比特幣:區塊新看點：比特幣能源消耗介紹，與VISA支付系統比較

前言：

比特幣網絡為人類設為帶來了創新的體制，透過加密技術與分布式架構的結合，讓金融、供應鏈等領域的信任問題以及流程效率獲得了大幅度的改善。

區塊鏈技術最早透過比特幣呈現，雖然確實大幅降低了支付的成本以及提升了安全性，但背后的資源消耗其實非常劇烈。下文將會針對耗能源因、國家數據比較、比特幣與VISA之支付成本差異與替代方案進行解說。

圖1。圖片版權所有：區塊新看點。由上圖可知，比特幣每年約產生29.38Mt、消耗61.85twh，非常之劇烈。2017年BTC挖礦所消耗的電力消耗約占全球總電力消耗的0.13%，相當于臺灣一年電力消耗的11.64%。比特幣能源消耗每月約會提升10~30%的速度成長。

1、區塊鏈挖礦是什么

我們常常會在接觸區塊鏈的時候聽到"挖礦"兩字，但挖礦實際上到底在做什么呢？礦工大約每10分鐘就會將新的交易集添加到比特幣的區塊鏈中。在區塊鏈上工作時，這些礦工不需要互相信任，他們唯一要信任的是：運行比特幣的代碼。這個代碼包括驗證新交易的一些規則，例如：只有發送人擁有足夠的幣額，交易才會有效。每個礦工都是單獨確認交易是否遵守這些規則，所以不需要信任其他礦工。

黑龍江：積極部署區塊鏈服務網絡節點，推進“區塊鏈+法治”國家試點建設:金色財經報道，黑龍江省“十四五”數字政府建設規劃近日出臺。在區塊鏈方面，《規劃》指出，加快區塊鏈等關鍵技術應用，探索應用量子通信、區塊鏈網絡等新技術。依托區塊鏈技術，按需建設與省級部門、市（地）數據高速共享通道，實現數據分鐘級共享，加強全鏈路數據質量監控，建成高保障、高可用的數據供應鏈體系。基于區塊鏈技術，建設電子證照管理應用平臺。

積極部署區塊鏈服務網絡節點，構建場景化區塊鏈應用體系，持續推動數字身份認證鏈、可信電子證照鏈、存證公正鏈、數據共享交換鏈等數字政府公共支撐鏈的建設。探索“區塊鏈+市場監管” ，推進“區塊鏈+法治”國家試點建設。[2022/1/4 8:23:29]

其中的訣竅是讓所有礦工都對所有歷史交易產生共識。網絡上的每個礦工都會為了下次任務做準備，而能夠成為鏈上最新的區塊的就是算力最高的那臺電腦所計算出的區塊，這時比特鏈當作回饋。由于目前比特幣的市值很高，所以為了獲得比特幣的獎勵，每臺電腦都必須爭取時間，在最短的時間內解出此區塊的Hash值，此時就會耗費大量的電力與消耗電腦的CPU，才能與全世界諸多的礦工競爭。

2、持續發展性

動態 | 湖州莫干山高新區疫情重點任務招賢，任務包括通過區塊鏈等技術實現企業開復工網上辦理等:金色財經報道，浙江省湖州莫干山高新技術產業開發區發布“新冠肺炎疫情防控科技創新應用重點任務招賢榜”。在疫情防控類的人員服務管理系統方面，任務為通過人臉識別、車輛識別、電子化申請、區塊鏈等技術，實現人員篩查、精準防控、網上通行證申領、員工復工等場景，實現企業開復工網上辦理，以及復工人員信息實報、匯總、分析、研判等功能。[2020/2/14]

這些循環的挖礦周期持續鼓勵著全世界的人們開采比特幣，因為采礦可以提供穩定的收入來源，所以人們非常愿意運行耗電的挖礦機來獲得收益。多年來，隨著貨幣價格達到新高，挖礦導致比特幣網絡的總能耗增長到史無前例的比例。根據國際能源機構發布的報告，整個比特幣網絡現在消耗的能源數量超過了許多國家。如果比特幣是一個國家，它的排名如下：

