从头考虑比特币 PoW 机制:它真的糟蹋动力吗?

2021年8月3日 Off By admin

从头考虑比特币 PoW 机制:它真的糟蹋动力吗?

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一个每年能结算 1.38 万亿美元的付出体系,花费 45 亿美元在挖矿上,不值得吗?

原文标题:《观念 | PoW 有功率》
撰文:Dan Held
翻译:阿剑

许多人都以为比特币的工作量证明机制(PoW) 「糟蹋电力」。我深思着跟咱们解释一下:其实全部都是能量,钱银也是能量,对能量的点评是片面的,最终,PoW 的能量耗费比之现有的控制体系怎么。这篇文章稠浊了圈内许多人的原创思维 —— 我所做的不过是会聚、提炼和组合这些说法 。

工作量(Work)即能量

「功(work)」 被当成能量的单位,要从法国数学家 Gaspard-Gustave de Coriolis 说起:他将能量界说为 「所做的功(work done)」。

很久曾经,经济活动中所做的功彻底来自人力,而这些能量都来自食物。

大约 100 万年前,人类偶尔学会了运用火。成果,人类能够唆使的能量就变多了,由于咱们不只能够靠吃东西来保持温度,还能从烤火中取暖。所以,这种额定的能量耗费进步了咱们的日子水平。

几千年前,咱们的能量耗费进一步进步,由于咱们开端畜养牲畜。动物能够替代人力,条件是这些劳动力也有必要有吃的。咱们需求很多的食物来满意这种能量上的需求,但咱们的日子也随之愈加昌盛。

在曩昔的几百年里,咱们发明出了大型机械,这些机械自身能够做功。一开端,动力来自水流、风力,后来变成了更廉价的东西比方煤炭和天然气,现在则是核能(核聚变 / 核裂变)。不论是机械仍是生物,都是靠耗费动力来做功的。

咱们的经济日子,也不是建立在钱银之上,而是建立在功和能量之上的。咱们日子中的全部,都与动力的价格密切相关。净化水需求能量;运送货品也需求能量;制作产品需求能量;烹饪也不过如是;连冰箱和冰柜,都需求能量。在自在商场上,每一种产品的单位本钱,都反映了制作单位该种产品所需耗费的能量。由于自在商场鼓舞人们产出物美价廉的产品,所以每一种产品在出产制作中的动力耗费都是最小化的。钱银是出产产品和服务所需求的功的代表,因而也能够以为是存储起来的能量。

观念 | PoW 有功率

在 20 世纪上半叶,工业首领如亨利·福特(Henry Ford)和托马斯·爱迪生(Thomas Edison)都有志于运用 「能量元」 或 「能量单位」(产品钱银 / 能量钱银)来替代黄金和美元。其时这个概念很盛行,由于它们也具有健全钱银的一些特色,包含:能够精确界说出计算单位、易于衡量 / 难以假造、可切割成更小的单位以及同质性(也便是每一单位都与另一单位没有差异)。不过,能量钱银也是有缺陷的:难以搬运、难以存储。

「要让男人女人们垂涎某个东西,只需让那个东西难以取得。」

—— 马克·吐温

时刻快进到 2008 年 10 月 31 日,中本聪揭露宣布了比特币白皮书。比特币所用的工作量证明(译者注:按上文,也能够翻为 「做功证明」)的发明初衷是作为抵挡邮件进犯的手法。仅仅后来中本聪把它用到了数字钱银中。PoW 挖矿,一言以蔽之,便是运用专门的机器(如 ASIC)将电能(经由区块奖赏)转化为比特币。机器会重复履行哈希运算(既是猜想也是投票),直处处理一个密码学难题并收到比特币(区块奖赏)。这个密码学难题的证明晰该矿工花费了许多能量(方式是 ASIC 以及电力),证明矿工做了功。比特币有一个相似本钱主义的投票机制,「以真金白银承当危险,来取得投票权」,耗费能量、运用 ASIC 才干出产哈希值(选票)。—— Hugo Nguyen

在中本聪规划 PoW 时,他是在根本上改动人类一致的构成机制,把政治投票转成无关政治的投票(哈希值),靠的便是动力的转化。做功证明也是耗费证明,或许说对能量已被耗费的验证。那它重要在哪?在于,这是在数字国际里验证物理国际事物的最简略也最公平的方法。PoW 跟物理有关,跟代码无关。比特币是一种超级产品,是靠能量铸造出来的,是整个国际的根底产品。PoW 把电能熔铸为数字黄金。

