一年產生近3500噸二氧化碳：比特幣耗能源這么多真的有價值？_比特幣:區塊鏈

用數據說話：比特幣到底消耗了多少能源？

年度統計結果匯總

單筆交易統計

關鍵數據網絡統計結果

關于這一能耗的估算前提假設，請點擊此處查看。本文討論了對這一估算結果的批評意見與潛在驗證思路。

假設網絡中使用的計算機全部為BitmainAntminerS，并據此根據總網絡哈希率計算得出。2019年2有13日，最低基準變更為BitmainAntminerS15。

更多重要真相

自上線以來，比特幣的信任最小化共識一直通過由其提出的工作證明算法來實現。這些進行“工作”的計算機正在消耗大量能源。而建立此份比特幣電力消耗指數的目的，正是幫助大家通過數字理解這種消耗之巨，并提高人們對于工作證明算法不可持續性的認識。

請注意，此份指數報告涵蓋比特幣加BitcoinCash。后者已經于2019年10月1日被刪除。我們還整理出一份以太坊統計指數，感興趣的朋友可以點擊此處查看。

礦工負責執行哪些任務？

所謂礦工設備，大約每10分鐘就會將新的交易集添加至比特幣區塊鏈當中。在區塊鏈上協作時，這些礦工彼此之間無需相互信任。礦工唯一需要信任的，只有運行比特幣項目的代碼。該代碼包含驗證新交易的一系列規則。例如，只有發送者實際擁有所發送的金額，交易才能夠起效。每個礦工都將獨立確認交易是否符合這些規則，如此一來就能在無需信任其他礦工的前提下完成交易驗證。

Galaxy Digital CEO：比特幣ETF可能在一年內上線:Galaxy Digital首席執行官Mike Novogratz在最近的播客中表示，比特幣ETF可能在一年內上線。他進一步強調，ETF比機構提供的其他產品要好得多。他還暗示，美國證券交易委員會（SEC）主Gary Gensler)很“聰明”，很快就會批準這一計劃。然而，最近的市場動蕩可能意味著暫停審批程序。Mike Novogratz說：“批準灰度信托而不批準ETF完全沒有意義。”他還表示，以太坊的擴展速度有些慢，這導致了其他生態系統的爆炸式增長。（Ambcrypto）[2021/5/26 22:46:24]

其中的訣竅，是讓所有礦工就相同的交易歷史達成共識。網絡中的每個礦工都將不斷負責為區塊鏈準備下一批交易。但這些計算得出的區塊中只有一個會被隨機選擇為鏈上的最新塊。但在分布式網絡中進行隨機選擇絕非易事，因此才需要工作證明算法提供支持。在工作證明中，下一區塊將來自第一個產生有效區塊鏈的礦工。不過說起來容易做起來難，比特幣的協議設計使得礦工很難搶到這個名額。實際上，協議會定期調整難度，以確保網絡中的所有礦工平均每10分鐘只能產生一個有效區塊。一旦某個礦工設法生成了一個有效區塊，就會向網絡的其余部分發送廣播。其他礦工在確認該區塊符合規則要求之后，便會接收該區塊，同時丟棄自身正在計算的同一區塊。幸運的礦工將獲得固定數量的代幣，作為計算新區塊鏈內各已處理交易所繳納的交易費獎勵。在此之后，整個循環將再次開始。

產生有效區塊的過程，基本上就是進行反復嘗試。各礦工每秒都在進行大量嘗試，試圖找出所謂“nonce”區塊組件的正確值，并希望最終得出的完整區塊能夠滿足其要求。因此，采礦實際上與抽獎非常相似，參與者相當于選擇了一個開獎數字。每秒嘗試次數由您采礦設備的哈希率決定，通常表示為Gigahash每秒，縮寫為GH/s。

數據：比特幣和黃金的關聯性達到一年高點:Skew數據顯示，比特幣和黃金之間的關聯性達到了一年以來的最高水平。兩者關聯性的增強可能表明，更多投資者正在將BTC視為價值存儲。[2020/9/21]

