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比特币能源消耗介绍,与VISA支付系统比较

欧易交易所2022-06-13欧易交易所人已围观

比特币网络为人类设为带来了创新的体制,透过加密技术与分散式架构的结合,让金融、供应链等领域的信任问题以及流程效率获得了大幅度的改善。

区块链技术最早透过比特币呈现,虽然确实大幅降低了支付的成本以及提升了安全性,但背后的资源消耗其实非常剧烈。下文将会针对耗能源因、国家数据比较、比特币与VISA之支付成本差异与替代方案进行解说。

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【source by digiconomist.net】

由上图可知,比特币(BTC)每年约产生29.38 Mt(碳足迹)、消耗61.85 twh(电能),非常之剧烈。2017年BTC挖矿所消耗的电力消耗约占全球总电力消耗的0.13%。比特币能源消耗每月约会提升10~30%的速度成长。

1、区块链挖矿是什么

我们常常会在接触区块链的时候听到「挖矿」两字,但挖矿实际上到底在做什么呢?矿工大约每10分钟就会将新的交易集(区块)添加到比特币的区块链中。在区块链上工作时,这些矿工不需要互相信任,他们唯一要信任的是运行比特币的代码。这个代码包括验证新交易的一些规则,例如:只有发送人拥有足够的币额,交易才会有效。每个矿工都是单独确认交易是否遵守这些规则,所以不需要信任其他矿工。

其中的诀窍是让所有矿工都对所有历史交易产生共识。网络上的每个矿工都会为了下次任务做准备,而能够成为链上最新的区块的就是算力最高的那台电脑所计算出的区块,这时比特链当作回馈(2020减半后为6.25颗比特币)。由于目前比特币的市值很高,所以为了获得比特币的奖励,每台电脑都必须争取时间,在最短的时间内解出此区块的Hash值,此时就会耗费大量的电力与消耗电脑的CPU,才能与全世界诸多的矿工竞争。

2、持续发展性(Sustainability)

这些循环的挖矿周期持续鼓励着全世界的人们开采比特币,因为采矿可以提供稳定的收入来源,所以人们非常愿意运行耗电的挖矿机来获得收益。多年来,随着货币价格达到新高,挖矿导致比特币网络的总能耗增长到史无前例的比例。根据国际能源机构(International Energy Agency)发布的报告,整个比特币网络现在消耗的能源数量超过了许多国家。如果比特币是一个国家,它的排名如下:

除了上述的比较之外,还可以把比特币的能源消耗和一些世界大国相比。结果如下:

3、碳足迹(Carbon footprint)

碳足迹是什么?产品的制程,资源与能源消耗大,温室气体排放量越多,碳足迹高。碳足迹计算上包含活动或产品整个生命周期直接与间接产生的温室气体排放量。

完整生命周期:原料取得→制造→配送→销售→使用→废弃回收

比特币确实会造成大量的能源消耗,但造成大量碳足迹的原因为大多的比特币采矿设施都严重依赖火力发电盛行的区域(主要是中国)。简而言之,目前为提供BTC能源的主要燃料为煤炭(碳排放来源)。

4、矿工的作业位置

多年来,定义比特币网络造成之碳排放影响一直是个挑战。不仅需要知道比特币网络的功率需求,还需要知道能源的来源。矿工的位置资讯是计算出能源污染程度的关键因素。

就像要找出比特币网络中活跃的机器非常不容易,确定位置之难度也非常高。一开始可用的资讯不多,普遍认为大多数矿工都位于中国。所以更近一步地,我们知道中国电网的平均排放因子(每千瓦小时约700克二氧化碳排放量),因此可以粗略地估算出比特币开采所耗费的煤炭。假设70%的比特币采矿活动在中国进行,并且30%的采矿活动电力来源是干净的,那么加权平均后的碳强度是490 gCO2eq / kWh。这个数字之后可以用于比特币网络的功耗估算,以推估其碳足迹。

更精确的计算

至今有更多的资讯可在「Global Cryptocurrency Benchmarking Study」中获得了。在这项研究中,确定了大约占整个比特币*哈希率一半的设施,总(下限)消耗为232兆瓦。中国的采矿设施又占其中的一半,其最低消耗量为111兆瓦。这个资讯可用于更准确地了解应用于采矿所用电力的碳排放因子。

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下表列出了调查的采矿设施的能源消耗的细项。透过应用各自国家电网的排放因子,我们发现比特币网络的加权平均碳强度为475 gCO2eq / kWh。(此数字目前用于根据比特币能源消耗指数确定比特币网络的碳足迹。)

