前言

大多数人都认为比特币的POW（工作证明）是一种浪费。而本文阐述如下道理：一切都是能源，货币本身也是能源，能源的利用是主观的。此外，本文还将对比POW和现存政府体系的能源成本。文章综合了业界很多人的看法，我只不过把这些看法整理提炼出来。

特别说明：我不是说目前POW的应用就是完美的，我也承认它将来可能会被更加优化的POW/POS代替。

工作意味着能源

当法国数学家斯帕-古斯塔夫·科里奥利（Gaspard-Gustave de Coriolis）引入做工可以转换成能源的想法（功能转换）时，工作意味着能源的观念就萌芽了。很久以前，经济系统中的工作完全是由人类完成的，没有火也没有什么机械工具。人们从哪里获取这些能源呢？从自己摄取的食物中。

大约100万年前，人类偶然学会了用火。于是我们利用的能源增加了，因为不止能够用食物取暖，还能烧火取暖。于是，这部分增加的能源，就提高了我们的生活水平。

几千年以前，人类学会了饲养家畜，能源使用又进一步增加了。家畜可以劳动，这些新出现的劳动者也要吃东西。这就需要大量食物满足能源需要，人类的繁荣程度也进一步提高。

最近几百年，人类建造了大型机械。这些机械运转的动力源，最初是水能和风能，后来又出现了煤炭、石油这样更便宜的资源，如今又出现了核能（聚变和裂变）。机械和自然都能够利用能源实现生产。我们的经济基础不是货币，而是工作和能源。

我们生命中的一切都与能源的价格紧密相关。水的净化需要能源，运输产品需要能源，制造产品需要能源，做饭需要能源，冷冻冷藏需要能源。

自由市场中的一切商品成本，反映的主要就是生产这种商品消耗了多少能源。因为自由市场鼓励低价，所以生产一切商品的能源也做到了最小化。货币代表生产商品和服务所需的工作量，货币也可以看成是存储起来的能源。

图片说明：2010年全球GDP美元形式（数据来自美国农业部USDA）与全球能耗比较。上图来自2014年《BP世界能源统计评论》（BP Statistical Review of World Energy 2014）。

20世纪早期，亨利·福特（Henry Ford）、托马斯·爱迪生（Thomas Edison）这样的工业巨头曾考虑用“能源币”（the energy dollar）或者“能源单位”（units of energy）代替黄金或美元。这一概念十分流行，因为有多种稳固的货币特征，例如：记账单位（unit of account）定义清晰，度量比较容易，伪造比较困难，可分割性良好，还拥有可替代性（fungibility）（意思是这些单位等同于其他任何单位）。但，能源货币却有一个致命的问题，那就是很难运输、存储。 

POW——工作证明

“若要让男人或女人渴求一样东西，只消让这东西难以得到便足够了。”——马克·吐温

时间快进到2008年10月31日，中本聪发布了比特币白皮书。比特币的工作证明，英语简称POW，原先是为了对抗垃圾邮件的措施，后来中本聪改造，用在了数字货币领域。

POW挖矿的内在机制是用专用机器（dedicated machines）（即专用集成电路，ASIC），通过区块奖励（Block Reward），把电能转换成比特币。电脑反复执行哈希操作（猜测/投票），直至它解出密码难题，收到作为区块奖励的比特币。

解题的过程证明了矿工以ASIC和电的形式消耗能源，同时也证明了矿工在工作上的投入。如此一来，比特币便具备了一种资本主义投票机制——通过用能源/ASIC矿机产生哈希值的方式，比特币实现了“以风险投资换取选票”的机制。

中本聪设计POW的时候，他也从根本上改变了人类达成共识的途径。原本共识通过政治投票达成，现在通过能源转换，转为了非政治的投票（哈希）。POW是燃烧的证明，说明能源确实已经消耗了。这一点为什么很重要呢？因为这是实体世界确认数字世界中某事已经发生的最简单、最公平的方式。

POW的关键是物理，而非编码。比特币是一种通过能源铸造的超级商品（super commodity），而能源是宇宙的基本产物。比特币把电能变成了数字世界的黄金。

当且仅当生产比特币成本很高的情况下，其账本才能保持不变。实际上，比特币采用的工作量证明（POW）要耗费很高的成本，这是一种正常特征，而不应被视为我们眼中的bug。直到最近，人类若想保护某种昂贵东西，其办法还是要在这东西周围筑起一道实体的高墙。

