从马斯克说挖矿浪费能源到以太坊的权益转换证明机制，从中国禁止挖矿到美国消费者新闻与商业频道，一个比特币网络真的能消耗这么大的资源吗？
你可能看到了埃隆马斯克(Elon Musk)的推文，宣布特斯拉暂停使用比特币作为环保的支付方式。这是可以理解的，因为特斯拉是一家绿色公司。马斯克在5月份表示：“我们对比特币开采和交易中化石燃料使用的快速增加感到担忧，尤其是煤炭，它的排放是所有燃料中最严重的。”非洲的大部分能源资源仍然非常依赖天然气、煤炭和石油，这些项目的成本对于非洲大陆的许多人来说都是遥不可及的，尤其是生产电力开采比特币的过程中需要投入的能源数量。
与非洲相比，比特币消耗了多少能源？
图片：Kash
比特币的挖矿网络位列全球能耗前30。根据Digiconomist的比特币能源消耗指数，比特币的能源消耗可以为拥有数千万人口的国家提供131.16 TWh的电力，这比非洲能源消耗最少的47个国家130.05TWh的总消耗量还要多。根据《焦耳科学》杂志2019年发表的一项研究，它每年产生22.9兆吨二氧化碳，与圣多美和普林西比、科摩罗、中非共和国、几内亚比绍、吉布提、布隆迪、冈比亚、塞舌尔、佛得角、索马里、厄立特里亚、埃斯瓦蒂尼、塞拉利昂、乍得、卢旺达、利比里亚、马拉维、南苏丹、尼日尔和莱索托的二氧化碳几乎相同。但这种情况不会永远持续下去，因为比特币的价格在上涨，对矿工的激励也在增加，这导致了能源消耗的增加。另一个问题是，大多数煤矿位于中国，严重依赖煤炭。出于对能源消耗的担忧，中国一直在关闭加密货币开采业务。
从数据中可以看出，比特币确实可以对环境造成极大的污染，它只是成千上万种正在增长的加密货币中的一种。照这样下去，我们的环境真的能承受这一切吗？答案是否定的。我们已经在与气候变化作斗争。加密货币革命必须对自身和我们的星球更具可持续性。
比特币共识机制及其与能耗的关系
正如法国数学家加斯帕尔-古斯塔夫德科里奥利所说，功是指向一个动作的能量，能量是“完成的功”。完成的作品可以用比特币等货币存储，以备日后开销。比特币共识机制是基于工作负载证明(PoW)的，其中能量被用来保持区块链的安全运行。
在生成新区块的过程中，矿工们解决了一个猜谜游戏，在这个游戏中，在10分钟的平均时间范围内，总交易加上一个“随机数”被插入到一个SHA-256散列函数中，直到结果满足协议规定的预定标准。更具体地说，挖掘器从内存池中检索未确认的事务，并将它们捆绑到一个新的块中。该块在块头中有几条信息。然后挖掘器获取块头，添加一个名为“nonce”的随机数，并将其放入哈希函数，从而得到一个256位的数。网络仅接受小于特定限制的结果，该特定限制再次由区块链协议预先确定并被称为“目标”(例如，返回结果的前32位必须为零[简化])。
在矿工的哈希函数中重复插入捆绑成块的交易组合，直到结果符合标准。每秒钟这种测试的次数称为“哈希速率”。第一个收到满足预定标准的结果的矿工将结果广播到网络，并获得区块奖励，该奖励还包括区块中包含的交易的交易成本。由于比特币和贵金属的特性相似，这个过程被称为“挖矿”。比特币的发明者Satoshi Nakomoto在他的一篇帖子中支持了这一说法。
“从这个意义上说，(比特币)更像是一种贵金属。供给是预先确定的，价值会发生变化，而不是改变供给来保持价值不变。”—中本聪
每个区块发行的比特币数量由协议预先确定。所以比特币的供给是被数学控制和限制的。——与央行发行的货币形成鲜明对比。随着时间的推移，每个区块新发行的比特币数量减少了50%。这种“减半”每210，000个数据块或大约每4年发生一次。目前，每个开采区块发行12.5个比特币。
比特币的工作量证明机制设置为每2016块调整一次寻找新块的难度，寻找新块的平均时间为10分钟左右。难度受网络提供的计算能力影响(计算能力越高，难度越高)。