除了上述的比較之外，還可以把比特幣的能源消耗和一些世界大國相比。結果如下：

動態 | 泰國大城銀行推出區塊鏈解決方案 以促進跨境貿易:泰國商業銀行大城銀行（Bank of Ayudhya）推出一個區塊鏈解決方案，用于泰國和老撾之間的資金轉移，大大減少資金轉移所需的時間，以促進跨境貿易。Krungsri Blockchain Interledger促進了以美元和泰銖進行的交易，以支持泰國和老撾的跨境支付和貿易。[2019/11/12]

3、碳足跡

碳足跡是什么？產品的制程，資源與能源消耗大，溫室氣體排放量越多，碳足跡高。碳足跡計算上包含活動或產品整個生命周期直接與間接產生的溫室氣體排放量。

完整生命周期：原料取得→制造→配送→銷售→使用→廢棄回收。

比特幣確實會造成大量的能源消耗，但造成大量碳足跡的原因為大多的比特幣采礦設施都嚴重依賴火力發電盛行的區域。簡而言之，目前為提供BTC能源的主要燃料為煤炭。

4、礦工的操作位置。

多年來，定義比特幣網絡造成之碳排放影響一直是個挑戰。不僅需要知道比特幣網絡的功率需求，還需要知道能源的來源。礦工的位置信息是計算出能源污染程度的關鍵因素。

就像要找出比特幣網絡中活躍的機器非常不容易，確定位置之難度也非常高。一開始可用的信息不多，普遍認為大多數礦工都位于中國。所以更近一步地，我們知道中國電網的平均排放因子，因此可以粗略地估算出比特幣開采所耗費的煤炭。假設70%的比特幣采礦活動在中國進行，并且30%的采礦活動電力來源是干凈的，那么加權平均后的碳強度是490gCO2eq/kWh。這個數字之后可以用于比特幣網絡的功耗估算，以推估其碳足跡。

動態 | 360集團與雄安新區簽署戰略合作 利用區塊鏈等技術提供網絡安全服務:6月28日，雄安新區與360集團正式簽署戰略合作，河北省省長許勤、360集團董事長周鴻祎等出席簽約儀式。此次戰略合作達成后，360集團將充分發揮其在網絡安全、大數據、人工智能、區塊鏈等技術領域的優勢，為建設安全可靠的“數字雄安”提供全面的網絡安全服務。具體包括：在工業互聯網、車聯網、物聯網、城市安全等領域提供系統化的解決方案；推動建立開放協同的數字安全基礎設施；積極為數字雄安網絡安全提供安全運營維護服務等。[2018/6/28]

更精確的計算：至今有更多的信息可在「GlobalCryptocurrencyBenchmarkingStudy」中獲得了。在這項研究中，確定了大約占整個比特幣*哈希率一半的設施，總消耗為232兆瓦。中國的采礦設施又占其中的一半，其最低消耗量為111兆瓦。這個信息可用于更準確地了解應用于采礦所用電力的碳排放因子。下表列出了調查的采礦設施的能源消耗的細項。透過應用各自國家電網的排放因子，我們發現比特幣網絡的加權平均碳強度為475gCO2eq/kWh。

花旗集團和CME利用區塊鏈技術提高運營效率:2017年12月15日，花旗集團和芝加哥商品交易所集團(CME Group)透露了區塊鏈啟動平臺的實施，以削減與后臺運營相關的成本，同時加快了利潤率的融資時間。它可以釋放數十億美元的抵押品，等待和解的銀行將被擱置一旁。[2017/12/17]

5、各區域的碳強度。

2018年比特幣公司Coinshares建議中國大部分采礦設施建立于四川省，因為可以使用廉價的水力發電來運作。針對這方案，有人可能會認為使用水力發電代表比特幣網絡的碳足跡相對較低，但事實證明這是一個相當危險的假設。

