作者：Dan Held
发布时间：2018年10月23日
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前言：PoW是浪费吗？如果它挖出的代币可以循环成千上万次，它还是浪费的吗？本文作者从底层分析提出，PoW是高效的。本文作者是Dan Held，来源于blog.picks.co，由蓝狐笔记社群“Leo”翻译。
大多数人认为比特币的PoW是浪费的。本文中，我会试图探讨一切都是关于能源；金钱是能源；能源消耗是主观的；PoW能源成本跟现有治理系统进行对比。本文的思想来自于很多人的汇集。我的价值在于聚合、提纯和汇总。
我还想说的是，我并不是说目前的PoW是完美的，也不是说它不会被优化的PoW/PoS所取代。
工作量就是能源
关于“工作量就是能源”的概念来源于法国数学家Gaspard-Gustave de Coriolis，他推出能源就是“完成工作”的想法。很久以前，在经济中完成工作的都是人。这项工作是由食物赋能的。
大约100万年前，人类偶然发现了火。结果是，人类获得了更多的能量，不仅通过食物，也通过取火来保暖。增加的能源消耗提高了人类的生活水平。
几千年前，当我们畜养动物时，我们的能源用量进一步增加。动物可以在我们的土地上劳作。这些新劳力也需要被喂养。需要产生更大量的食物来满足能源需求，随之带来的是更大的繁荣。
在过去的几百年，人类创建了机器。那些机械化的机器产生工作，一开始是通过风力和水力资源，之后是更便宜的资源如煤和天然气，现在是核资源。机器和自然力都是通过使用能源产生工作量。我们的经济体是基于工作量和能源，而不是金钱。
我们生活中的所有事物都跟能源价格密切相关。净化水需要能源。运输产品需要能源。制造产品需要能源。做饭需要能源。冰箱和冷柜需要能源。在自由市场，任何商品的成本很大程度上反映了生产它所消耗的能源。由于自由市场鼓励最低价格商品，生产商品所消耗的能源被最小化。货币，代表生产商品和服务的所需工作量，也可被视为存储能量。
2010年的世界GDP（来自于USDA）与世界能源消耗的对比（来自于BP 2014年世界能源统计评论）
在20世纪初期，工业领袖亨利▪福特和托马斯▪爱迪生曾对用“能源美元”或“能源货币单位”取代黄金或美元感兴趣。这个概念很受欢迎，因为它具有正确货币的属性，比如：明确定义的账户单位，容易衡量，不容易伪造，可分割为较小的单位，最后还可以替换（这些单位相当于其他单位）。然而，能源货币存在缺陷——它无法轻易传输或存储。
“为了让一个男人/女人贪恋某事，只需让它难以企及即可。”——马克▪吐温
回到2008年10月31日，中本聪发表了比特币白皮书。比特币的PoW最初发明出来是作为反垃圾邮件的措施。后来中本聪才让它用于数字现金的系统中。PoW挖矿基本上是使用专用的机器（ASIC）将电能转换为比特币（通过区块奖励）。机器重复执行哈希操作，直到它解决数学问题，并接收比特币奖励。
难题的解决证明了矿工已经以ASIC和电力形式消耗了能源，证明矿工投入了工作量。
比特币有一种资本主义式的投票机制，通过用于产生哈希（投票）的能源/ASIC，从而实现“风险资金，获得选票”。——Hugo Nguyen
当中本聪设计PoW，他从根本上改变了人与人之间达成共识的方式，从原来政治投票形成共识，到通过转化能源达成非政治的投票（哈希）共识。PoW是燃烧证明，或是能源燃烧的验证。
为什么这很重要？对于物理世界来验证数字世界的事情，这是最简单且公平的方式。PoW是关于物理的，而不是代码。比特币是超级商品，从能源挖矿而来，是宇宙的基本商品。PoW将电力转化为数字黄金。
只有当生产成本很高时，比特币的分类账本才是不可篡改的。PoW的“昂贵”是一个特性，而不是Bug。直到最近，保护事物的安全一般意味着构建厚实的物理围墙来保护有价值的东西。
加密货币的新世界是反直觉的、奇怪的——没有物理围墙来保护你的金钱，没有门用来进入你的金库。比特币的公众账本由集体哈希能力来保证安全——所有能源的总和用于建造围墙。通过这个透明且昂贵的设计，需要相当数量的能量才能将其拆除（不可篡改的成本）。
能源消耗
加密世界有一些“世界末日”文章，往往会提到：“加密灾难正在来临——比特币（PoW）非常糟糕，它将在2020年摧毁世界。” 这些文章很多都是基于Alex De Vries提供的分析结果。他是“金融经济学家和区块链专家”。
由于计算能源消耗量表现不佳，他估计也受到不少批评。但他选择的KPI存在有意误导：“每笔交易的耗电量”，原因如下：
l 能源消耗是按每区块计算，每个区块可以有不同的交易笔数。更多交易笔数并不意味着更多能耗。
l 比特币交易的经济密度总是在增加（批处理，隔离验证，闪电网络等）。随着比特币越来越变成一个结算网络，每个能源单位正在保护指数级增长的经济价值。
l 每笔交易的平均成本并不是衡量比特币PoW效率的适当指标。它应该根据经济历史的安全性来定义。能源消耗确保了比特币的存量，随着通货膨胀的下降，这个比例会随着时间的推移而下降。比特币“累积”了从创建以来开采所有区块相关的能量。研究者LaurentMT凭经验发现，随着时间的推移，比特币的PoW实际上越来越有效率：增加的成本被更高的总价值所抵消了，这些价值由系统保证安全。
现在我们知道什么是关于能耗ROI的正确KPI，让我们来看看比特币PoW能源成本趋势。ASIC效率提升的速度正在放缓。随着效率增长放缓，且由于利润率缩小，我们可以预测制造商的竞争会加剧。