这意味着存在一个挖掘市场，该市场具有固定的比特币供应，如协议所定义的，以及基于整体哈希速率所确定的难度的可变的计算能力需求。由于供求规律，每个区块预定的比特币奖励、当前的比特币价格和挖矿成本决定了为保护网络做出贡献的高性价比挖矿者的数量。在有效市场中，溢价为零，这意味着燃烧1千瓦时能源的边际回报等于通过工作的边际开采成本。包含交易成本的大宗报酬公式为：
比特币挖矿难度的自动调整，导致了一个动态的、自我纠错的系统。假设比特币价格和区块奖励不变，而挖矿成本增加。让上面的等式成立，就会有更少的人去挖掘，最终降低挖掘的难度。反之亦然：假设等式左边不变，开采成本降低。更多的比特币矿工会上线，增加了难度。
然而，在现实中，完美的平衡不会发生，因为矿工不会在无利可图时立即关闭他们的设备。此外，由于制造和交付时间的要求，哈希率的提高是滞后的。当比特币的价格上涨时，会给现有的hash率拥有者带来什么好处。
可以得出一个结论：
保持比特币区块链运行的能源消耗取决于网络的计算能力和每个矿工的能源消耗。
比特币奖励由协议预先确定。
整体性价比挖矿能力由市场定义(比特币奖励和每块比特币价格)。
环境可持续的加密革命
幸运的是，在顶级加密货币中，比特币是唯一消耗如此多能量的代币。——以太坊现在转向完全不同的工艺，其他顶级令牌(比如卡尔达诺)需要的能量要少很多倍。
加密货币革命引发的环境危机有两种解决方案。比特币和大多数其他加密货币一直在使用名为工作量证明(PoW)的概念来验证每一笔交易。工作负载证明机制确保攻击网络的成本过高，并且该机制允许在链分裂的情况下解决冲突。另外，工作量证明机制最小化了信任，因为有效链——的累积工作量最大的链——可以被所有人轻松证明。
但是这个概念有一个根本的缺陷，就是可扩展性。比特币的供应量是有限的。随着供应量的减少，验证交易需要更长的时间，这反过来导致使用比以往更多的能量来创建区块，从而使这条道路变得不太可行。事实上，世界各地都有许多采矿仓库在竞争以最快的速度解决当前的任务，因为在数百台竞争解决相同数学问题的计算机中，只有最快的计算机才能证明交易并获得奖励。这意味着进入交易的所有能量的99%基本上是浪费的能量。
一种解决方案是部分集中化。证明系统遇到的所有麻烦都是以去中心化的方式验证交易的能力。有人认为中央机关通过算法生产硬币会减少能源浪费。例如，一些加密货币引入了一个称为预挖掘的概念，要求中央当局在向公众发布之前创建一定数量的区块链令牌。从长远来看，许多人反对部分集中的想法，希望保持区块链技术完全分散。
另一个解决办法是转向有权益证明的矿业，使用可再生能源。利益证明系统本质上消除了工作证明系统的竞争性计算过程，同时仍然保持一切去中心化(甚至比PoW更去中心化)。它允许系统中的每台计算机一次处理一项任务。股权证明系统要求验证者/挖掘者投入一定数量的加密货币作为抵押品，称为“股权”。作为回报，该算法将周期性地要求验证者之一在区块链中创建下一个块。与工作量认证系统相比，这大大降低了能耗，因为不需要竞争解决复杂的数学问题。
此外，有一些发展使比特币区块链更有效率。这些发展包括交易批处理和高级密码术等优化，以及比特币之上的附加层，如交易所、比特币银行、侧链和。
特别有趣的是，闪电通过降低确保一笔比特币交易所需的平均能量，扩大了比特币的交易量。作为一个去中心化的点对点支付系统，它使用比特币区块链的共识作为结算层，继承了其独特的信任属性。闪电网络不依赖于一个名为区块链的共享账本中的条目，理论上每秒可以处理数十亿笔交易。
在集中的第二层(如证券交易所)进行的交易不放在区块链上，也不直接消耗能源。在这种情况下，信任来自于实体为其客户记录比特币交易，并维护一个关于谁拥有多少比特币的封闭账本。这些发展导致更多的，如果不是无限的，支付，而不把他们放在区块链。这也是为什么比特币交易量的增加会保证每笔比特币交易所需的平均能量降低到几乎为零。