前言

大多数人认为比特币的工作量证明机制（PoW）是在浪费资源。而在本文中，我会论证为什么一切都有关于能源，金钱亦关于能源，以及能源使用是主观的，此外，我还会对比PoW和现有管理系统的能源成本。这篇文章吸收了行业中很多人的思想，而我的个人观点则作为一个补充。为了更好地理解这篇文章，我建议大家在阅读的同时，可聆听这些歌曲：Loscil的“Fury”和“Goat Mountain”，或者H.U.V.A. Network的“Rain Geometries”这首歌。

*我想提醒一下，我并不是说当前PoW机制的实现是完美的，也没有说它不会被更优化的PoW/PoS机制所取代。

功和能量

“功”与能量之间的关系，起源于法国数学家古斯塔夫·科里奥利（Gaspard-Gustave de Coriolis）提出了能量是“做了多少功”的概念。很久以前，在经济中所做的功完全来自于人类。而这一功是由食物所驱动的。

大约一百万年前，人类偶然发现了火。由此，人类能够得到的能量增加了，因为我们取暖的方式不仅仅是靠吃东西，还可以是依靠火苗。因此，这一增加的能源使用，提高了人类的生活水平。

几千年前，当我们驯养动物时，我们的能源使用量进一步增加。动物们可以在我们提供的地方劳作。这些新的劳工也必须被喂养。我们需要提供大量的食物来满足它们的能源需求，而同时我们也随之越来越繁荣。

在过去的几百年里，人类建造了巨大的机器。这些机械化的机器首先从水和风力等资源产生功，然后从煤和天然气等廉价资源产生功，现在又开始从核能源（裂变/聚变）产生功。机器和自然，都是通过能量的利用来产生功的。我们的经济并不是以货币为基础，而是以功和能量为基础的。

我们生活中的一切都与能源价格息息相关。净化水需要能量，运输产品需要能量，制造产品需要能源，烹饪需要能量，冰箱和冷冻机都需要能量。在自由市场中，任何商品的成本，很大程度上反映了生产这种商品所用的能源。因为自由市场鼓励最低价商品，所以生产任何商品的能量，都需要被最小化。而货币，是生产商品和服务所需功的代表，也可以看作是储存的能量。

世界生产总值（USDA）与世界能源消费量之比（来自2014年BP世界能源统计报告）

在20世纪早期，像亨利·福特（Henry Ford）和托马斯·爱迪生（Thomas Edison）这样的行业领袖，对使用“能源美元”或“能源单位”（商品/能源货币）来代替黄金或美元产生了兴趣。这个概念之所以能够流行，是因为它具有健全的货币特性，包括：定义明确的记账单位，易于测量/不易伪造，可划分成较小的单位，以及可替换性（这些单位将等同于任何其他单位）。然而，能源货币是有缺陷的，它不能轻易地被传播或存储。

工作量证明

 “想让男人或女人觊觎某种东西的话，只需要让它难以获取就够了。”——马克·吐温

快进到2008年10月31日，在这一天，中本聪发布了比特币白皮书。比特币的工作量证明机制 (PoW)，其最初的发明，是被用作一种对付垃圾邮件的措施，后来，中本聪采用了它，并将其用于比特币这种数字现金。PoW挖矿过程，是使用专用机器（ASIC）将电能转化成了比特币（通过区块奖励）。机器会重复执行哈希操作（猜测/投票），直到它解决密码学难题，并收到比特币区块奖励。比特币具有资本主义的投票机制，其通过能量／ASIC 产生哈希（选票），通过钱来获得选票。— Hugo Nguyen

在中本聪设计PoW时，他从根本上改变了人类之间的共识，通过能量转换将政治投票变成为非政治投票。PoW是燃烧的证明，或者说是能量被燃烧的证明。为什么它会是重要的？这对于在物理世界中验证数字世界中的某些东西而言，是最简单，也是最公平的方式。PoW是有关于物理，而不是代码的一种机制。比特币是一种超级商品，它从能源中提炼出来，它是宇宙的基础商品。正是PoW将电能转化为数字黄金。