https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf
https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQ
全部挖矿成本将从ASIC硬件的前期进入成本转为持续的运营能源成本。由于挖矿中心的地理位置对于比特币网络并不重要，它们可以移动，矿工涌向可以产生剩余电力的地区，以获得最低的边际成本。长期看，这有可能产生更有效的全球能源市场，比特币矿工可在全球挖矿中心之间进行电力的套利。
比特币挖矿成本变成最低电力价值。这可以解决可再生能源的问题，该可再生能源具有可预测的产量，否则会被浪费，例如水力和燃烧的甲烷。未来，比特币挖矿可以帮助可变产出的可再生能源——能源生产商可以插入矿工，并将多余的能源存储为比特币。
铝是从一个拥有丰富可再生能源国家“出口”电力的一种流行方式（如冰岛）。冶炼铝土矿（又名铝矿石）有巨量的能源需求，将它转化为铝是一种单向功能（就像哈希）。
近40年前，1979年（包括中心化的担忧），对铝的“不公平”能源消耗存在同样的担忧。所有这些公司持续寻求更廉价的电力和其他特许经营权。随着铝制产业在几十年内逐渐成熟，每公斤铝生产的kWh变得更加高效。
https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdf
“这个全球能源网络解放了搁浅的资产，并使得新的资产变得可行。想象一下，世界的3D地形图，它有更低的廉价能源热点，更高的昂贵能源。我想比特币挖矿类似于一杯水倒在表面上，沉淀在角落或缝隙中，并使其平滑。”——Nic Carter
比特币的Pow是所有电力的最后买家。它创建了一个基础，可以激励围绕不同的能源建设新的能源工厂，否则它们不会被开发利用。
“PoW能源的使用什么时候会停止增长？精确地说，当有足够多的能源生产商开始直接进行PoW时，通过PoW燃烧1千瓦时能源的边际收益=卖出该1千瓦时能源的边际收益”——也就是PoW 的“溢价”降至为零。我将这种均衡称为“Nakamoto点”。我预计当达到这种均衡时，PoW将使用全球1-10%的能量。”——Dhruv Bansal
一些人抱怨比特币挖矿并不寻求解决“任何有用”的问题，比如寻找素数之类的。虽然为工作量引入二级奖励，似乎是个很赞的想法，但它实际上也带来了安全风险。
拆分奖励可能会导致“做辅助功能比执行主要功能更有价值。” 即使辅助功能是无害的（加热器），而不是预期的每X哈希100美元。“挖矿加热器”只是另外一个硬件效率的增加，导致更高的难度和增加更多能量等。很幸运的是，比特币永远不会有这个问题，因为它的安全性是由其工作量证明算法的纯度来保证的。
注意：比特币已经为社会做了非常有用的事情（如果不是，挖矿就不会有利可图），要求矿工在没有激励的情况下无私执行功能是不合理的。
相对成本
一切都需要能源，这是热动力学第一定律。声称这个方面使用能源比其他方面使用能源或多或少是浪费，这是完全主观的想法，因为所有人使用电力都支付了同样的市场利率。
“如果人们发现电力值得支付，电力就不会被浪费。他们花费这些电力会获得比特币的回报。”——Saifedean Ammous
在热力学中，宇宙是最终的封闭系统。比特币所消耗的电量比现有法币系统要少，法币系统需要银行基础设施支撑，还需要军队和政治机器支持。利用这种电力来确保金融系统骨干安全的能量权衡是“纯积极”的结果。下面是对现有金融、军事和政治体系对粗略比较。
I型文明
为了寻找廉价能源的来源，我们将在现实世界中释放更大的经济资源。比特币，通过利用这些新的或不同的能源来源，不仅推动我们进入Kardeshev I型经济，还可能引领我们更接近Kardeshev I型能源文明（我们大约处在Kardashev规模的0.72）。
比特币挖矿作为激励，我们也许可以把走向 T1的时间从200年压缩到几十年。在达到I型状态后，不需要限制能源消耗的增长，这会提高每个人的生活水平。
寻找廉价电力来源的压力会加速建造核聚变反应堆的努力。大自然正在显示它的力量和方法，它通过核聚变为整个宇宙提供动力。通过建造聚变反应堆，人类正在模仿自然的过程中。据估计，它将在未来数十年耗费800亿美元的研究才能实现最终完全掌握核聚变。
核聚变的燃料（主要是氘）在地球的海洋上存量丰富，有可能为未来数百万年的世界能源需求提供资源。核聚变能源具有可再生能源的许多好处，例如长期能源供应，不排放温室气体或污染空气。
核聚变可以提供非常高的发电密度和不间断的电力输送。另一方面，生产成本不会受到规模不经济的影响。比如，在最佳位置开发完后，水力和风力能源成本会上升，更多的发电机只能位于不太理想的位置下。利用核聚变能源，即使建造了大量的站点，生产成本也不会增加太多，因为海水这种原始资源存量丰富。
“水、水、无处不在，但没有任何一滴可以饮用。”——Samuel Taylor Cleridge。
核聚变能源和其他廉价能源资源将为人类解决淡水短缺等问题。我们被海水包围，但从海水中进行淡化水处理需要大量能源。海水淡化的成本目前高于淡水、地下水、循环水以及节约用水。
人类的意志是探索。上山、下海、进入原子的核心再到时空结构。人类要成长，不能受制于能量限制。我们将抵达遥远的星空。
每年的高达1.34万亿美元的无须信任的结算，是否值得花45亿美元的挖矿成本？我认为答案是不言而喻的。
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