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比特幣的大問(wèn)題：2020年，能耗將超過(guò)目前全球總用電
比特幣價(jià)格一飛沖天?？墒?ldquo;挖礦”的代價(jià)也日益高昂。根據(jù)最新的報(bào)告，挖掘比特幣消耗的電力現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了塞爾維亞整個(gè)國(guó)家的用電。更有測(cè)算預(yù)計(jì)，到2019年中時(shí)比特幣P2P網(wǎng)絡(luò)的耗電將超過(guò)美國(guó)全國(guó)用電量，到2020年時(shí)將會(huì)超過(guò)全球用電。這么夸張的能耗豈不是要把全球的能源都給耗光?這個(gè)問(wèn)題有沒(méi)有這么嚴(yán)重呢?如果有的話，問(wèn)題有解嗎?《連線》雜志的一篇文章從數(shù)學(xué)、物理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度分析了問(wèn)題解決的可能性。目前來(lái)看，比特幣更像是一種投機(jī)工具，而不是可行的主流貨幣。而數(shù)學(xué)、物理和經(jīng)濟(jì)學(xué)都共同遵循的一個(gè)科學(xué)定律是：泡沫破裂。
能耗大戶(hù)
我來(lái)讓你緊張一下。比特幣你懂吧?基本上，這是一種“加密貨幣”，也就是秘密的計(jì)算機(jī)貨幣。比特幣沒(méi)有真正的物理形態(tài)，但是一塊比特幣目前的價(jià)格就超過(guò)了16000美元。不過(guò)要想弄到一塊比特幣，要么你得通過(guò)在線交易購(gòu)買(mǎi)，要么就得利用特殊的計(jì)算硬件來(lái)“開(kāi)采”。而挖礦就是讓人緊張的地方。
加密貨幣網(wǎng)站Digiconomics上周發(fā)布了一份報(bào)告，報(bào)告說(shuō)全球比特幣開(kāi)采消耗的電力已經(jīng)超過(guò)了塞爾維亞整個(gè)國(guó)家的用電。Eric Holthaus則在給Grist撰寫(xiě)的文章中稱(chēng)，根據(jù)計(jì)算，到2019年7月，比特幣點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(就是像BitTorrent那樣的東西)需要的電力將會(huì)超過(guò)整個(gè)美國(guó)。而到了2020年11月，它的用電就將超過(guò)目前全球的電耗。
這很糟糕。這意味著比特幣每年相當(dāng)于排放了1770頓的二氧化碳，這是對(duì)地球氣候以及任何享受海岸、森林，不會(huì)受到蚊蟲(chóng)叮咬死亡威脅的人赤裸裸的的藐視。我們從另一種隱喻的角度來(lái)看，比特幣P2P網(wǎng)絡(luò)基本上就是一個(gè)分布式的超級(jí)智能，所以它當(dāng)然想要把宇宙所有的能量(也就是物質(zhì))都變成比特幣。這就是它的工作。如果它需要招募貪婪的技術(shù)宅為自己所用的話，沒(méi)關(guān)系，那就支付給他們幽靈般的價(jià)值吧。發(fā)行許普諾斯貨幣(hypnocurrency，hypnos，許普諾斯是睡眠之神)吧!