5、各区域的碳强度

2018年比特币公司Coinshares建议中国大部分采矿设施建立于四川省,因为可以使用廉价的水力发电来运作。针对这方案,有人可能会认为使用水力发电代表比特币网络的碳足迹相对较低,但事实证明这是一个相当危险的假设。

水力发电(或一般可再生能源)的产量并不稳定,特别是在四川,雨季的平均发电量是旱季的三倍。水力供电的不稳定漏洞通常会和以煤炭为基础的其他类型电力补足。因此,四川省购电的碳排放系数在265至579 gCO2 / kWh之间,远远不及瑞典的碳排放13 gCO2 / kWh,瑞典的能源纯粹以核能和水力即足够。

其他考虑的因子

可再生能源是一种间歇性能源,但是比特币矿工的能源需求是恒定的。比特币挖矿机一旦开启,直到它坏掉或无法获利之前都不会关闭。因此,当可再生能源的产量较低时,比特币矿工不仅增加了电网的基本负荷需求,还增加了对替代(大部分是化石燃料)能源的需求。在最坏的情况下,比特币矿工的存在可能会刺激建设新的燃煤发电厂或重启现有的燃煤发电厂,这种影响将更加难以量化。

6、能源消耗BTC vs VISA

为了了解比特币网络消耗的能源,我们将其与另一个支付系统VISA进行比较。根据VISA的数据,该公司在全球范围内的所有运营总计消耗了674,922兆焦耳的能源(来自各种来源)。这意味着VISA的能源需求大约等于17,000个美国家庭的能源需求。VISA在2017年处理了1112亿笔交易。藉由这些数字,可以比较两个网络,并显示比特币每笔交易的能源消耗比VISA高得多,如下图所示。

当然,这些数字并不完美(例如:不包含VISA办公室的能源消耗),但仍能显示比特币交易与常规金融系统之非现金交易差距多数千倍的能量消耗。

7、替代方案

比特币的工作量证明(POW)并不是唯一的共识算法。近年来,诸如权益证明(POS)之类的更加节能的算法正在开发中。在权益证明中,硬币所有者创建区块而不是矿工,因此不需要耗电的机器。所以与工作量证明相比,权益证明的能耗可忽略不计。比特币如果切换到这种共识算法,就可以大大地提高可持续性,但这种算法唯一的缺点是存在许多不同版本的股权证明,而这些版本都还无法证明自己。就算尚未成熟,这些算法依旧为区块链带来了希望。

8、能源消耗的模型与主要假设

即使可以很容易地计算出整个网络的Hash值,也无法说出这在能源消耗方面意味着什么,因为所有活动机器都去中心化,无法得知确切的能源消耗。过去,能源消耗估算通常包括以下假设:哪些机器仍处于活动状态以及如何进行分配,才能算出per Gigahash / sec(GH / s)消耗的特定瓦数。

实际对比特币矿池的详细检查表明,这种方法肯定会低估网络的能源消耗,因为它忽略了矿机效能、气候和冷却成本等相关要素,因此,能源消耗估算可能有很大的偏差,甚至忽略了所选参数的经济影响。因此,比特币能源消耗指数(Bitcoin Energy Consumption Index)提出了解决问题的方法,并从经济角度考虑了能源消耗。

以下的计算方式指数建立在矿工收入和成本相关的前提下。由于电力成本是持续成本的主要组成部分,因此,比特币网络的总电力消耗也必须与矿工收入相关。简而言之,更高的采矿收入可以支持更多的耗能机器,下图表中总结了比特币能源消耗指数如何使用矿工收入得出能源消耗估算值:

比特币矿工的收入和(估计)支出目前如下:

这边要特别注意,使用不同的假设可能会得出不同的结论。该指数的目标不是完美的估计,而是产生经济上可靠的日常估计,该估计比透过采矿机效率推算更为准确和可靠。

未来的预测

当然,比特币能源消耗指数也是未来比特币能源消耗的预测模型。该模型预测矿工最终将把其收入的60%用于电力。目前矿工们在电费的开销持续增加,成本持续增加之下,采矿收入大幅度下降之后,可能会导致不再有新的矿机加入生产的情况,至于既有机器设备之投入将被视为沈没成本(与继续开采的决定不再相关),矿工将继续使机器运转,直到用电成本超过开采收入(接近100%)为止。

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