Energy Web：探究比特币矿工背后的能源消耗

非营利组织 Energy Web 将对比特币矿工能源消耗情况进行评分，主要包括矿工是否使用清洁能源以及对电网的影响程度，该项目名为Green Proofs of Bitcoin（GP4BTC）。

负责人Amy Westervelt表示，Energy Web可能会向希望获得认证的矿工或希望访问数据的用户收取费用。

Energy Web

Energy Web是一个由成员驱动的全球性非营利组织，简称EW，通过释放区块链和去中心化技术的潜力，加速建立一个以客户为中心的低碳电力系统。

该组织专注于开源、去中心化数字技术堆栈，创造Energy Web去中心化操作系统（EW-DOS），致力于使所有客户设备都参与到任何能源市场中。

2019年，该组织推出Energy Web Chain，世界上第一个企业级、公共、开源区块链平台，针对该行业的监管、运营和市场需求量身打造。

EW Chain锚定了更广泛的Energy Web去中心化操作系统（EW-DOS）技术堆栈，以区块链中间件、应用程序工具包等数字解决方案支持能源转换。

Energy Web还建立全球最大的能源区块链生态系统，涵盖公用事业、电网运营商、可再生能源开发商、企业能源买家、物联网/电信领导者等。其中12家公司托管EW Chain的验证程序节点。

目前，该组织已经成为行业领先的能源区块链合作伙伴，也是能源区块链上最受尊敬的权威声音。

近年来，比特币挖矿的能源消耗问题引起了社会的广泛关注，为了更好地了解这个问题，我们需要先了解比特币挖矿的原理和过程。

比特币挖矿

新比特币的铸造过程在某些方面类似于从地下开采贵金属。因此，这一过程被人们称为“比特币挖矿”。

比特币挖矿可以简单概述如下：

人们通过在一个被称为 “工作量证明” (PoW) 的过程中应用计算能力来竞争获得比特币奖励。这一过程之所以被称为“工作量证明”，是因为只有那些证明投入了足够资源（工作）的参与者（矿工）才有机会赢得奖励。

大约每 10 分钟，就会有一位胜出的“矿工”获得奖励。

奖励是双重的：

1、“区块奖励”，即新发行的比特币。区块奖励目前设定为 6.25 个比特币（每4年减半）；

2、与当前区块中所有交易相关的各种手续费。

比特币为什么需要挖矿？

比特币挖矿是比特币网络系统的一个重要组成部分，用于达成对账本当前状态的共识。这是让人们能够安全地进行比特币交易的核心。

比特币网络是一个全球级的分布式公共账本，由一个巨大的带有时间戳的交易列表组成。该交易列表记录了所有的账户至今为止的所有交易。

例如，A 在星期一上午 10 点向 B 发送了 1 个比特币。账本大约每 10 分钟更新一次，即增加列出新交易的“区块”。账本被数以千计的被称为“节点”的参与者自动存储。

因此，账本的存在让任何人可以看到比特币所有权的当前状态和完整历史。

根据设计，没有一个中心化的机构可以决定哪些交易应该被加入到新区块中。相反，这些“事实”是由各节点根据比特币协议集体协调达成的。这种去中心化使比特币具有一些非常有趣的特性，即抗审查性和无需许可性。

大多数节点只进行交易真实性的验证、存储账本，并将更新传递给其他节点（更新的形式是在链上添加新的区块）。另一方面，有一小部分被称为矿工的节点群体，以相互竞争的方式创建新的区块。

