比特币的大问题:2020年,能耗将超过目前全球总用电

36氪

17-12-2511:52

编者按:比特币价格一飞冲天。可是“挖矿”的代价也日益高昂。根据最新的报告,挖掘比特币消耗的电力现在已经超过了塞尔维亚整个国家的用电。更有测算预计,到2019年中时比特币P2P网络的耗电将超过美国全国用电量,到2020年时将会超过全球用电。这么夸张的能耗岂不是要把全球的能源都给耗光?这个问题有没有这么严重呢?如果有的话,问题有解吗?《连线》杂志的一篇文章从数学、物理学和经济学的角度分析了问题解决的可能性。目前来看,比特币更像是一种投机工具,而不是可行的主流货币。而数学、物理和经济学都共同遵循的一个科学定律是:泡沫破裂。

能耗大户

我来让你紧张一下。比特币你懂吧?基本上,这是一种“加密货币”,也就是秘密的计算机货币。比特币没有真正的物理形态,但是一块比特币目前的价格就超过了16000美元。不过要想弄到一块比特币,要么你得通过在线交易购买,要么就得利用特殊的计算硬件来“开采”。而挖矿就是让人紧张的地方。

加密货币网站Digiconomics上周发布了一份报告,报告说全球比特币开采消耗的电力已经超过了塞尔维亚整个国家的用电。Eric Holthaus则在给Grist撰写的文章中称,根据计算,到2019年7月,比特币点对点网络(就是像BitTorrent那样的东西)需要的电力将会超过整个美国。而到了2020年11月,它的用电就将超过目前全球的电耗。

这很糟糕。这意味着比特币每年相当于排放了1770顿的二氧化碳,这是对地球气候以及任何享受海岸、森林,不会受到蚊虫叮咬死亡威胁的人赤裸裸的的藐视。我们从另一种隐喻的角度来看,比特币P2P网络基本上就是一个分布式的超级智能,所以它当然想要把宇宙所有的能量(也就是物质)都变成比特币。这就是它的工作。如果它需要招募贪婪的技术宅为自己所用的话,没关系,那就支付给他们幽灵般的价值吧。发行许普诺斯货币(hypnocurrency,hypnos,许普诺斯是睡眠之神)吧!

比特币的想法仍然有其天才之处——它是一种难以跟踪的数字货币,又像现金一样可靠,还不受国家和物理形态的约束,平等主义和访问使用已经植入到它的哲学和技术固件里面。但实际上,过去3个月比特币在价格上的暴涨说明这个东西未必能维系下去。但并不是说大家没有想办法去解决问题。

比特币之所以成为比特币是因为区块链,所有支付和交易的安全总账。P2P比特币网络的关键在于生成和维护这个总账,从技术上来说每个人都可以为更新做贡献——那些交易记录就是链上的区块。但是有个问题(这就是比特币发明者中本聪介绍里面的天才之处)。为了给一个区块做出贡献,你也得解决一个真的很复杂的数学难题,这是一种“哈希算法”,名字叫做SHA-256。

工作量证明

验证一堆的交易然后解决数学问题,系统可能就会选择你的区块添加到链里面;如果系统这么做了,你就会获得一些比特币。这就叫做挖矿,而强行给加入区块链施加成本(哈希算法)的想法,就是“工作量证明(proof of work)”。

康奈尔大学Initiative for Cryptocurrencies and Smart Contracts (加密货币与智能合约行动计划)联合主任Emin Gün Sirer说:“工作量证明的美妙之处在于它没有准入步骤。只要你能够解决其核心的加密难题,就可以为总账的维护做出贡献。”

解决这道数学题没有窍门。SHA-256算法经过了精心设计,除了暴力破解以外别无他法。你得尽可能多尽可能快地给出计算答案。这意味着你得让计算机不停地运算,让风扇不停地转来冷却超热、超载的处理器。Sirer说:“能耗是个安全特性,是个好东西。为了控制系统,你的算力至少得跟系统目前的消耗一样。你得拥有全部哈希算力的51%。”

