從比特幣碳足跡,同類技術以及向可再生能源過渡的潛力三個方面分析比特幣能源消耗問題。

原文標題:《Pantera Capital 合夥人 | 比特幣不是敵人,馬斯克耗能觀點值得商榷》
撰文:Paul Veradittakit
翻譯: Moni

上世紀末,互聯網經濟開始騰飛。但在 1999 年 5 月 31 日,《福布斯》發表了 一篇文章,聲稱「有理由預計在未來十年內,一半的電網將爲數字互聯網經濟提供動力」,這篇文章還指責互聯網(尤其是硬件公司)消耗了大量化石燃料,並使世界處於「危險的能源使用軌跡」之上。

2000 年,加州能源危機爆發後又引發了全美範圍有關能源使用問題的討論,這種說法也逐漸成爲主流,數十家知名媒體引用了 Mills 空氣質量報告,聲稱互聯網正在逐步吞噬能源供應。摩根大通、美國銀行和德意志銀行的內部報告也引用了相關數字,結果很快便導致人們對此問題的爭論,最終,對於這種挑釁性的主張,社會上達成了一個令人震驚的共識,互聯網會影響環境!

有問題嗎?顯然有問題!因爲這些預測是錯誤的。 Mills 報告的計算充滿了錯誤,根據後來 估計,他們計算的互聯網能耗使用數據至少高了八分之一。在《福布斯》文章發表二十年後的今天,數據清楚地表明,錯誤的預測會給新興行業帶來厄運和陰霾。就算我們把數據拉到極限,預測顯示到 2025 年互聯網公司的能耗僅佔全球能源消耗的 20%,而且許多科技巨頭都已完全過渡到可再生能源。

Pantera Capital 合夥人:比特幣能耗並不存在「浪費」問題上圖資料來源:《福布斯》

換句話說,儘管對互聯網的早期能源預測令人髮指,並且輸出的結果也非常不準確。但直到今天,這種荒謬的做法依然存在。

在我看來,圍繞比特幣今天的能源使用量辯論,即使有時勉強算是一個問題,與早期互聯網那些能耗批評有着驚人的相似之處。最近馬斯克在推特上發文稱:

「出於比特幣對環境影響擔憂,特斯拉暫停比特幣付款。加密貨幣是個很棒的想法,我們相信它的前途很光明,但這不能以巨大的環境成本爲代價。特斯拉不會出售比特幣,一旦它的採礦方式過渡爲可持續能源,我們將繼續使用它來進行交易。我們也正在考慮使用能源消耗更低的加密貨幣(<1% 的比特幣能源消耗)。」

還有許多類似的新聞都將加密貨幣描繪成導致氣候變化加速的主要原因,顯然,這個問題是深刻的、細微的、並且充滿誤解的。
毫無疑問,我們需要爲可持續能源發展的未來鋪平道路,這點非常重要。但是,對於任何「指控」科技公司影響氣候變化的現象,我們同樣需要認真對待。假如現在的我們回到 21 世紀之初,還會相信他們當時的媒體報道嗎?將注意力轉移到長期可持續性發展上沒有問題,但不要因爲這些問題影響科技發展進程,任何一次犯錯都會帶來嚴重後果。

需要說明的是,本文不是解決加密公司能耗問題的「硬道理」,只是一個加密貨幣支持者在遇到氣候變化問題和比特幣能耗問題時給出的「思考框架」。

比特幣使用能源是有原因的

儘管數字貨幣在比特幣之前就已經存在,但它們遇到了許多技術問題,迫使其不得不保持中心化,從而限制了自身潛力。值得注意的是,中本聰(Satoshi Nakamoto)解決了棘手的「雙花」問題。簡而言之,比特幣是第一種真正稀缺的去中心化數字貨幣。

爲了使該區塊鏈保持安全,需要一種「共識算法」來驗證交易。實際上,中本聰在設計比特幣系統時,其實可以簡單地制定多數表決算法。換句話說,每個節點都有一個投票權,如果簡單多數(> 50%)的網絡參與者確認了交易有效性,那麼就可以認定該交易時有效的。但是,這樣做也有問題,即:惡意行爲者可以創建無限數量的這些節點,從而使「誠實」的節點無法承受。由於創建額外節點無需花費任何成本,因此可以創建假的或「Sybil」身份——這稱爲 Sybil 攻擊。