当矿工创建新的区块时，他们实际上是在更新账本的状态，或者说是在更新关于谁拥有什么的“事实”。

比特币挖矿的目的是什么？

比特币挖矿有以下几个功能：

它是分配新币的一种方法。

比特币设有一套完整的机制用于确保仅在区块链上添加有效的交易，比特币挖矿就是这一套机制中的一部分。

它是一种在有限的吞吐量下对交易进行优先排序的方法（它为有限的区块空间创造了一个公平的市场）。

它为参与者（矿工）提供财务激励，促使其为比特币网络贡献能量，从而有助于保护网络免受攻击者的影响。

比特币挖矿是如何进行的？

这一过程在比特币白皮书中概述如下：

1、新交易向所有节点广播。

2、每个节点将新交易收集到一个区块。

3、每个节点为它的区块寻找工作量证明。

4、当一个节点找到了工作量证明，就向所有节点广播这个区块。

5、节点只有在区块内所有交易都是有效的且之前没有被消费的情况下接受这个区块。

6、节点通过使用当前区块的哈希值作为上一个哈希值在链中创建下一个区块的方式表示对当前区块的接受。

让我们把这一过程分解成更多的细节。

首先，矿工是向账本提出更新的人，只有成功完成工作量证明的矿工才被允许添加新的区块。这已被编入比特币协议。

矿工可以从一个已被节点广播给网络的潜在交易池中自由选择有效的交易。

这些交易被收集到“mempool”（内存池）中。 理性诚信的矿工根据交易费用从 mempool 中选择交易，优化得到更高的费用。这就产生了费用市场，有助于确保有限的区块空间得到公平使用。

第一个完成工作量证明的矿工将他/她提出的新区块广播给更广泛的节点网络，然后这些节点会进行检查以确保该区块遵循协议规则。

这里的关键规则是：

1、区块中的所有交易都是有效的（没有重复消费）；

2、新区块适当地引用了前一个区块，并在链中作为下一个区块进行编号（新区块构成最长链中的最新区块）。

如果该区块遵循协议规则，这些节点会将其发送给其他节点，然后其他节点也会完成同样的过程。通过这种方式，新区块在网络中传播，直到它被广泛接受为事实。

然而，会发生这样一种情况（而且经常会发生）：

多名矿工几乎在同一时间完成工作量证明，并同时向网络广播他们的新区块。此外，由于网络延迟和地理位置上的差异，不同节点可能在稍微不同的时间收到新提出的区块。

请注意，不同的矿工提出的新区块可能会略有不同。这是因为，如前所述，矿工是选择将哪些交易纳入区块的人。

当两个矿工发出不同的新区块时，竞争性的“事实”版本开始在网络上传播。网络倾向于选择让链以更快速度增长的那个“事实”作为正确版本。

我们来分析一下最后一部分。

想象一下，有两条相互竞争的链。假设 75 %的矿工选择了版本 A，并开始为下一个区块进行工作量证明。

而 25% 的矿工选择了其他版本，并开始在所选版本的基础上进行同样的工作。

据统计，在版本 A 上工作的矿工更有可能首先完成工作量证明，将新版本广播到网络上。

由于节点总是以生成最长的链作为选择依据，版本 A 很快会在网络中占据主导地位。

事实上，随着链的增长，版本 B 增长较快的可能性会随之消失。

当添加 6 个区块后，这从统计学上来说已是不可能的了。

比特币挖矿为什么消耗能源？

比特币挖矿是一个竞争激烈的行业，利润很低。主要的投入是电力，尽管在硬件和设施方面也需要大量的前期投资。

盈利主要依靠持续获得低成本的电力，同时配合使用最高效的硬件。

比特币挖矿是一个自然平衡的系统。

矿工的利润会随着比特币价格的上涨而增加。这吸引了更多的矿工入场。然而，更多新矿工的入场又导致铸造新区块的难度增加。

这导致所有参与者必须耗费更多的资源才能挖掘到新币，从而降低了利润率。

由此可见，比特币挖矿是通过计算机解决数学问题来验证交易，并创建新的比特币的过程。挖矿需要大量的计算能力和电力，因此很容易成为能源消耗量巨大的行业。随着比特币市场的扩大，挖矿的能源需求也不断增加。

