在比特币区块链的这些早期阶段,第二章里描述的工作量证明机制对创建人们的信任是非常重要的。在很多年后,我们回过头来看, 应该会明白这种机制的精妙之处,它解决了铸币和分配新比特币的问题,还有分配身份和防止双重支付的问题。这真是很卓越的,但根据一些对使用了工作量证明去维护网络安全和匿名性的加密货币的批评意见,这样的能源消耗是不可持续的。

 

用SHA-256算法对等待中的交易进行哈希运算和校验的过程需要消耗很多的电力。区块链生态系统中的一些人对此的保守计算正成为社区里的流行话题。据估计,比特币的网络的能源耗费足以跟美国700个普通家庭的电力消耗量或者整个塞浦路斯岛消耗的电量相提并论。这超过了44.09亿千瓦时, 对应着很多的碳排放量,而这样的设计是刻意的。这是维护网络安全和保持节点可信性的手段。

 

在2015年早期,《新共和》杂志的报道表明比特币网络的总处理能力是世界上排名前500台的超级计算机累计处理能力的几百倍。“处理和保护超过30亿美元价值的流通中的比特币每年需要耗费超过1亿美元的电费,也会产生相应的碳排放量。”这篇文章的作者内森·施奈德写了一段让我们至今仍记忆犹新的话:“所有的这些计算能力,本来可以用于治疗癌症或探索宇宙,现在正被锁定在机器里面,除了处理比特币类型的交易外,什么都不做”

 

作为在乎我们所处的这个星球的公民,我们都应该重视这个问题。这里面有两个方面的细节,第一是关于运行机器所用的电费,第二是为这些机器提供的冷却装置(使得机器不因高温而损坏)所需的电费。这里是一个经验法则:计算机每消耗1美元的电费,它就需要50美分的电费让它冷却下来。 加利福尼亚州突发的旱灾引起了关于是否应该将宝贵的水用于数据中心和比特币挖矿工厂的冷却系统的认真讨论。

 

随着比特币的价值提升,挖出新的比特币的竞争也随之加剧;随着更多的计算能力投入到挖矿中,矿工需要解决的计算难题又会变得更困难。比特币网络的总计算能力是以哈希速率(hashrate)计量的。加文·安德烈森解释道:“假设在将来每个区块可以包含几百万笔交易,每一笔交易平均要付出1美元的交易费。这样,矿工们在每个区块总共能得到几百万美元的回报,而他们花费比这更少的电费去完成这项工作。这就是工作量证明的经济学的运作方式。比特币的价格及一个区块可以得到的奖励决定着全网的总算力。” 在过去两年间,比特币网络的总算力一直在显著增加,一年内翻了近45倍。而这个趋势也会带来更多的能源消耗。

 

“没有中心化权力机构的代价就是能源的耗费”,一个工业级无线传感器网络公司Filament的首席执行官埃里克·詹宁斯说道。能源的耗费就是这样的了,它可以与维护法币体系的成本相对比。“任何形式的货币都与能源有着一定的关系”,Bitpay的斯蒂芬·佩尔说道。他重新使用了黄金的比喻。“在地球上黄金是非常罕有的,因为形成黄金需要很多的能源。”黄金的高价值来源于其物理属性,而这些属性是源自于能源。斯蒂芬·佩尔认真地表示人造黄金需要使用核聚变所产生的能源。

 

从一个角度来看,这些消耗的电力是有意义的。数字货币兑换服务商ShapeShift的创始人埃里克·沃里斯认为那些将花费在比特币挖矿的能源称为一种浪费行为的批评是不公平的。“这些电力是为了一个原因而消耗的,它提供了一种真实的服务,那就是维护这些支付的安全性。”他呼吁批评家们将这些花费的能源与当前的金融体系所消耗的能源相对比。可以联想一下那些大型的金库,那些配置了宏伟的希腊式建筑元素的地堡式架构,中央空调系统将冷风吹到光明的大堂, 每一个街角都有互相竞争的机构分支,以及途中的自动提款机等。“下次你看到一台Brinks的运钞车时,可以将其与比特币挖矿所消耗的电力对比。哪个模式消耗的能源更多还是未知之数”,埃里克·沃里斯说道。

 

第二个与能源相关的问题是计算机的自身架构。为了实现与传统系统的反向兼容性,你的笔记本电脑或台式电脑应该是一种复杂指令计算机(CISC),它可以运行范围很广的数学应用程序,而这些程序是普通人永远不会用到的。当工程师们意识到了他们给市场提供了功能过于强大的产品时,他们就创建了精简指令集计算机(RISC)。你的移动设备应该是一个升级版的RISC机器。矿工们后来意识到他们也可以使用自己的图像处理单元去增加处理速度。由于现代的图像处理单元(GPU)在每一个芯片上有几千个计算内核,它们特别适用于那些可以并行处理的计算任务,如比特币挖矿中的哈希运算。这样的做法有得有失,而且对机器能源消耗量的估算就变得有点复杂了,不过在大部分情况下图像处理单元可以完成任务。