中本聰的偉大在於——節點運行必須要「花錢」,這樣就能讓區塊鏈可以抵禦 Sybil 攻擊。受此想法啓發,比特幣使用一種稱爲「工作量證明」(Proof-of-Work)的共識算法。比特幣礦工是驗證交易的節點,通常必須使用專門的硬件來解決計算數學難題,由於此過程消耗的能源成本不菲,因此就能確保比特幣區塊鏈使攻擊者難以「壓倒」整個網絡。

更重要的是,消耗的能源其實並沒有被「浪費」,正如媒體有時所描述的那樣。一旦瞭解了爲什麼選擇工作量證明的基本原理,就很清楚,比特幣的能源消耗是一種功能(feature),而不是一種系統設計錯誤。

雖然比特幣、萊特幣、門羅幣和其他加密貨幣都使用工作量證明,但不少加密貨幣已經開始部署新的、能耗較低的共識算法。舉個例子,以太坊目前正在過渡到權益證明(PoS)共識算法,這是一種不需要過多能耗的交易驗證方式。因此,現在針對加密貨幣能源的辯論,其實比許多人想象的要狹隘得多。目前對加密貨幣能耗的批評並不是一個廣泛反對加密貨幣或去中心化的論點,因爲有時這些批評是有框架的,坦率地說,這實際上是對一種特定共識機制的批評,該共識就是:工作量證明。

量化比特幣排放量

量化比特幣的能源使用量其實並不難:您可以直接查看公開可用的哈希功率、網絡難度和採礦設備效率統計信息,就可以計算出相關指標數據。

但是,能源消耗和碳排放是兩個截然不同的事物,儘管它們有時是相關的,但碳排放本質上是由所用能源的類型而不是數量決定的。由於我們缺少有關比特幣礦工的相關信息(例如礦工使用的硬件及其能耗),因此,要對碳排放做出可靠的計算非常困難。

儘管存在挑戰,但許多學者仍在嘗試量化比特幣的碳足跡。然而,最近由卡米洛·莫拉(Camilo Mora)和夏威夷大學其他教授發表一篇關於該主題的論文得出了令人沮喪的預測(該論文在行業內已被多次引用):

在這裏,我們發現,按照當前廣泛採用技術(也就是工作量證明)、以及採用率來預測比特幣使用量,就可以得出一個結論,即:比特幣產生了大量二氧化碳排放量,從而會在不到三十年的時間內將地球溫度升高 2°C 以上。

實際上,這個預測非常誇張。但是,Camilo Mora 的論文可以說是與工作量證明相關的、最有影響力的研究。如果仔細調查媒體對比特幣能源使用的報道,就會發現這篇論文經常被引述,而且用的最多的一句話就是「會在不到三十年的時間內將地球溫度升高 2°C 以上」,這個假設雖然是謬誤,但卻已經在許多人腦海中根深蒂固。考慮到這篇論文的重要性,我們值得進一步深入研究。
在計算比特幣能耗時,Camilo Mora 使用的方法相對簡單,他們估算了採礦設備的效率,使用了其相對位置的平均碳排放量,並結合了比特幣的增長預測來衡量未來碳排放量。

但是,最近已經 有人 直接質疑 Camilo Mora 的研究並指出了一系列錯誤,這些錯誤導致對比特幣碳排放量被高估,相關質疑主要有幾下幾個:

  • 沒有考慮與能源有關的技術正在不斷進步。Camilo Mora 的研究認爲,採礦設備的效率和網格碳強度在下一世紀保持不變。換句話說,他假設在未來 100 年內採礦硬件和能源網格的排放量將保持不變,這是一個非常不可思議的假設。用一位批評家的話來說:「這個可疑的選擇忽略了採礦設備和電網技術進步特性,而且在許多前瞻性能源技術方案中都會考慮技術進步這件事,而 Camilo Mora 卻刻意忽略這個問題。」