比特币的账本只有在昂贵的时候，它才会是不可更改的。工作量证明（PoW）是“昂贵的”是一种特征，而不是一个bug。密码货币的新世界是不直观的，而且显得很奇怪（没有物理墙来保护我们的金钱，也不存在进入我们金库的大门）。比特币的账本正是由网络的哈希算力来保护的：所有消耗掉的能量总和来建造这座墙壁。通过透明且昂贵的设计，想要拆除它，就需要消耗相当数量的能量。

能源消耗

“密码货币末日即将来临，比特币的PoW机制太糟糕了，它将在2020年毁灭世界！” 你可能已经注意到，近期大多数关于比特币“末日论”的文章，都是基于Alex De Vries提供的分析结论，他是荷兰PWC公司的一名“经济学家和区块链专家”。很显然，Alex的预测结论，（由于其糟糕的能耗计算）受到了大量的批评。而他所选择的KPI—“每笔交易的电力消耗”是具有很大误导性的，原因有以下几个：

1. 能量消耗是以每个区块进行计算的，而每个区块可以容纳不同数量的交易。更多的交易，并不意味着需要更多的能量；

2. 比特币交易的经济密度总是在不断增加的（交易批处理(batching)，隔离见证，闪电网络等）。随着比特币逐渐成为一种结算网络，每个单位的能源，都以指数型增长的方式来保护越来越多的经济价值。

3. 每笔交易的平均成本，并不是衡量比特币PoW效率的适当指标，而应该是根据经济历史的安全性来定义的。能源消耗保证了比特币的安全，而随着通胀率的下降，这个百分比会随着时间推移而下降。研究员LaurentMT根据经验发现，比特币的PoW确实随着时间推移而变得更有效率：增加的成本，被系统所保证的更多的总价值所抵消。

现在，我们知道了什么是能源消耗ROI的正确KPI，让我们看看比特币PoW的能源消耗是什么样的趋势。

ASIC效率提高的速度正在放缓。随着效率增速的放缓，我们可以预期到，ASIC设备制造商之间的竞争会增加（利润减小）。 

https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf

https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQ

所有的挖矿成本，将从ASIC硬件（capex）的前期可访问性成本转移至能源运营成本（opex）。由于挖矿中心的物理位置对于比特币网络而言并不重要（它们是可移动的），所以矿工们会蜂拥到电力成本最低的区域。从长远来看，随着比特币矿商在全球中心之间进行电力套利，这有可能会产生出更有效的全球能源市场。比特币挖矿的成本变成了最低的电力成本。这可以解决可再生能源具有的浪费问题（如水力和燃烧的甲烷）。在未来，比特币挖矿可通过具有可变输出的可再生能源来进行生产。

对于拥有丰富可再生能源，且处于滞留状态的国家（例如冰岛）而言，铝曾是一种流行的“出口”电力的手段。炼铝土（又名铝土矿）具有巨大的能源需求，将其转化为铝是单向的（就像哈希）。40年前（1979），人们对铝存在的“不公平”能源消耗问题，也存有着同样的担忧（包括对中心化的担忧）。所有的公司不断地搜寻地球上的廉价能源，而几十年后，当铝制造变得逐渐成熟时，生产铝所消耗的电力变得更加高效。 

https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdf

“全球能源网解放了滞留资产，使得新资产得以生存。想象一个三维世界地形图，其中便宜的能源热点较低，而昂贵的能源热点则更高。我能想象比特币挖矿就像一杯水倒在了其表面上，它们会在角落和裂缝里安顿下来，然后把地面弄平滑，” — Nic Carter

比特币的 PoW是所有电力的最后买家，它创造了一个平台，鼓励在不同的能源来源处建立新的能源生产工厂，而原本这些能源是不会被开发利用的。

“什么时候PoW所使用的能量会*停止*增长？”确切地说，当足够多的能源生产商开始直接参与PoW工作时，通过PoW燃烧能量的边际收益 ＝ 将电力出售给电网的边际收益，也就是当PoW的“溢价”减少到零时。我称这种平衡为“中本聪平衡点”。我猜想，当达到这种平衡时，PoW将使用1–10%的世界能源。” — Dhruv Bansal 

一些人总是在抱怨比特币挖矿并不能像找到素数（素数币）那样“有用”。虽然引入次级奖励来做这项工作，似乎是一个很好的想法，但实际上它引入了一个安全风险。即分割奖励，可能会导致“执行次要功能，会比执行主要功能更值得”的情况， 即使次要功能是无害的（例如加热器）。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纯正的工作量证明算法来保证的。