水力發電的產量并不穩定，特別是在四川，雨季的平均發電量是旱季的三倍。水力供電的不穩定漏洞通常會和以煤炭為基礎的其他類型電力補足。因此，四川省購電的碳排放系數在265至579gCO2/kWh之間，遠遠不及瑞典的碳排放13gCO2/kWh，瑞典的能源純粹以核能和水力即足夠。

其他考慮的因子：可再生能源是一種間歇性能源，但是比特幣礦工的能源需求是恒定的。比特幣挖礦機一旦開啟，直到它壞掉或無法獲利之前都不會關閉。因此，當可再生能源的產量較低時，比特幣礦工不僅增加了電網的基本負荷需求，還增加了對替代能源的需求。在最壞的情況下，比特幣礦工的存在可能會刺激建設新的燃煤發電廠或重啟現有的燃煤發電廠，這種影響將更加難以量化。

6、能源消耗BTCvsVISA

為了了解比特幣網絡消耗的能源，我們將其與另一個支付系統VISA進行比較。根據VISA的數據，該公司在全球范圍內的所有運營總計消耗了674，922兆焦耳的能源。這意味著VISA的能源需求大約等于17，000個美國家庭的能源需求。VISA在2017年處理了1112億筆交易。藉由這些數字，可以比較兩個網絡，并顯示比特幣每筆交易的能源消耗比VISA高得多，如下圖所示。

當然，這些數字并不完美，但仍能顯示比特幣交易與常規金融系統之非現金交易差距多數千倍的能量消耗。

7、替代方案

比特幣的工作量證明并不是唯一的共識算法。近年來，諸如權益證明之類的更加節能的算法正在開發中。在權益證明中，硬幣所有者創建區塊而不是礦工，因此不需要耗電的機器。所以與工作量證明相比，權益證明的能耗可忽略不計。比特幣如果切換到這種共識算法，就可以大大地提高可持續性，但這種算法唯一的缺點是存在許多不同版本的股權證明，而這些版本都還無法證明自己。就算尚未成熟，這些算法依舊為區塊鏈帶來了希望。

8、能源消耗的模型與主要假設

即使可以很容易地計算出整個網絡的Hash值，也無法說出這在能源消耗方面意味著什么，因為所有活動機器都去中心化，無法得知確切的能源消耗。過去，能源消耗估算通常包括以下假設：哪些機器仍處于活動狀態以及如何進行分配，才能算出perGigahash/sec消耗的特定瓦數。

實際對比特幣礦池的詳細檢查表明，這種方法肯定會低估網絡的能源消耗，因為它忽略了礦機效能、氣候和冷卻成本等相關要素，因此，能源消耗估算可能有很大的偏差，甚至忽略了所選參數的經濟影響。因此，比特幣能源消耗指數提出了解決問題的方法，并從經濟角度考慮了能源消耗。

以下的計算方式指數建立在礦工收入和成本相關的前提下。由于電力成本是持續成本的主要組成部分，因此，比特幣網絡的總電力消耗也必須與礦工收入相關。簡而言之，更高的采礦收入可以支持更多的耗能機器，下圖表中總結了比特幣能源消耗指數如何使用礦工收入得出能源消耗估算值：

比特幣礦工的收入和支出目前如下：

這邊要特別注意，使用不同的假設可能會得出不同的結論。該指數的目標不是完美的估計，而是產生經濟上可靠的日常估計，該估計比透過采礦機效率推算更為準確和可靠。

未來的預測

當然，比特幣能源消耗指數也是未來比特幣能源消耗的預測模型。該模型預測礦工最終將把其收入的60%用于電力。目前礦工們在電費的開銷持續增加，成本持續增加之下，采礦收入大幅度下降之后，可能會導致不再有新的礦機加入生產的情況，至于既有機器設備之投入將被視為沈沒成本，礦工將繼續使機器運轉，直到用電成本超過開采收入為止。

聲明：本文為區塊新看點-程偉整理及獨立觀點，區塊新看點-程偉無須對投資損益負責，投資人應審慎考量各種投資風險。編者在撰寫本文時，未購買任何數字貨幣資產。本文為區塊新看點-程偉，原創所著，請轉載時注明來源于“區塊新看點”！

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