  • 預測比特幣普及度會達到前所未有的速度。 Camilo Mora 使用過去 40 種技術(例如手機、計算機和吸塵器)的增長軌跡來預測比特幣的增長,雖然這種比較有一定參考性,但會得出一些極其不合理的預測結果:具體來說,Camilo Mora 發現比特幣交易在 2017 年總計 1.04 億筆交易,僅佔全球無現金交易的 0.03%,但是到 2019 年將突然躍升至 780 億筆(短短兩年內增長 750 倍),到 2020 年達到 110 億筆的中值場景(增長了 108 倍),預計到 2023 年將達到 80 億(增長 76 倍)。這與歷史趨勢明顯不符(補充圖 4),並且從數學角度上看,這種估算法師只會導致近期的大量排放增加。通過假設這樣的增長率,研究人員估算的碳排放的確過高。相反,如果將比特幣與相對較低的其他價值存儲應用普及速度進行比較,則可以得出更合理的預測。

  • 使交易與能源消耗並駕齊驅。在預測了未來比特幣交易量之後,Camilo Mora 只將未來交易的數量乘以當前的排放估算值便得出「總排放量值」——這是錯誤的:比特幣能源消耗是基於區塊難度,而不是交易數量。實際上,自從 Camilo Mora 進行研究以來,在過去三年中,即使比特幣交易量達到高峯,礦工能源消耗也一直保持相對平穩。就算 Camilo Mora 的交易預測是正確的,也沒有證據支持這會導致能源消耗成比例增加。實際上,大多數專家認爲,由於比特幣減半導致挖出的 BTC 數量減少,比特幣能源消耗將隨着時間的推移而不斷減少。

Pantera Capital 合夥人:比特幣能耗並不存在「浪費」問題

在考慮了 Camilo Mora 的研究存在問題之後,我們應該知道一件事:不要輕易下結論:

結果表明,Camilo Mora 的研究存在關鍵錯誤,他們的研究得出與未來比特幣碳排放量大不相同且令人震驚的預測。也就是說,該研究設計本身存在許多缺陷——舉個例子,使用交易量作爲估算指標、與 40 種不相關的技術進行比較、忽略了礦機設備的低能耗發展等。基於這些問題,我們認爲 Camilo Mora 的研究方案從根本上來說是有缺陷的,研究人員、政策制定者或公衆都不應認真對待其研究結果。

事實上,只需將 Camilo Mora 的研究原始預測(圖 A)與更正該研究的謬誤性假設(圖 D)進行比較就會發現存在較大差異,真實情況是:在接下來的幾十年中,比特幣碳排放看起來相對平穩,幾乎不會引起恐慌。

Pantera Capital 合夥人:比特幣能耗並不存在「浪費」問題上圖資料來源:Masanet 等,2019 年

本文介紹的內容並不詳盡,但要點是:量化比特幣的排放量是一個難題,許多最令人擔憂的預測都使用了存在嚴重缺陷的方法。儘管我們特別選擇了 Camilo Mora 的研究,但這在很大程度上是因爲他的研究結果被廣泛應用,其他研究人員通常也會犯類似的錯誤。

毫無疑問,瞭解比特幣的碳足跡很重要。但是,識別、仔細檢查和糾正錯誤預測同樣重要。下次您看到與比特幣的能源消耗有關的新統計數據時,需要追蹤原始研究,可能就會發現一些令您感到驚訝的東西。

「蘋果與蘋果」的比較:相同技術的能耗對比

圍繞比特幣能源消耗的論述特別令人沮喪——首先,評估比特幣能耗似乎可以選擇一個隨意的標準,我們很少(如果有的話)使用能耗來評估其他技術的價值,那麼爲什麼要從比特幣開始呢?與此相關的是,缺乏同類比較也令人感到驚訝。是的,比特幣確實消耗能量,這是顯而易見的。但更重要的是,在能耗問題上應該與同類技術進行比較,尤其那些已經被「視爲可靠替代技術」的技術。