而密码货币的新世界，与人类的直觉相反，同时也让人们感到很奇怪——这里的钱财并没有高墙保护，这里的保险库也没有门可以进去。比特币的公开账本，是被集合的哈希算力（collective hashing power）保护的，所有能源消耗的总量就是一道高墙。而且，通过透明而昂贵的设计，破坏者需要花费同样多的能源，方可将高墙拆除。这种成本之高，是不可伪造的。 

能耗

有人认为，密码大灾难（cryptopocalypse）就要来了，说比特币的POW实在太糟糕，在2020年就要吞噬全世界的能源，从而毁灭世界！

你可能已经注意到，大多数“世界末日”文章的根据，都是一个叫亚历克斯·德·弗里斯（Alex De Vries）的人作的一个分析。

这是一位“金融经济学家和区块链专家”，就职于普华永道荷兰分部（PWC Netherlands），是网站Digiconomist撰稿人。他的估算，在耗能方面的计算有问题，因此已经遭到了不少批评。但更严重的是他选择的评判标准，也就是所谓的“每次交易耗电量”，其实是故意误导人。理由如下：

比特币耗费的能源是以每区块为单位计算的，而每个区块的交易数目却可以各不相同。交易增长并不意味着能耗增长。

比特币交易的经济密度总是增加的（通过Batching、Segwit和Lightning等方式可以让一个区块中容纳的交易数量增加）。随着比特币越来越成为一种结算网络，每一单位的能源也就获得了越来越多的经济价值，并且以指数方式增加。

此外，每次交易的平均成本，并不足成为衡量比特币POW效率的唯一指标。人们应该从经济安全的角度做更多的考量。能源支出确保了比特币的存量，并且随着通货膨胀的减少，这一百分比随着时间的推移而下降。

自从诞生开始，比特币“积累”的能量就与所有这些被挖矿的区块连在了一起。研究机构LaurentMT用经验主义研究发现，比特币的POW的确随着时间推移而越来越有效率：成本增加了，但系统获得的总价值增加幅度更大，所以增加的成本就平衡掉了。

既然我们知道能源消耗的投资回报率应该又怎样的考核标准，咱们就来看一看，比特币的POW能源成本会有怎么一个趋势。

ASIC效率的提高速度正在放缓。速度放缓的同时，我们预计，制造商的竞争将会更为激烈，因为利润减少了。

挖矿总成本，将从ASIC硬件的前期可访问性成本（capex），化作能源运营成本（opex）。由于挖矿中心的物理位置能够移动，在比特币网络中无所谓具体位置，所以矿工都会蜂拥到用最小成本产出最多电力的地方。

长远来看，比特币矿工在全球中心之间进行电力套利，还可能产生更有效的全球能源市场。比特币挖矿成本变成了最低（多余）电力价值。

这样一来就能解决可再生能源（水力和甲烷等）出现的浪费问题（如）。在未来，比特币挖矿，还能促进具有可变输出的可再生能源的生产。能源生产者可以连接矿工，把多余电力存成比特币。

以前，某国若是有足够的可再生资源，而又难以利用（例如冰岛），就常用一种金属作为“输出”电能的手段，那就是铝。铁铝氧石（也就是铝矿石）的熔化，能耗极高，而把这种耗能转换成铝，又是一种单向的变化（类似哈希）。

现在人们担心比特币挖矿中的“不公平”能耗，同样，大概40年前，1979年，人们也担忧生产铝过程中的“不公平”能耗（包括对中心化的担忧）。这些公司总是在全球到处寻找便宜能源和其他优惠条件。随着铝制造业在几十年内逐渐成熟，每千瓦时电量能生产出的的铝变得更多了。

“全球能源网可以释放被困的资产，还能让各种新型资产得以利用。请您想象一幅全息3D世界地图，其中有廉价能源热点海拔比较低，昂贵能源热点海拔更高。比特币挖矿，就好像把一杯水倒在了地图表面，水会流到更低的地方，让地表变得平滑。”——尼克·卡特（Nic Carter）

比特币的POW是一切电力的最后买家，它作为一个后盾，能够激励人们在各种完全不同的能源周围，建起新能源制造工厂。没有POW，那些能源就没有人利用了。

“POW能耗什么时候停止增长？在有足够的能源生产商直接进行POW工作的时候，POW燃烧1度电带来的边际收益，等于把这1度电出售给电网的边际收益的时候；也就是POW溢价减少到零的时候。我把这种平衡叫作“中本聪平衡点”。我估计，达到这种平衡的时候，POW会消耗全世界能源的1%到10%.”——杜鲁福·班赛尔（Dhruv Bansal）

有些人抱怨比特币挖矿并没有实现“任何有用的东西”，比如寻找素数。虽然为工作引入二级奖励似乎是一种良性的想法，但它实际上带来了安全风险。拆分奖励可能导致一种局面：“实现次要功能比实现主要功能更有价值”。