 

“如果我可以设计一台速度超快的RISC计算机,让它可以大规模地用并行化的方式同时处理海量的代码,并只需要很少电量(或无须电量),这样我就可以凭空赚钱了”唐塔普斯科特担任首席信息官的兄弟鲍勃·塔普斯科特(Bob Tapscott)说道。这就是比特币矿机公司BitFury所做的事:使用专门为比特币设计的节能及高效的专用集成电路(ASICs)去打造一个高度并行化的比特币相关计算专用机器。它的创始人和首席执行官瓦列里·瓦维洛夫认为机器和挖矿运作总体上会继续达到更节能的目标并对环境友好。若要实现这个目标, 其中的一些任务依赖于将机器搬迁到有廉价能源(如果是水力和地热这样的可再生型能源就更好了)的气候寒冷区域,这样自然条件就能解决机器冷却的问题,或生产商可以寻找一个高效地利用热量的方 法。例如,BitFury有两个数据中心,一个位于冰岛,另一个位于格鲁吉亚,还正计划在北美创建额外的数据中心。另外,它还收购了香港的一个专注于水冷技术的初创企业Allied Control通过这些途径,BitFury正致力于降低比特币基础设施对生态系统所带来的冲击。

 

不过,即使这些方面的尝试能够降低挖矿所带来的碳排放量,这些持续需要升级的设备的消耗量和废弃量也增长得很快。专业矿工们必需持续地升级系统并对系统进行专业化定制。大部分的挖矿设备的有效使用周期是3~6个月。 鲍勃·塔普斯科特将BirFury这类企业比作大淘金热时加拿大育空地区的一些商店主:他们通过向矿工们售卖更好的铲子而赚钱。我们找到了一个矿工对其CointerraTerraMiner IV ASIC芯片的比特币矿机的描述,称这个设备的电力消耗量太大了,他家里的电气系统完全没法承担。“我现在想卖出三个矿机,因为我的房子很旧了,电线也不合规格。我不想出现火灾。”设备的起拍价是5000美元。像澳大利亚MRI这样的供应商正尝试一些进行回收的新方法,首先它会将这些计算元件拆解而不是简单地将它们打 碎,然后根据不同的元件进行废物处理。这样的创新方法让它们可以回收贵金属并对占产品重量98%以上的元件重新使用。不幸的是, 对大部分消费者来说这项硬件回收的服务并非到处都能享受到的。

 

对比特币的核心开发者而言,上面的担忧是合理的,而且值得去解决:“如果比特币真的成了一个全球化团队组成的网络,我想我们将需要慢慢地改变将工作量证明作为维护网络安全的唯一手段的做法”,加文·安德烈森说道,“在长期,我们将会改变一味地依赖工作量证明去维护网络的做法,而且我们将会将它与其他方式结合起

 

这些其他的一些替代性区块链项目所做的事情:在保持去中心化的情况,探索将权益证明(proof-of-stake)这类的替代性共识算法用于维护网络安全的可行性。比特币协议的开源特性让这些工作更容易实现。要记住,共识算法意义是将区块链状态的决定权分布在一个去中心化的用户群体中。对以太坊背后的有远见者维塔利克·布特因而言,区块链上只有三类用户的群体是可以安全地实现去中心化的,而每一类用户都对应一类共识算法:运算能力的所有者对应标准的工作量证明算法;股东对应着钱包软件里的各种权益证明算法;而社交网络中的成员对应着“联盟式”的共识算法。需要注意的是,这些共识机制中只有一种是带有“运算能力”这个名词的。以太坊2.0将会创建在一个权益证明的模式之上,而瑞波是创建在联盟的模式之上——一个像SWIFT(全球安全金融信息的服务商)那样的小规模受控组织, 经过授权的各个小组就区块链的状态达成共识。

 

这些系统不会像比特币区块链那样消耗大量的电力。Tor的创始人布拉姆·科恩介绍了第四种解决能源浪费问题的方案,他称之为“磁盘证明”,在这种机制中,磁盘空间的所有者就,即那些贡献了很多计算机存储空间去维护网络并执行网络功能的人,可以决定用户的经济参数。针对这些工作量证明的替代方案,Blockstream的创始人对使用另类途径达成共识的方案提出了警示。“在工作量证明算法上做实验是很危险的,这是计算机科学的一个全新领域。”这给创新的工作增加了一个额外的维度:开发者们不仅需要考虑区块链的新特性和功能,还要考察哪种共识算法能够让区块链保持安全、分布性,以达到最佳的经济设定。

 

总的来说,“有志者事竟成”这句话是适用的。全球最聪明的技术专家们正在寻求解决能源耗费问题的创新方案,探索更高效的设备和可再生能源的使用。还有,随着计算机的智能程度越来越高,它们无疑能够提供自己的解决方案。罗杰·维尔认为,“假如最聪明的人智商IQ值能够到达200,想象一下人工智能的IQ可以达到250、500、5000甚至是500万。如果我们人类需要解决方案,总是会有的。”