可持續性

這樣循環往復的區塊開采周期，激勵著全世界的人們參與到比特幣的采礦中來。由于采礦能夠提供穩定的收入來源，因此人們非常愿意運行大量吞噬電力的設備以獲取收益。多年以來，隨著比特幣價格不斷突破新高，比特幣網絡的總能耗也以驚人的速度持續增長。根據國際能源機構發布的最新報告，整個比特幣網絡的電力消耗水平已經超越諸多國家。如果將比特幣項目視為一個國家，那么其耗電量排位情況如下所示。

除了橫向比較之外，我們還可以將比特幣網絡的電力消耗與全球能耗最高的幾個國家進行比較，結果如下所示：

碳足跡

比特幣的最大問題甚至不在于其恐怖的電力消耗，而是比特幣網絡中的大多數采礦設施都位于嚴重依賴煤電的地區。簡單來講，“比特幣項目依靠煤炭為其提供燃料。”

應該考慮控制比特幣蔓延以減少二氧化碳排放。—halfin(@halfin)2009年1月27日

礦工的地理分布

多年以來，確定比特幣網絡引發的碳影響一直是個巨大的挑戰。我們不僅需要了解比特幣網絡的總體功率水平，同時還需要了解這些能源的確切地理分布。礦工的位置，則是判斷其所使用電力是否清潔的關鍵性因素。

比特幣與標普500指數的一年期相關性創歷史新高:金色財經報道，根據Coin Metrics的數據，比特幣和標準普爾500指數的一年期相關性創下歷史新高，已實現相關性在周四達到0.367，高于1月1日的-0.06。兩者的相關性在過去三個連續交易日中創造了歷史新高。此前高點在7月5日，持續了一天。[2020/7/11]

正如判斷比特幣網絡中包含多少活躍設備是項難度極高的工作一樣，我們也很難跟蹤這些設備的所處位置。最初，與此相關的唯一共識就是大部分采礦設備位于中國。由于我們能夠確定中國電網的平均排放因子，因此能夠粗略估算出比特幣采礦的碳足跡情況。假定有70%的比特幣采礦活動在中國進行，且其中30%的采礦活動完全清潔，那么加權平均得出的碳排放強度約為每千瓦時490克二氧化碳。利用這一數字，我們即可進一步對比特幣網絡總功耗以及碳足跡進行估算。

更詳盡的估算結果

在此之后，GarrickHileman與MichelRauchs于2017年發布了一份《全球加密貨幣基準研究》報告，其中發布了更多詳盡信息。在這項研究中，他們確定了目前比特幣哈希率中約半數采礦設施，其總體電力消耗為232兆瓦。其中中國的采礦設施約占一半，最低電力消耗量為111兆瓦。利用這一信息，我們可以更準確地計算出用于采礦的每千瓦時電力所對應的二氧化碳當量與碳排放因子。

下表列出了由Hileman與Rauchs在調查報告中整理出的采礦設施能耗細分結果。通過與國家/地區電網排放因子相對應，我們發現比特幣網絡的加權平均碳排放強度為每千瓦時475克二氧化碳。

Rauchs等人在一年之后又發布了類似的第二輪研究結果。在最新研究中，Rauchs等人確定的加密貨幣采礦設施總能耗約為17億瓦。根據他們的推斷與估算，全部加密貨幣采礦設施的運行功率在59億瓦到127億瓦之間。由此可見，他們在上一輪調查中涵蓋的數據范圍非常有限，而且比特幣也只占全部能耗的一小部分。但好消息是，最新研究得出的采礦設施地理分布與上一輪相比幾乎沒有變化。

CardCoins和Payvant為比特幣核心貢獻者提供為期一年的資助:金色財經報道，金融科技初創公司CardCoins和Payvant將為比特幣核心貢獻者Hennadii Stepanov提供為期一年的資助。據悉，Stepanov已從事軟件構建系統、網絡堆棧和一般同行評審超過兩年。根據博客文章，這筆贈款將使Stepanov退出大學，全職為比特幣核心工作。[2020/4/29]