哪怕次要功能是无害的（例如加热器），我们也会从原先预期的每X（数字）哈希100美元，变成每X哈希100 5美元。“挖矿加热器”只不过是又一种提高硬件效率的方法，会导致困难增加，也导致每区块能耗增加。走运的是，比特币永远都不会出现这种问题，因为比特币的安全性，由“POW算法的纯粹性”保障。

此外，比特币已经为社会带来了巨大作用（如果挖矿在过去无法盈利，将来也会无法盈利）；而且，请矿工作出利他行为而不给矿工激励，这种事情也称不上理智。 

相对成本

根据热力学第一定律，一切过程都需要能量。因为所有用户全都支付市价来使用电能，所以若是宣称某一种能源用法比另一种能源用法更浪费，就是纯粹主观的看法了。

“人们要是发现电能值得购买，电能就没有浪费。那些扩展这电能的人，会得到比特币作为奖赏。”——黎巴嫩美国大学教授赛福鼎·阿莫斯（ Saifedean Ammous）

在热力学中，宇宙是一个的终极封闭系统。比特币对于多余电力的消耗，比现有法币系统电力消耗少得多。现有法币系统，不仅银行业基础设施会耗电，军事、政治机构也会耗电。

这种电能的利用中的能源交换，目的是维持金融体系，同时取得“净正值”的效果。下面我对现有的金融，军事和政治系统进行粗略比较。

图中所有成本按美元计算。其中，“政府”代表每年总支出，包括军费。

2006年，美国国防部用了大约3万千兆瓦时电能，花了大约22亿美元。全球每年军费大约1.7万亿美元。图中金矿、银行、黄金回收成本都是2014年的估计值。银行体系和政府估值是每年支出的合计，包括电费。银行业每年电费638亿美元。

值得一提的是，法币通胀每年2-3%，属于隐形税款，会消耗存款，这部分成本太大，图中没有包括。而比特币不是政府发行的，发行过程中几乎没有腐败现象。

目前比特币矿工死亡人数为0，而过去100年中，为了开采金矿至少死了五万人。 

I型文明

人类在寻找廉价能源的路上，会在现实世界中解锁更大的经济发展潜力。比特币通过这些新的，或是异质能源的利用，不仅会把我们推向前苏联天文学家卡尔达肖夫（Kardeshev）提出的“I型经济体制”，还可能会推向他提出的“I型能量文明”。（译注：卡尔达肖夫认为，目前人类只能利用化石燃料，这是O型文明；I型文明可以利用太阳送给地球的所有能量。）

目前我们在卡尔达肖夫量表上处于0.72的位置。有了比特币挖矿作为激励，可能会把I型文明来到的时间，从200年缩短到几十年。达到I型文明之后，限制能耗增长的需求就会减弱，人类的生活水平也会随之提高。

社会寻找廉价发电来源的迫切需求，将会加速核聚变反应堆的建设进程。这方面，大自然已经作出了表率，整个宇宙的恒星都在核聚变。人类正在模仿大自然，生产核聚变反应堆。

估计需要花费800亿美元，研究几十年，才能实现可控核聚变。核聚变的燃料重氘（deuterium），在地球海洋中大量存在，可能满足全世界数百万年的能源需求。

核聚变有很多可再生能源的优点，例如，可以长期供应，不排放温室气体，不造成空气污染，等等。核聚变可以提供很高的能源密度，而且供应不会中断。核聚变还有另一个特点，就是“规模不经济”（Diseconomies of scale）（译注：指随着企业生产规模扩大，而边际效益却渐渐下降，甚至跌破零，成为负值）不会影响生产成本。例如，水能、风能的成本，在最优地点得到开发之后会上升，未来的发电机必须安装在条件较差的地方；但是，核能却不一样，哪怕修建了大量核电站，成本依然不会上升，因为原材料（海水）十分充足而且分布广泛。

水啊水，到处都是水，却没有一滴能解我焦渴。——英国诗人塞缪尔·泰勒·柯勒律治《古舟子咏》。

核聚变和其他廉价能源将会为人类解决各类重大问题，例如淡水短缺。地球上到处都是海水，然而淡化工厂却需要大量能源。目前淡化水的成本高于淡水、地下水、循环水、节约用水的成本。

人类探索的意志，能够上山下海，来到原子中心，来到时空的结构；探索会不断发展，不会被能量所限制。我们还将探索整个宇宙。

目前比特币挖矿成本是每年45亿美元。这些成本将换来每年各个对手方的1.34万亿美元无需担保的结算，外加全人类能源成本下降。值不值？答案很明确：值！