比特币挖矿所需的大量电力消耗已经成为一个备受关注的问题，特别是在环境和能源领域。

能源消耗

比特币挖矿是通过解决复杂的数学问题并获得新的比特币作为奖励来向区块链添加新区块的过程。这个过程对比特币网络的运行至关重要，但也需要大量的能源，对环境影响很大。

事实上，根据剑桥大学的一项研究，比特币挖矿的能源消耗平均每年至少有 129 太瓦时的电力，这比阿根廷整个国家还要多。

这种能源消耗水平对环境有重大影响，因为它会导致大量二氧化碳和其他温室气体的释放。

比特币挖矿能耗高的主要原因之一是使用了称为 ASIC（专用集成电路）的专用计算机硬件。这些设备专门设计用于执行比特币挖掘所需的复杂计算。

然而，这些设备的能源消耗仍然很大。

可能的解决方案

可以实施多种解决方案来减少比特币挖矿的碳足迹。一种解决方案是过渡到使用可再生能源进行采矿。不幸的是，采矿业对可再生能源的使用有所下降。

据比特币矿业委员会（BMC）称，在 CryptoSlate 去年发布的一份报告中，矿工的可持续能源结构从 59.4% 下降到 58.9%。

虽然降幅很小，但矿工应该考虑使用可再生能源进行挖矿。另一种解决方案是使用离网或远程挖矿操作。这些企业建立在水力发电或地热能等可再生能源随时可用的地方。

此外，离网采矿作业还可以利用自然冷却系统，例如来自山区的冷空气，以减少冷却设备的能耗。

激励比特币矿工使用可再生能源是尝试减少加密货币碳足迹的另一种方式。例如，像 PEGA Pool 这样的矿池允许矿工加入他们的矿池，无论他们的能源消耗如何。

然而，使用可再生能源的矿工将获得 50% 的矿池费用折扣。

此外，依赖化石燃料为其采矿作业提供动力的矿工将把一定比例的矿池费用分配给植树计划，以抵消他们的碳足迹。

权益证明和可再生能源

减少加密货币对环境影响的另一种方法是使用权益证明 (PoS) 加密货币。基于 PoS 的加密货币的一些示例包括 Ethereum 2.0 ( ETH )、Algorand ( ALGO ) 和 Cardano ( ADA )。

首先，PoS共识机制不需要挖矿。

在 PoS 中，不是使用计算能力来验证交易并向区块链添加新块，而是根据他们持有的加密货币数量来选择验证者，并愿意“抵押”作为抵押品。

这消除了对坚固且能源密集型采矿设备的需求，显着降低了网络的能源消耗和碳足迹。

其次，PoS 比工作证明 (PoW) 更节能。

因为它不需要持续的计算能力来验证交易和向区块链添加新块。

在 PoS 中，验证器是通过随机选择过程选择的，而不是基于计算能力的竞争，因此能耗要低得多。例如，根据 Patterns 的一份报告，以太坊在过渡到 PoS 后功耗降低了 99.84%。

根据 Ripple 首席执行官 Chris Larsen 的说法，如果比特币从工作证明转向股权证明，这种加密货币可以将其能源消耗降低 99%。

然而，必须注意的是，并非所有 PoS 系统生而平等，有些系统可能仍然是能源密集型系统，具体取决于它们的设计和实施。

一些 PoS 系统可能仍然需要大量能量来运行验证器和保护网络，但总的来说，PoS 被认为比 PoW 更节能。

比特币和其他加密货币对环境的影响越来越受到关注，但这几种解决方案可以帮助减少这些数字货币的碳足迹。

通过使用可再生能源，比特币挖矿可以变得更加可持续。

此外，像 PoS 这样不太密集的算法可以帮助减少数字货币对环境的影响。

虽然比特币开采是能源密集型的，但有一些方法可以减轻这种影响并使数字货币在未来更具可持续性。

可以看出，数字货币挖矿的能源消耗问题是当前全球面临的一大挑战。

随着数字货币领域的不断发展，越来越多的人参与其中，对能源消耗的需求也随之增加。

然而，数字货币挖矿所需的能源是极为庞大的，对于能源的消耗和排放带来了不可忽视的环境负荷和影响。

综合而言，挖矿的能源消耗问题是一项复杂的问题，需要全面地考虑各种解决方案。

只有在行业各方共同努力下，数字货币行业才能向可持续、环保型的方向迈进。