區域性碳排放強度分析

可能有人會強調，調查中所涵蓋國家/地區的實際發電碳排放強度可能并沒那么高。例如在2018年，比特幣公司Coinshares提到中國的大部分采礦設施位于四川省，人們在這里利用廉價的水電能源開采比特幣。雖然現在來看，這份報告中有不少站不住腳的論斷，但我們也不妨假定其中的結論正確，然后思考這一切又意味著什么。

很多人可能認定水電能源的存在，意味著比特幣網絡的碳足跡水平相對較低。但事實證明，問題并沒有這么簡單。主要問題在于，水力發電往往存在發電量不穩定的問題。特別是在四川省，雨季的平均發電量可達旱季的三倍。為了抵消這種電量供應波動，旱季期間的不足部分往往需要利用其他類型——特別是火力發電——的方式填充。相比之下，瑞典的電網排放因子則穩定較低，因為這里的發電方式主要為核能與水力發電。瑞典電網的碳排放因子為每千瓦時13克二氧化碳。

在一份名為《比特幣的碳足跡》的最新報告中，研究人員解釋了這種地區差異，結論是整個比特幣網絡的加權平均碳排放強度約為每千瓦時480克到500克二氧化碳。

其他問題

可以看到，可再生能源普遍存在供給不夠穩定的問題，但比特幣礦工的能源需求卻是恒定的。比特幣采礦一旦開啟，除非系統崩潰或者無法繼續實現盈利，否則就永遠不會關閉。因此，當可再生電力產量較低時，比特幣礦工的存在自然增加了對電網負荷的基礎需求，并刺激發電設施利用化石燃料填補這部分電力缺口。在最極端的情況下，比特幣礦工的存在甚至會刺激電力運營商建設新的燃燒發電廠或者重啟已經關閉的原有火力發電廠，而這方面影響顯然難以準確量化。

動態 | Coinbase：上線一年，USDC已成為全球第二大穩定幣:穩定幣USDC今日上線一周年，加密資產交易所Coinbase發推稱，上線僅一年，USDC目前已成為第二大穩定幣，得到全球超過100家企業的支持，近期交易量也成功突破10億美元。[2019/9/27]

感興趣的朋友也可以參閱頂級期刊《焦耳》雜志上關于比特幣與可再生能源間關聯的《可再生能源無法解決比特幣可持續問題》的文章。

比特幣與其他支付系統電力消耗比較

為了進一步理解比特幣網絡的電力消耗水平，我們不妨將其與另一類支付系統進行比較。根據VISA公布的數據，該公司在全球范圍內的全部運營總計消耗掉67萬4922千兆焦耳能量。這意味著VISA的電力消耗總量相當于17000個美國普通家庭的能源需求。我們還知道，VISA公司在2017年年內共處理了1112億筆交易。根據這些數字，我們可以對兩套支付網絡做出比較，并發現比特幣的單筆交易電力消耗遠高于VISA。

當然，這些數字并不完全準確。但由于二者能耗存在巨大差異，因此即使承認這種不準確性的存在，結論仍然令人震驚。與常規金融系統中的平均非現金交易能耗水平相比，比特幣交易的平均電力消耗可達數千倍。有些朋友可能會爭辯，這些成本完全來自交易自身，不涉及任何第三方信任機構；但是，我們將在后文中提到，無論如何能耗也不應高到這樣的程度。

備選方案

工作證明是第一種能夠自我證明的共識算法，但并不是唯一可行的共識算法。近年來，諸如權益證明之類能效更高的算法正在快速發展之中。在權益證明中，區塊創建工作將由代幣所有者——而非礦工——負責進行，因此不再需要設備為了每秒生成盡可能多的哈希值而消耗巨量電力。事實上，與工作證明算法相比，權益證明的能耗幾乎可以忽略不計。比特幣未來有可能會轉向這種新的共識算法，從而顯著提升自身的可持續性。但唯一的缺點在于，目前的權益證明存在多種不同版本，且沒有任何一種版本能夠力壓群雄成為客觀標準。當然，必須承認這種算法的存在已經為未來加密貨幣的發展帶來了重要希望。