注意：比特币已经在做一些对社会非常有用的事情（如果挖矿是不会盈利的，矿工就不会去进行），而要求矿工在没有激励的情况下履行无私的职能，是不合理的。

比特币PoW和现有系统的成本对比

热力学第一定律告诉我们，一切都需要能量。声称一种系统所使用的能量，相比另一种浪费的更多或更少，完全是主观的，因为所有用户为了利用电力都支付了市场价格。

“如果人们发现一种系统值得消耗电力，电力就不会被浪费。而那些消耗电力来挖矿的人，会得到比特币作为奖励。” — Saifedean Ammous

在热力学中，宇宙是基本的封闭系统。比特币对过剩电力的利用，要比现有法币系统消耗掉的电量要少得多，现有法币系统的电力需求不仅来自于银行基础设施，还包括军事和政治机构。下面我将对现有的金融、军事和政治系统和比特币消耗的电力进行粗略的比较（注释在文章底部） 

卡尔达肖夫第I型文明

在寻找廉价能源的过程中，我们将解锁现实世界中更大的经济丰度。比特币，通过利用这些新的或截然不同的能源，不仅能使人类前进到卡尔达肖夫（Kardeshev）提出的第I型经济社会，而且可能使我们更接近卡尔达肖夫（Kardeshev）第I型能源文明（根据卡尔达肖夫指数，我们目前在0.72）。而以比特币挖矿作为一种经济激励，它可能会让我们到达I型阶段的时间从200年缩短到不到几十年。在到达I型状态之后，人类就不再需要限制能源消耗的增长，这提高了每个人的生活水平。

寻找廉价电力源的压力，将加快建造核聚变反应堆的进程。大自然用核聚变（星体）为整个宇宙供电，正展示了这条道路。人类正在通过建造核聚变反应堆，来模拟整个自然界。据估计，几十年内，人类将花费800亿美元来研究解锁核聚变。用于核聚变的燃料（主要是氘）在地球海洋中大量存在，这些燃料可供应世界数百万年的能源需求。聚变能具有很多可再生能源的好处，例如作为长期能源供应，并且不会排放温室气体或污染空气。核聚变可以提供非常高的发电密度以及不间断的电力输送。此外，聚变能的另一个好处是，其生产成本不受规模不经济的影响（指随着企业生产规模扩大,而边际效益却渐渐下降,甚至跌破零）。利用聚变能，由于原资源（海水）丰富、分布广，即使建造大量的核电站，生产成本也不会大幅增加。

“水，水，到处都是，但没有一滴是可以喝的，” －Samuel Taylor Coleridge

而聚变能和其他廉价能源将为人类解决诸如淡水短缺等重大问题。我们被海水包围着，而海水淡化站（除去海水中的盐分）需要大量的能量。而在目前，海水淡化的成本，要高于淡水、地下水、水循环和节约用水的成本。

人类有探索的意愿，从上山、下海，到探索原子中心，再到时空的结构。人类需要成长，而不是被能量的限制所阻挡。人类，终将实现崇高的目标。

相比每年带来的1.34万亿美元无需信任的结算，以及可能为人类带来更廉价的能源，比特币每年45亿美元的挖矿成本是否是值得的？我认为答案是响亮的“yes”。 注释：

1. 所有的成本都以美元计算；

2. “政府”开支包含了军事和政治系统开支；

3. 在2006年，美国国防部使用了将近30000千兆瓦特小时（GWH）电力，耗资近22亿美元。

4. 全球每年的军事开支约为1.7万亿美元。

5. 黄金挖矿、银行系统、黄金回收成本均为2014年的估算数据；

6. 银行系统每年的电力消耗为638亿美元。

7. 至今因比特币挖矿而死的矿工数为0，而过去100年中，因黄金挖矿而死去的矿工数至少有50000人；

8. 法定货币的通货膨胀率每年大约为2％-3%，这是一种侵蚀储蓄的隐形税。成本过于巨大，无法进行计算，并不包括在内。

9. 比特币不是由政府发行的，几乎在发行过程中没有涉及任何腐败。

原文：https://medium.com/@danhedl/pow-is-efficient-aa3d442754d3

作者：Dan Held

翻译：洒脱喜

稿源（译）：巴比特资讯（http://www.8btc.com/pow-is-efficient)