当且仅当比特币的账本是难以制作的,它 才是 / 便是 不行篡改的。做功证明 「十分贵重」,这没错,但这是一种特性,而非一个缺陷。直到今日中止,「捍卫」 一词依旧意味着造一堵厚厚的物理围墙把那个有价值的东西围起来。密码学钱银的新国际不那么直观,没有摸得到的围墙来维护咱们的钱,也没有门和门锁。比特币的揭露账本是靠着其集结起来的哈希算力,也便是它花在造墙上的总能量,来维护的。这一规划贵重又通明,意味着若要撤除这堵墙,就要付出相同多的能量(无可假造的奢侈糟蹋)。

译者注:这样说其实是不谨慎的。撤除 PoW 的围墙只需付出相同多的哈希次数,纷歧定要付出相同多的能量,由于机器的运算功率(单位能量投入所发生的哈希次数)会越来越高。

动力耗费

密码学钱银的批判者总是说:比特币的 PoW 是废物,要不了几年(比方 2020),国际就会被比特币销毁!你或许也留意到了,大部分宣传 「国际末日」 的文章都根据 Alex De Vries 的一个剖析。此人是一位 「金融经济学家和区块链专家」,供职于普华永道荷兰公司,是 Digiconomist 网站的作者。他的预估现已遭到了许多公平的批判,要害正在于其糟糕的动力耗费计算公式。他所挑选的要害目标 「单笔买卖的均匀电力耗费量」 也是有意误导读者的,原因如下:

动力耗费是以区块数为单位的,而一个区块内有多少笔买卖是不确定的。打包更多买卖并不意味着需求耗费更多能量

单笔比特币买卖的经济密度(economic density,或可译为 「经济价值」)也在不断进步(有批处理买卖、Segwit 技能、闪电网络,等等)。由于比特币日益成为一个结算网络,每一单位的能量所维护的经济价值也在成倍添加

单笔买卖的均匀能量耗费不足以衡量比特币的 PoW 机制的功率,应该根据经济前史的安全性来界说。动力耗费维护了现已挖出的比特币,而跟着通胀率的下降,这个份额会越来越低(译者注:不确定此处的 「份额」 指的是什么,假如说是已挖出的比特币数量与其理论最大数量的比值,应该是不断进步的)。一枚比特币 「累积」 了一切区块在挖出时所花费的能量。一位研讨员 LaurentMT 经过实证研讨证明:比特币的 PoW 会变得越来越高效,由于添加的本钱会被体系所维护的总价值的更大添加抵消。

现在咱们知道了动力耗费的 ROI (出资报答率)的正确 KPI 应该是什么。咱们来看看比特币的 PoW 的动力本钱的变化趋势。

ASIC 功率的添加幅度在放缓。由于功率添加缓慢,咱们根据制作商之间的竞赛会变得更剧烈,由于赢利在削减。

观念 | PoW 有功率UCSD.edu

观念 | PoW 有功率bloomberg.com

挖矿的总本钱将继续从 ASIC 设备的前期取得本钱(本钱开销)转向继续付出的动力开销(运营本钱)。由于挖矿中心的物理方位对比特币网络来说无关紧要(矿场是能够迁徙的),矿工会迁移到能够以最低的边沿本钱出产额定电力的区域。从长时刻来看,这有或许会发明出更高效的国际动力商场,由于比特币矿工会在全球范围内做电力价格的套利。比特币的挖矿的本钱会变成超量电力的最低价值。这也有望处理可再生动力(比方氢能和沼气)的一个问题:功率是可猜测的,并且假如不当即运用就会糟蹋掉。在未来,比特币挖矿能够协助可变输出功率的可再生动力 —— 能量制作商能够按需打开矿机,将额定的功率转化为比特币。

铝在曾经也是有具有充裕可再生动力的国家(比方冰岛) 「出口」 电力的常用手法。锻炼铝土矿(bauxite,也便是铝矿石)需求耗费巨大的能量,并且这种转化是单向的(是不是跟哈希函数很像?)。环绕着铝的 「失常的」 动力耗费,相同的忧虑现已继续有 40 年了,从 1979 年就开端了(也包含对中心化的忧虑)。但一切此类企业都在这颗星球上不断寻觅廉价的动力和优惠政策。由于铝制作业现已开展了几十年了,所以每千克铝所耗费的电力度数也在不断下降。

观念 | PoW 有功率energy.gov

「这张全球的动力网络解放了搁置的财物,并使新的财物得以呈现。幻想一张 3D 打印的国际地图,其间动力价格较低的当地地形就低,而动力贵重的当地地形就高。在我看来,比特币挖矿就像是把一杯水倒在这张地图外表,水会在低谷和缝隙间流动,直到遍地成一水平。」