这是一项特性,不是bug(分布式的超级智能会这么说)。纽约大学计算机科学家Joseph Bonneau说:“如果你这么描述它的模型说,‘这个网络不仅没人负责管理而且节点随时可以加入或者离开网络,但是每个人都对区块链建立了共识。’计算机科学家不会认为这是可能的。但比特币能够做成这些的确很令人吃惊,是一大创新。代价是它要用工作量证明,其关键是这使得加入区块链变得很昂贵。”

而这就是平权主义瓦解的地方。一开始的时候,加密货币狂热分子可以在自己的家用计算机上跑挖矿软件。这种情况已经发生了演变。大家首先意识到图像处理单元(GPU)要比老旧的CPU更适合进行哈希运算。他们利用了更多的电力,同时也需要更复杂的散热系统,但问题依旧。然后大家开始定制FPGA(现场可编程门阵列)芯片,购买套件然后针对挖矿加以定制。这段时间以来,大家偏好的是专用集成电路,按照比特币专用来定制,并且部署到专门的数据中心里面。

这一点不仅让比特币开采变得集中化,而且也极大增加了能耗。最先进的比特币矿工现在每10亿次哈希运算(或称为“gigahashes,Gh”)要消耗0.3瓦特电能。换算一下这相当于300Gh/秒/千瓦。也就是每一笔交易相当于13600 petahash(1000Gh)/秒运算,能耗为234kWh,整个比特币网络的能耗为32.71太瓦时——相当于目前全球能耗总量的0.15%。

效率更高的硬件也不能解决这个问题。梅努斯大学的计算机科学家David Malone说,2014至2017年间,哈希率从300000涨到了200万每秒,硬件效率也从2000megahash(Mh)/焦耳增加到了10000MH/J。所以这基本上是两相抵消了。2017年哈希率几乎涨到了120万。Malone说:“但硬件改进并不多。”

于是能耗上涨,比特币矿工现在开始在爱尔兰(热能充足)或者中国(电力由政府认购,而比特币是缺乏监管的很好的投机手段)等电力便宜的地方建设ASIC云。因为这些地方他们可以让更多的服务器上线,挖掘出更多的比特币。

Sirer说:“现在我们来公平对待比特币,同时也不要把问题最小化。无论是利用任何其他机制来记录资产、核对总账、确保次序井然所需的能耗成本,或者运行基于现金的经济、印刷货币、处理现金、让货币退出流通以及印刷新币所需的能耗成本——这些在一年前的时候还是可比较的。”也许吧。Digiconomy估计整个Visa信用卡网络的能耗大概是比特币的千分之三。这并没有考虑到Visa办公场所的用电,但另一方面,跟比特币不一样的是你可以通过Visa卡买东西。哦,还有Google,2015年整个Google的总通电量只有5.7TWh,而且在2017年已经全部采用可再生能源。

矿工利用了更快更高效硬件的优势,这种优势不是用来少耗电,而是多挖矿。这就是大家总是部署更高能效技术的用处。蒸汽时代如此。石油时代亦然。LED也是这样——它们能效是高了,但是它们的引入并没有减少照明的总用电量。因为大家安装了更多更亮的灯。华盛顿大学计算机科学家Michael Taylor说:“比特币的价格越高,为了争夺到这种货币大家消耗更多能量的意愿就会更强。增加比特币SHA-256挖矿硬件能效的作用只是亚线性的,因为改进能效只会意味着大家可以用相同的运营成本部署更多的矿工。”

权益证明

工作量证明是个问题。那么也许我们可以取消这个?加密货币研究人员正在考虑其他办法。其中之一是资源效率高的开采法,降低工作量但是采用受信任的硬件来做。另一种是权益证明(proof of stake),为先前价值交易计算性工作。Bonneau说:“你只是让人们按照他们所持有的货币比例来创建区块,这样大的货币持有者会创建大部分的区块。”换句话说,你的做法不是让挖矿在计算上代价高昂,而是让挖矿本身变得昂贵。 “这有可能会把功耗降低到几乎为零,但实际上并没有——”他顿了一下“——有几个研究小组正在研究这个问题。”Bonneau说。

