从200年压缩到几十年。 达到I型状态后，就不需要限制能源消耗的增长，这会提高大家的生活水平。

寻找廉价电力来源的压力可能会加速建造聚变反应堆的努力。 大自然正在展示它的力量和方法，它通过核聚变为整个宇宙提供动力。 通过建造聚变反应堆，人类正在模仿自然。 据估计，要最终完全掌握聚变，未来几十年将耗资 800 亿美元进行研究。

核聚变的燃料，主要是氘，在地球海洋中储量丰富，有可能满足未来数百万年世界的能源需求。 聚变能源具有许多可再生能源的优点，例如可以长期供应能源而不排放温室气体或污染空气。

核聚变可以提供非常高的功率密度和不间断的功率传输。 另一方面，生产成本不受规模不经济的影响。 例如，开发最佳位置后，水力和风能的成本将增加，更多的发电机将不得不位于不太理想的位置。 利用核聚变能源，即使建造大量场地，生产成本也不会增加太多，因为海水的原始资源非常丰富。

“水，水，到处都是，但没有一滴是可以喝的。” -塞缪尔·泰勒·克莱里奇。

核聚变能等廉价能源将解决人类淡水短缺等问题。 我们周围都是海水，但是从海水中淡化海水需要大量的能源。 目前海水淡化的成本高于淡水、地下水、再生水和节水。

人类的意志是探索。 上山下海，进入原子核再到时空结构。 人要成长，就不能受到能量的限制。 我们将到达遥远的星空。

每年 1.34 万亿美元的无信任结算是否值得 45 亿美元的挖矿成本？ 我认为答案是不言而喻的。