能耗模型與重要假設

即使能夠快速計算出網絡整體的哈希率，我們也無法斷言這項指標到底代表著怎樣的電力消耗水平，畢竟所有活動設備一直各自為戰——因此無法統計其確切能耗。以往，我們在能耗估算中通常需要使用以下假設：哪些設備仍處于活躍狀態以及具體分配方式，而后據此得出每GH/s所消耗的特定電力瓦數。對現實世界中的比特幣采礦進行調查之后，我們意識到由于這套模型忽略了機器可靠性、氣候以及冷卻成本等相關因素，由此得出的能耗結果必然低于實際水平。這種武斷的估算方法會帶來各種各樣的能源消耗估算值，且不同估算值之間往往存在巨大的差別，甚至足以改變由此得出的經濟性結論。因此，我們在比特幣電力消耗指數當中提出了新的解決方法，并試圖從經濟角度審視其具體能耗狀況。

此項指數以礦工收入與成本相關性為基本前提。由于電力成本占采礦持續成本中的主要比例，因此比特幣網絡的總電力消耗也必然與采礦收入直接相關。簡而言之，要獲得更高的采礦收入，就必然引入更多高能耗計算調和。以下圖表詳細解釋并總結了比特幣電力消耗指數如何利用礦工收入得出電力消耗估算值：

需要注意的是，采用不同的假設性前提可能得出不同的計算結果。在此次估算中，我們選擇了基于實際采礦操作信息這一既直觀又相對保守的計算方式。這里要強調，本指數的目標并非產生準確無誤的估算結果，而是提供在經濟層面具有可靠性的常規評估方式，從而確保相關結論的準確性與可靠性高于基于采礦設備的常規計算方法。

批評與驗證

MarcBevand與JonathanKoomey等批評者長期以來一直堅稱比特幣電力消耗指數的估算方法存在“嚴重缺陷”，但他們對2019年發布的劍橋比特幣電力消耗指數卻抱有不同的意見。劍橋指數基于Koomey所大力提倡的替代性估算方法，但得出的估算結果卻與我們無甚區別。實際上，比特幣電力消耗指數與劍橋比特幣電力消耗指數的結論基本吻合。

除了電力消耗估算之外，由此產生的環境影響也受到RobertSharratt以及Coinshares公司等批評方的強烈反對。其中，Sharratt還曾利用Coinshares的采礦調查報告來論證比特幣網絡對環境并未產生顯著影響。有趣的是，Coinsahres采礦報告僅暗示比特幣采礦可能因使用了大量可再生能源而并未造成顯著的環境影響，但其中完全沒有提及“碳足跡”一詞。這樣的遺漏非常嚴重，因為其忽略了Coinshares在報告中列出的另一項數據，即作為中國比特幣采礦的中心，四川省內發電設施的碳排放強度并不像人們想象中那么低。

慕尼黑工業大學考慮到了這一現實情況，并通過獨立研究之后給出了“比特幣項目依靠煤炭為其提供燃料”的結論。在該大學的研究中，他們將比特幣網絡的整體加權排放因子與比特幣電力消耗指數給出的采礦設施碳足跡加權排放因子進行了匹配，因此得出了完全不同的觀點。

展望未來

當然，比特幣電力消耗指數也可以作為一套面向未來比特幣電力消耗的預測性模型。我們的模型預計，礦工最終將把60%的收益用于支付電費。截至目前，礦工們在電費上的開銷實際高于60%。根據2019年1月22日的比特幣電力消耗指數統計，礦工已經將收入的全部投入到電費成本上。在采礦收入大幅下降的情況下，人們也許會放棄繼續利用大量計算設備投入到比特幣網絡當中。但考慮到這部分機器采購投資將淪為沉沒成本，因此礦工大概率仍會繼續維持設備運轉，直到電費超過采礦收入為止。

屆時，由于幾乎全部收入都被用于支付電費，因此電力消耗指數給出的比特幣電力消耗預測結果將不會發生顯著變化。

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