比特幣的想法仍然有其天才之處——它是一種難以跟蹤的數(shù)字貨幣，又像現(xiàn)金一樣可靠，還不受?chē)?guó)家和物理形態(tài)的約束，平等主義和訪問(wèn)使用已經(jīng)植入到它的哲學(xué)和技術(shù)固件里面。但實(shí)際上，過(guò)去3個(gè)月比特幣在價(jià)格上的暴漲說(shuō)明這個(gè)東西未必能維系下去。但并不是說(shuō)大家沒(méi)有想辦法去解決問(wèn)題。
比特幣之所以成為比特幣是因?yàn)閰^(qū)塊鏈，所有支付和交易的安全總賬。P2P比特幣網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于生成和維護(hù)這個(gè)總賬，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)每個(gè)人都可以為更新做貢獻(xiàn)——那些交易記錄就是鏈上的區(qū)塊。但是有個(gè)問(wèn)題(這就是比特幣發(fā)明者中本聰介紹里面的天才之處)。為了給一個(gè)區(qū)塊做出貢獻(xiàn)，你也得解決一個(gè)真的很復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題，這是一種“哈希算法”，名字叫做SHA-256。
工作量證明
驗(yàn)證一堆的交易然后解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，系統(tǒng)可能就會(huì)選擇你的區(qū)塊添加到鏈里面;如果系統(tǒng)這么做了，你就會(huì)獲得一些比特幣。這就叫做挖礦，而強(qiáng)行給加入?yún)^(qū)塊鏈?zhǔn)┘映杀?哈希算法)的想法，就是“工作量證明(proof of work)”。
康奈爾大學(xué)Initiative for Cryptocurrencies and Smart Contracts (加密貨幣與智能合約行動(dòng)計(jì)劃)聯(lián)合主任Emin Gün Sirer說(shuō)：“工作量證明的美妙之處在于它沒(méi)有準(zhǔn)入步驟。只要你能夠解決其核心的加密難題，就可以為總賬的維護(hù)做出貢獻(xiàn)。”
解決這道數(shù)學(xué)題沒(méi)有竅門(mén)。SHA-256算法經(jīng)過(guò)了精心設(shè)計(jì)，除了暴力破解以外別無(wú)他法。你得盡可能多盡可能快地給出計(jì)算答案。這意味著你得讓計(jì)算機(jī)不停地運(yùn)算，讓風(fēng)扇不停地轉(zhuǎn)來(lái)冷卻超熱、超載的處理器。Sirer說(shuō)：“能耗是個(gè)安全特性，是個(gè)好東西。為了控制系統(tǒng)，你的算力至少得跟系統(tǒng)目前的消耗一樣。你得擁有全部哈希算力的51%。”
這是一項(xiàng)特性，不是bug(分布式的超級(jí)智能會(huì)這么說(shuō))。紐約大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家Joseph Bonneau說(shuō)：“如果你這么描述它的模型說(shuō)，‘這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不僅沒(méi)人負(fù)責(zé)管理而且節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可以加入或者離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，但是每個(gè)人都對(duì)區(qū)塊鏈建立了共識(shí)。’計(jì)算機(jī)科學(xué)家不會(huì)認(rèn)為這是可能的。但比特幣能夠做成這些的確很令人吃驚，是一大創(chuàng)新。代價(jià)是它要用工作量證明，其關(guān)鍵是這使得加入?yún)^(qū)塊鏈變得很昂貴。”
而這就是平權(quán)主義瓦解的地方。一開(kāi)始的時(shí)候，加密貨幣狂熱分子可以在自己的家用計(jì)算機(jī)上跑挖礦軟件。這種情況已經(jīng)發(fā)生了演變。大家首先意識(shí)到圖像處理單元(GPU)要比老舊的CPU更適合進(jìn)行哈希運(yùn)算。他們利用了更多的電力，同時(shí)也需要更復(fù)雜的散熱系統(tǒng)，但問(wèn)題依舊。然后大家開(kāi)始定制FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)芯片，購(gòu)買(mǎi)套件然后針對(duì)挖礦加以定制。這段時(shí)間以來(lái)，大家偏好的是專(zhuān)用集成電路，按照比特幣專(zhuān)用來(lái)定制，并且部署到專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)中心里面。