但是一个比特币贵族制听起来就不错吗? Bonneau说:“跟把创建区块的能力赋予任何愿意消耗最多电力的人——无论这个人是来自中国沙漠拿到补贴电力的运营商,还是世界其他地方的人的做法相比,还不清楚这种做法是不是更加糟糕。”

做点有用的事情

好吧,让我们换个做法。现在哈希算法属于无用功。是纯粹的浪费电。那我们换成做点有用的事情什么样?用P2P网络来完成协作计算。把它用来寻找外星人,或者找出蛋白质如何为医疗科学做贡献,或者解决现实世界的加密问题和进行素因子分解怎样?不行的。Sirer说:“我来告诉你为什么这样的事情不会发生,这是有违常理的。通过做有用的事情来挖掘比特币的话,那么有用的工作和你拿到的比特币之间就会建立起一种关联……这会在大家脑子里建立一个心理锚点来评估比特币应该值多少钱。”

看到了吧,比特币的成本是任意浮动的。是由社会决定的。对吧,因为你不想要一种有着合理汇率的国际货币,因为……嘿,等一下。货币兑换不是本来就应该有汇率的吗?!这不就是货币之所以是货币的原因之一吗?交易性的P2P网络的计算工作不应该是一堆狗屎,对吧?Sirer说:“我一开始也认为它还是应该做点更有用的事,但你知道的,为什么要把你的命运跟蛋白质折叠这样的事情捆绑在一起呢?如果蛋白质折叠有朝一日或其他手段可以很容易做到了呢?你的全新系统的命运最终就会跟其他技术纠缠在一起。”

工作量证明没法去掉。你也不能把这项工作变得有用。(或者,如果你做其中的一件有用的事情的话,可能会得到别的加密货币,但不会得到比特币。)让硬件更高效也没有帮助。可是别放弃。我们不要说Bitcan’t。我们说Bit can。

如果我们的目标是降低能量负荷的话,为什么不用这些硬件做点更有趣的事情呢?Taylor说:“一个好的短期解决方案可以是将发热产生的废热回收。”他指出,比方说斯德哥尔摩就在尝试将数据中心的排气用于家庭供暖。从这个意义上来说,如果一座城市要靠烧化石燃料来个家庭供暖的话,相比之下,这是一个更加环境友好的解决方案,价值更高。(注:这个做法可以供闹气荒的北方借鉴哈)

没错,但是这种做法也有令物理学家嗤之以鼻的不妥。因为这会要求围绕着ASIC云建立全新的基础设施,尽管每个人都知道挖矿的硬件会不断改进和改变。事实上,最便宜,能量密度最高的能源就是出自会引起气候变化的化石燃料,而比特币的挖掘系统奖励的就是最廉价的能源。我有点喜欢把热电偶贴在比特币挖掘系统外面,然后将热量直接转化为电能的想法,就像Biolite火炉一样,但是热力学依然表明,给多少钱办多少事是真理。

让经济发挥作用

如果数学和物理学没有帮助,也许经济学可以发挥作用。比特币矿工只有在回报(挖出的比特币)能付得起电费的时候才愿意让那些硬件跑起来。如果比特币的价值下跌或者电费上涨的话,他们就会关掉服务器。哈希问题的难度在指数性增加,每4年回报的规模就会减半。目前每区块有12.5个比特币,但是Taylor说“下一次下跌会是2020年6月,随着比特币的价格稳定下来,全球的净能耗因为区块回报的缘故,也会开始下降也不是上升。”

回报变少会对比特币的开采总量产生限制。这个数字是2100万,按照目前的趋势线发展,到2032年所有的比特币就会被开采完毕。一旦发生了这种情况,交易费就会成为唯一的系统内置回报机制。一些其他的加密货币,也许是能效更高的加密货币,其竞争力就会变得增强。目前来看,比特币更像是一种投机工具而不是可行的主流货币。而数学、物理和经济学都共同遵循的一个科学定律是:泡沫破裂。

原文链接:https://www.wired.com/story/bitcoin-global-warming/

编译组出品。编辑:郝鹏程。

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