比特币随想 - 比特币工作量证明用了多少电？
工作量证明，Proof of Work，是比特币网络的共识算法，也是确保网络安全可靠的根本，具体的算法介绍可以看之前的文章 比特币随想 - 重拾 Proof of Work。
这一篇我们探讨工作量证明（PoW）的能源消耗问题，为了理解我们需要知道：
- 工作量证明需要进行大量 CPU 密集的哈希运算
- CPU 密集计算最终需要消耗电能
- 电能有很多产生方式：煤炭、石油、风、太阳、沼气等等
这篇讨论分几个不分：
- 比特币网络到底用了多少能源？
- 比特币用了哪些类型的能源？
- 使用能源是坏事吗？
比特币网络到底用了多少能源？
给大家看一个官方一点的数据，来自剑桥大学的比特币能源消耗指数^1：
上图可以看到，比特币网络的能源消耗期望值为 96.28 TWh 每年。这个数字是什么概念呢？我们看下图，比特币能源消耗占世界能源消耗的百分比：
上图可知，比特币消耗占全球电能产能的 0.43%，全球总能源产能的 0.15%。
我记得 2017 年，媒体黑比特币的时候头条是这样的：比特币在2020年会消耗掉世界的全部能源。现在看起来，这只能是个笑话，因为比特币在全球能源消耗的占比不足 0.5%。
不过，话说回来，96.28 TWh 不是一个小数字，但是如果我们对比黄金矿业消耗的能源：
我们发现，比特币网络消耗的能源约为黄金矿业的 70% 左右。让我们继续看比特币能源消耗对比其他生活消耗：
比特币远远低于空调、化工、炼钢、水泥、冰箱等，比电视消耗的能源略多。
比特币网络使用了哪些类型的能源？
那么比特币究竟用了哪些能源呢？先给大家看一张图，比特币哈希率（挖矿）分布图：
这种图通过颜色展示了哈希率的分布情况，有几点值得注意：
首先，截止中国仍然占有 2022 年 1 月，中国仍然占有 21.11% 的哈希率。这就很神奇了，人民政府已于 2021 年 5 月颁布禁令，禁止挖矿行为。请看下图，哈希率确实在 2021 年 5 月迅速下降，但在 2022 年 6 月已经恢复到 2021 年 5 月的水平，而且现在情况看，政府禁令并没有让矿工从中国消失，中国仍然占据了 21% 的哈希值。这也从一个侧面说明了比特币抵抗控制的能力和分布式的特征：禁令是禁令，民意是民意，政府也无法逆势而行。
第二，比特币矿工在世界范围内都用分布。虽然，中国、美国占据了一半的哈希率，另一半矿工却分散在世界各地。这些国家中有发达国家，比如欧洲、日本、冰岛，有发展中国家，比如非洲、南美洲。
这种地区化分布差异也决定了矿工都在是用那些能源挖矿。正所谓靠山吃山，靠水吃水，由于挖矿是一个竞争异常激烈的环境，矿工们也是因地制宜：
俄罗斯天然气工业股份公司（Gazprom）的子公司Gazpromneft近日在其位于西伯利亚的一个石油天然气钻探点设置了一个比特币矿场，不仅回收了以往浪费掉的能源，还节省了比特币矿场的电费。
中美洲国家萨尔瓦多正式承认比特币为法定货币后，又开始着手解决如何“生产”比特币的问题。该国总统布克勒 (Nayib Bukele)在6月9日表示，他已指示国有地热发电公司LaGeo制定一项计划，利用该国火山的地热能为比特币挖矿设施供电。
比特币采矿公司Genesis Mining自2013年在冰岛投产。其创始人之一是该公司首席技术官萨尔特（Philip Salter），他对德国之声总结这个岛国的优势说：”没有国内政治或地缘政治风险，基础设施非常可靠，电力是可持续生产而且便宜得令人难以置信。”
下面的图展示中国矿区的分布，可以发现主要出现在新疆、云贵等能源费用较低的地区。
我不在继续举例了，可以发现，由于比特币挖矿的高竞争环境，会激发矿工寻找更加便宜的能源，这其中很多都是可再生能源或者不能被使用而浪费的能源，而不是直接使用居民用电。
比特币挖矿分布式的特点决定了矿工可以利用零散的电力资源进行挖矿，在维护网络安全的同时获利。最近发生在美国德州的矿工主动停工支持德州因为气温升高导致的电力枯竭的行为，也说明矿工存在道德。
使用能源是坏事吗？
当然不是。能源被生产就是用来被消耗的，为了改善人们的生活。空调每年消耗 2199 TWh 的电能，但是人们愿意付出代价，因为空调改善了人们的居住环境；在美国，冰箱一年消耗 104 TWh 电能，但是冰箱确保我们可以保存食物；比特币网络提供了全球支付网络，改善了人们的线上支付方式。这些都说明，能源消耗是好事，不是坏事。
可能对于比特币网络来说，唯一反直觉的就是 PoW 看起来像是在做无用功，“浪费”能源。关于这一点，只有理解 PoW 的原理和意义以后，才会明白这些能源为什么被消耗。正是因为这些能源消耗，让比特币网络成为最安全（哈希率最高）、最去中心化的、最难以被操纵的支付网络。关于这一点请参考：比特币随想 - Proof of What?。
安全，对于支付网络来说非常重要，我们希望支付网络可以避免双花、及时清算（而不是银行的 T+1，甚至 T+n 清算）；去中心，是比特币支付网络的创新之处，它确保了人们可以在保持隐私（注意隐私不是秘密或者匿名）的情况下，完成跨地域点对点支付；难以被控制，对于民主来说是中关重要的，人们不希望自己的财富被几个中心控制（比如央行或者美联储）。
上述，就是比特币网络消耗能源换来的。
其实反过来想，人们消耗能源也做了很多无意义的、甚至有害的事情，比如用来支持战争机器、用来运行黄色网站的服务器等等。所以，使用能源不是坏事，使用能源做有益于人们的事情就是好事，做有害人们的事情就是坏事，才是一种浪费。