2020年，比特币开采的电力消耗将与美国相当

美国科技网站vice本周表示，由于各种原因，比特币网络的能耗正在日益增加。在最不乐观的情况下，到2020年，比特币网络的功耗将达到丹麦全国的水平。目前，我们应该采取措施来解决这个问题

全文如下：

Christopher Malmo最近在vice上写道，比特币的发展不利于环境保护。这是因为比特币消耗了惊人的能量。根据马尔默的计算，比特币交易所需的电量相当于六个美国家庭一天的用电量，而且这个数字还在继续增长。“在未来几十年，如果比特币被用作主要货币，将导致不必要的电力消耗增长，并加剧人为气候变化，”他说

我的研究也不乐观。根据我的计算，如果比特币网络像最近一样继续扩张，2020年丹麦的电力消耗将从一个小型发电厂的输出容量增加到整个国家的电力消耗

那么，是什么决定了比特币网络的能耗呢

从基本角度来看挖矿机耗电量大不大，比特币交易是由一个分散的系统进行验证和处理的。这些系统通常使用专用硬件进行哈希运算，并根据复杂的数学算法进行求解，以获得新的比特币和交易费用

这种比特币矿工网络确保了系统安全，但也消耗了大量能源。根据我的计算，目前的能源消耗约为350MW挖矿机耗电量大不大，相当于28万美国家庭的电力需求

采煤机的节能

首先，我们需要关注当前使用的采矿机的性能（以“哈希率”衡量，即每秒哈希操作的数量）和硬件能效（以每个哈希操作消耗的热量衡量）

目前，比特币挖掘机网络的计算能力超过每秒800亿次哈希运算。目前，较新的比特币矿工的重量超过12千克，而每秒完成10亿次哈希操作的设备的重量为15克，因此当前比特币矿工的总重量超过1万公吨。这些材料足以建造另一座埃菲尔铁塔

在比特币出现的早期，笔记本电脑和台式机也可以用于采矿。然而，由于比特币的设计机制，挖掘变得越来越困难。采矿机开始升级到图形卡，然后升级到更复杂的硬件。目前的“终极”设备是一种特殊的比特币挖掘芯片，由ASIC（专用集成电路）技术制造。这种ASIC芯片已经出现三年了，这使得设备更小，效率更高

我们可以看到这种ASIC矿工的效率提高了。除去从未正式向用户发布的挖掘机器和早期效率低下的挖掘机器，我列出了53种不同的比特币挖掘机器，并根据最初的发布日期绘制了它们的效率趋势。如下图所示

随后，我排除了USB miner。因为虽然效率很高，但与其他类型的挖掘机器相比，每个哈希操作的价格也很高，因此此类挖掘机器在比特币网络中的比例不会太大

根据剩下的46台采矿机来分析未来的趋势，我们可以得出乐观假设和悲观假设

悲观假设基于所有ASIC采矿机的平均值。在这个假设中，虽然采矿机的能源效率正在提高，但每次哈希操作的功耗仍然高于乐观假设中的功耗。乐观的假设是，基于市场上最节能的设备，我们可以看到每次哈希操作的电力需求呈指数下降，这将带来更好的长期能源效率

虽然这些曲线可以帮助我们了解未来的趋势，但这些数据基于最新的挖掘硬件，因此它们并不代表当前比特币网络的能效水平。在当前的网络中仍然有很多较旧的硬件。为了确定当前网络的实际能效，我假设比特币网络哈希能力的增长完全来自每月新安装的比特币采矿机，并对3到5年的情况进行加权平均，从而得出在乐观和悲观假设下网络中现有比特币挖掘机的整体效率。下图显示了使用新硬件和实际硬件时每个哈希操作功耗的长期趋势

显然，芯片制造商和硬件制造商的技术进步将确保未来比特币采矿机的能效比当前的高出三倍

然而，比特币矿业公司的能源效率只是问题的一部分。问题的另一部分是比特币的使用是否会增加？比特币网络整体哈希计算能力的提高会抵消采矿机能效的提高吗？能源消耗总量会继续上升吗

流行比特币

为了找到问题的答案，我查看了信息网站提供的区块链月度哈希力数据。自2013年1月第一家ASIC miner投入使用以来，比特币网络哈希计算能力的月增长率达到了惊人的37%。如果目前保持这种增长，到2016年底，比特币网络所需的电力将超过当前的全球发电量

这与实际情况不符。比特币价格在2013年大幅上涨，在2013年底和2014年初两次达到1000美元。这次价格上涨是由于不正常的投机行为，因此根据这些数据预测哈希计算能力的未来增长是不准确的。我们需要更现实的期望

在下图中，哈希计算能力的快速增长发生在ASIC采矿机普及之初，而最近的增长率有所下降

基于目前每秒800亿次哈希运算，我假设有两个增长率。第一个假设相对乐观，即分析12个月内的平均网络性能增长率，找出自ASIC挖掘引擎诞生以来的最低增长率。这相当于每月5%的增长率

另一个假设相对悲观（从环境保护而非网络安全的角度），也就是说，上述12个月中的前三个月和最后三个月也包括在内。这相当于每月12%的增长率

显然，这种增长率是非常不确定的，而且总是与比特币的价格有关：只要它能带来利润，采矿机的计算能力就会一直增加。然而，比特币的价格也非常不稳定。因此，以一段时间内的平均增长率作为参考是相对合理的

整体收入

可能影响比特币网络哈希计算能力增长的另外两个因素是比特币块的大小，预计今年夏天比特币块的收入将减半。关于区块大小的讨论仍在继续，结论仍然未知。区块收入的下降是由于比特币的设计。因此，比特币交易费用将逐渐成为采矿的主要驱动力。这可能会对能源消耗产生严重影响

然而，区块收入的下降对整体哈希计算能力的长期影响仍不得而知。一些人认为，区块收入的下降将影响比特币矿商的采矿热情。由于电力消耗可能超过采矿收入，采矿将成为一项亏损活动，甚至会导致采矿活动大幅减少

与此同时，一些人认为，区块收入的下降将导致比特币的稀缺性，导致比特币价格的快速上涨。这可能会导致比特币网络的哈希功能再次急剧提升。仍然很难判断哪种情况更有可能成为现实。乐观的估计是，在区块恢复到一半后的六个月内，散列能力将停止增长并稳定下来，而悲观的估计是，散列能力将继续以历史水平增长

两种可能的情况

基于比特币网络能耗的乐观和悲观假设，我们可以得出比特币网络未来发展的两种可能情景。那么，到2020年1月，这将对环境产生什么影响？下表总结了主要假设，并计算了不同场景下比特币网络的能耗

结果表明，在乐观假设下，比特币网络的功耗增长不会太惊人，但将从目前的350MW上升到417MW左右，仍在小电站的功率输出范围内。如果情况失控，到2020年比特币网络的能耗将达到140亿瓦，相当于丹麦这样的小国的总能耗

以上不是一个严肃的分析，这些数据也有很大的不确定性。然而，结论是非常重要的：如果比特币挖掘机网络继续以过去的方式扩张，效率的提高