根據劍橋替代金融中心的數據顯示,比特幣目前每年使用大約 110 太瓦小時的能源,僅佔全球用電量的 0.55%。

正如我們從 Camilo Mora 的研究中瞭解到的那樣,能源消耗的估算值可能不準確,但我嘗試編制一些合理的估算值,也有助於從大局上分析比特幣能耗維內託。

最明顯的比較是中心化金融(CeFi),大局對這方面的能源消耗並不陌生。僅實體銀行分支機構、後端服務器和 ATM 每年就會消耗總計約 100 TwH 的能耗,這與比特幣相當。而且,這一數字還不包括銀行業的其他高排放行爲,比如他們經常出差坐飛機,還有各種長途貨運,都會造成大量碳排放。

由於比特幣被稱爲「數字黃金」,因此也應將其與地球上的貴金屬開採進行比較。據估計,開採 1 美元的鋁所消耗的能量幾乎是開採 1 美元比特幣的十倍。但是,如果按美元價值計算,比特幣目前比黃金和銅消耗更多的能源。但隨着比特幣礦池向可再生能源過渡,比特幣將變得比黃金更「綠色」,這種轉型對於金屬採礦業來說要困難得多,。

我們還有一些其他比較:

  • YouTube 視頻的全球能耗量每年約爲 600 TWh,是比特幣的六倍;

  • 全球視頻遊戲每年能耗量約爲 104.7 TWh,與比特幣大致相當,但他們幾乎不使用可再生能源;

  • 美國乾衣機每年能耗量約爲 93.6 TWh,而這還只是一個國家;

  • 僅在美國,閒置的家用設備(即已插電源但不使用的電子設備)每年使用的能源就可以爲比特幣網絡供電 1.5 年。

我可以繼續進行比較,但我想現在已經清楚地表明瞭自己的觀點:各行各業都消耗能源,而且能耗通常比您預期的要多得多。但是,能源消耗並沒有本質上的壞處,也不是判斷技術或活動道德價值的框架。

比特幣與可再生能源的關係

比特幣採礦之所以與衆不同,是因爲它確實與地理位置無關。實際上,無論在哪裏,礦工都會獲得經濟激勵,他們會尋找廉價的電源。結果,比特幣採礦自然傾向於使用可再生能源,因爲可再生能源更便宜,因此可以有更大的套利空間,並且經常有剩餘。

當然,估算比特幣挖礦的可再生能源使用比例很困難,但根據 一份報告 顯示,目前 73%的礦場是碳中和的,還有一份報告則認爲這一數字接近 39%。無論哪種方式,與其他技術、國家和組織構成相比,比特幣挖礦使用的可再生能源比例仍高於平均水平。

爲了可視化比特幣消耗的能源類型,讓我們看一下兩個礦工集中的地點:

  • 四川是中國挖礦第二大省,當地政府建設了大量水力發電設施,幾乎是電網支持的兩倍。

  • 華盛頓是美國礦工最集中的地區之一,因爲哥倫比亞河周邊可以提供廉價的水力發電。

衆所周知,超過 100 英里電力就很難被輸送。然而,比特幣挖礦提供了一種簡單的方法,把多餘的清潔能源給利用起來了。

真正的問題:比特幣值得嗎?

至此,我們已經分析了比特幣能耗的估算,並與同類技術進行了比較,還研究了比特幣向可再生能源過渡的潛力。

現在,讓我們回到原點—比特幣能源消耗是一個問題嗎?還是被僞裝成了一個問題?

不可否認,比特幣會消耗大量能源,短期內會向大氣中添加一些碳。但是,比特幣的碳排放比大多數人所假設的要小得多。

比特幣能耗不是「浪費」,作爲目前地球上最安全的區塊鏈,比特幣需要能源提供動力,但同時它也在進行第二層和第三層創新,從而擴大數十億人的財務使用範圍。我認爲,這足以證明這種社會消費是一種社會福利。

比特幣已經使用了大量的可再生能源,並且作爲「最後的能源購買者」,可以幫助推動我們邁向碳中和的未來。最後,讓我們希望稍微改變一下討論範圍—與其評判比特幣能源使用情況,不如讓我們着重於使能源生產儘可能清潔、支持可再生能源項目、投票徵收碳稅等等。但是,請不要把比特幣變成敵人,這麼做只會分散我們的注意力,最終對創建可持續發展的未來沒有任何好處。

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