這一點(diǎn)不僅讓比特幣開(kāi)采變得集中化，而且也極大增加了能耗。最先進(jìn)的比特幣礦工現(xiàn)在每10億次哈希運(yùn)算(或稱(chēng)為“gigahashes，Gh”)要消耗0.3瓦特電能。換算一下這相當(dāng)于300Gh/秒/千瓦。也就是每一筆交易相當(dāng)于13600 petahash(1000Gh)/秒運(yùn)算，能耗為234kWh，整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)的能耗為32.71太瓦時(shí)——相當(dāng)于目前全球能耗總量的0.15%。
效率更高的硬件也不能解決這個(gè)問(wèn)題。梅努斯大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家David Malone說(shuō)，2014至2017年間，哈希率從300000漲到了200萬(wàn)每秒，硬件效率也從2000megahash(Mh)/焦耳增加到了10000MH/J。所以這基本上是兩相抵消了。2017年哈希率幾乎漲到了120萬(wàn)。Malone說(shuō)：“但硬件改進(jìn)并不多。”
于是能耗上漲，比特幣礦工現(xiàn)在開(kāi)始在愛(ài)爾蘭(熱能充足)或者中國(guó)(電力由政府認(rèn)購(gòu)，而比特幣是缺乏監(jiān)管的很好的投機(jī)手段)等電力便宜的地方建設(shè)ASIC云。因?yàn)檫@些地方他們可以讓更多的服務(wù)器上線，挖掘出更多的比特幣。
Sirer說(shuō)：“現(xiàn)在我們來(lái)公平對(duì)待比特幣，同時(shí)也不要把問(wèn)題最小化。無(wú)論是利用任何其他機(jī)制來(lái)記錄資產(chǎn)、核對(duì)總賬、確保次序井然所需的能耗成本，或者運(yùn)行基于現(xiàn)金的經(jīng)濟(jì)、印刷貨幣、處理現(xiàn)金、讓貨幣退出流通以及印刷新幣所需的能耗成本——這些在一年前的時(shí)候還是可比較的。”也許吧。Digiconomy估計(jì)整個(gè)Visa信用卡網(wǎng)絡(luò)的能耗大概是比特幣的千分之三。這并沒(méi)有考慮到Visa辦公場(chǎng)所的用電，但另一方面，跟比特幣不一樣的是你可以通過(guò)Visa卡買(mǎi)東西。哦，還有Google，2015年整個(gè)Google的總通電量只有5.7TWh，而且在2017年已經(jīng)全部采用可再生能源。
礦工利用了更快更高效硬件的優(yōu)勢(shì)，這種優(yōu)勢(shì)不是用來(lái)少耗電，而是多挖礦。這就是大家總是部署更高能效技術(shù)的用處。蒸汽時(shí)代如此。石油時(shí)代亦然。LED也是這樣——它們能效是高了，但是它們的引入并沒(méi)有減少照明的總用電量。因?yàn)榇蠹野惭b了更多更亮的燈。華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家Michael Taylor說(shuō)：“比特幣的價(jià)格越高，為了爭(zhēng)奪到這種貨幣大家消耗更多能量的意愿就會(huì)更強(qiáng)。增加比特幣SHA-256挖礦硬件能效的作用只是亞線性的，因?yàn)楦倪M(jìn)能效只會(huì)意味著大家可以用相同的運(yùn)營(yíng)成本部署更多的礦工。”
權(quán)益證明
工作量證明是個(gè)問(wèn)題。那么也許我們可以取消這個(gè)?加密貨幣研究人員正在考慮其他辦法。其中之一是資源效率高的開(kāi)采法，降低工作量但是采用受信任的硬件來(lái)做。另一種是權(quán)益證明(proof of stake)，為先前價(jià)值交易計(jì)算性工作。Bonneau說(shuō)：“你只是讓人們按照他們所持有的貨幣比例來(lái)創(chuàng)建區(qū)塊，這樣大的貨幣持有者會(huì)創(chuàng)建大部分的區(qū)塊。”換句話說(shuō)，你的做法不是讓挖礦在計(jì)算上代價(jià)高昂，而是讓挖礦本身變得昂貴。 “這有可能會(huì)把功耗降低到幾乎為零，但實(shí)際上并沒(méi)有——”他頓了一下“——有幾個(gè)研究小組正在研究這個(gè)問(wèn)題。”Bonneau說(shuō)。
但是一個(gè)比特幣貴族制聽(tīng)起來(lái)就不錯(cuò)嗎? Bonneau說(shuō)：“跟把創(chuàng)建區(qū)塊的能力賦予任何愿意消耗最多電力的人——無(wú)論這個(gè)人是來(lái)自中國(guó)沙漠拿到補(bǔ)貼電力的運(yùn)營(yíng)商，還是世界其他地方的人的做法相比，還不清楚這種做法是不是更加糟糕。”