—— Nic Carter

比特币是一切电力的最终买家,这会发明一个渠道,鼓励咱们环绕未被运用起来的动力开发新的运用计划;这些动力,倘无比特币,自身就不会被开发。

「什么时候,用于出产 PoW 的能量不会再添加呢?精确来说,那便是有足够多的能量制作商开端直接出产 PoW,而运转 PoW 的每度电的边沿报答 = 向电网出售一度电的边沿收益时 —— 也便是 PoW 的 ‘溢价’ 降到 0。我把这个均衡点称为 ‘中本聪’ 点。我估量,当 PoW 的电力耗费占到全国际的 1~10% 时,这个均衡点就会到来。」

—— Dhruv Bansal

一些人诉苦比特币挖矿就没 「干点有用的事」,比方寻觅质数。尽管给做功的人参加非有必要奖赏项目听起来是个好主意,但却引入了一种安全危险。把奖赏切割开来或许导致一种状况,便是 「为非有必要功用做功比为主要功用做工可得到更大的价值」(Dergigi)。即便非有必要功用是无害的(比方发热),每 X 次哈希运算预期不只能得到 100 美元,还能得到额定的 5 美元(由于你供给了热量),这一 「挖矿暖炉」 也不过是进步了硬件功率,导致出块难度的进步和单位区块所用动力的进步。好在,比特币永久不会遇到这个问题,由于其安全性是由朴实的工作量证明算法来维护的。

留意:比特币现已在给这个社会供给十分有用的东西了(假如没有,那挖矿也不会赚到钱),而要求矿工彻底出于利他心去挖矿,也是不理性的。

相对本钱

不论干什么,都要耗费能量(热力学第一定律)。你要说能量的某种用处更多或更少糟蹋,这彻底是自以为是,由于一切用户都要付出相同的价格才干运用电力。

「只需人们发现了值得付出电价的用处,电力就不算是糟蹋。那些付出电力的人取得了比特币作为报答。」 —— Saifedean Ammous

从热力学来看,整个国际是个终极的封闭体系。比特币形成的额定电力耗费比现有的法币体系耗费的要少得多;法币体系不只需求银行根底设施,还需求暴力和政治机器。而运用电力来维护金融体系的骨架是一个 「正和」 的成果。在下面,我粗略地比较了现有的金融、戎行和政治体系(注释在文章底部)。

图表的创意来自 @hassmccook 和他的原创文章:「Economic and Environmental Costs of Bitcoin Mining」。

观念 | PoW 有功率

I 型文明

在追逐廉价动力的路上,咱们将为国际发明更大的充足。比特币,经过运用这些新的、彻底不同的动力,不只能把咱们带到 Kardeshev I 型经济阶段,甚至能让咱们更挨近 Kardeshev I 型动力文明(咱们现已完成了约 0.72 的 Kardeshev 指数)(译者注:Kardeshev 是一位前苏联的天文学家,提出以文明能够运用的动力量级来点评其先进程度。I 型文明能够运用地点故土行星的一切可用能量。)有了比特币挖矿作为鼓励,咱们完成 I 型文明所需的时刻或许从 200 年缩短到几十年。而一旦抵达了 I 阶段,就更不需求捆绑动力耗费的添加了,每个人都能享遭到更高的日子水平。

观念 | PoW 有功率

寻觅廉价电力的压力会推进人们制作核聚变反应堆。大天然为咱们指明晰方向,行星正是以恒星的核聚变为能量来历。人类现已走在制作核聚变反应堆来仿照天然的路上,估计还需求投入几十年、800 亿美元的研讨经费,才干解锁核聚变科技。而核聚变的燃料(主要是氘)在大海中处处可得,能够满意地球的动力需求达几百万年。核聚变具有可再生动力的许多特色,比方能够作为长时刻的动力供应,并且不会形成温室效应和空气污染。核聚变能够供给十分高的发电密度和不间断的电力传输。另一方面,核聚变的出产本钱也不会遭到规划不经济的限制。水力和风能都会由于最佳的方位被开发而有必要逐渐铺设到不那么抱负的环境中去。但即便很多制作聚变站,出产本钱也不会添加太多,由于原材料(海水)十分充足并且处处都有。

「水啊水,满是水,但是没有一滴能喝。」

—— Samuel Taylor Coleridge

核能和其它廉价动力会处理许多人道主义问题比方洁清水的缺少。咱们周围都是海水,但淡化海水需求付出巨额的能量。淡化海水的本钱现在高于运用淡水、地下水、水循环和节水技能。

人类不会中止探究,上至高山,下至海底,微小至原子,广博至时空;要生长,不要被能量捆绑。咱们要摘星揽月。

一个每年能结算 1.38 万亿美元付出额的体系,还能给咱们一切人带来更廉价的动力,莫非还不值得咱们在挖矿上花费 45 亿美元吗?我以为答案是必定的。

来历链接:www.danheld.com

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