多年来，人们一直在谈论比特币的能源消耗。人们经常批评它使用过多的能源，或者使用效率低下，或者在极端情况下，成为气候/能源灾难。
今天，我们想与您分享 Lyn Alden 的另一篇引人入胜的文章。
例如，2017 年 12 月，《新闻周刊》发表了一篇题为“到 2020 年比特币挖矿将耗尽全球能源”的文章。
现在是 2022 年初，所以可以肯定地说这没有发生。剑桥大学最常被引用为估算比特币能源消耗的来源。据他介绍，目前年能耗峰值为 125 TWh。
由于全球每年消耗超过 170,000 TWh的能源，这意味着整个比特币网络在其估计的峰值消耗水平下使用的能源不到全球能源消耗的 0.1%。这是一个拥有超过 1 亿用户的网络。
就全球能源支出而言，比特币的能源消耗在误差范围内。我的意思是字面意思。当科学家估计世界在任何给定年份使用一定量的能源时，他们很容易以某种方式偏离百分之几，更不用说十分之几了。而比特币估计消耗不到0.1%。
此外，否则比特币消耗的大部分能源都会被浪费掉。
从长远来看，如果比特币取得巨大成功，成为一种具有系统重要性的资产和支付系统，被超过 10 亿人使用，市值是目前的 10-20 倍，它将达到零点几。的全球能源消耗。另一方面，如果它没有成功并且没有从当前水平增长太多，那么它的能源消耗将不会改变或随着区块奖励的减少而减少。我将在本文后面深入研究这些数字。
因此，无论成功与否，比特币网络在全球能源消耗方面始终处于误差范围内，其能源消耗不会超过其长期效用（无论该效用最终高低）。
总的来说，由于我有电气工程背景，所以我最初被比特币吸引的部分原因是我看到了它的网络使用能源的效率。我可以投资任何区块链，或者完全避开数字资产领域，或者随时将我的投资转移到另一个区块链。然而，如果你算一下，我认为比特币特别擅长使用能源，并且随着时间的推移变得更加节能，因为它的设计得当。
如果真是这样，而且比特币的功耗在全球范围内几乎微不足道，那么记者怎么会犯下如此严重的错误并引起轰动呢？原因是他们通常不了解网络经历的扩展过程。
为了观点或政治观点而制造轰动也更容易。例如，人们常说比特币网络比一些国家消耗更多的能源。这是事实，但谷歌、YouTube、Netflix、Facebook、亚马逊、邮轮业、圣诞树灯饰、家用烘干机、私人飞机、锌业，以及几乎所有大型平台或行业也是如此。在这份名单中，比特币的功耗与邮轮业最接近，但它的使用人数更多，其网络规模也更好。
重要的是要了解比特币是否会造成环境问题以及是否节能，因为这显然会影响它成为良好投资和良好支付网络的可能性。
如果比特币在能源规模方面真的存在严重问题，那么它迟早会输给私人市场的竞争对手，因为它没有为其能源消耗提供足够的效用。
从工程学的角度来看，如果您真的进行了计算，功耗就不是问题，但为了正确计算，您需要了解它的工作原理以及使用不同方法的优缺点。
比特币挑战
在深入研究功耗之前，回顾一下比特币的用途及其网络应该解决的问题是有帮助的。然后您可以查看功耗并确定它是否正常工作。
比特币并没有试图成为最便宜的支付网络，尽管在许多情况下，自相矛盾的是，考虑到闪电网络（比特币的第 2 层扩展解决方案之一），它可能是。
尽管如此，比特币正试图成为一个去中心化的支付网络和一种不记名资产，并且已经成功地做到了 13 年。
说到资产，比特币的供应是固定的，用户可以根据需要使用加密技术自行存储。这使得比特币能够抵抗通货膨胀并且难以被没收。在支付网络方面，比特币可用于发送不依赖于任何集中实体的许可或验证的支付。这使得网络审查具有抵抗力，并且可以与许多不同的国际支付网络互操作。
几乎任何声称比比特币网络更有效地进行支付或存储资产的东西也更加中心化。集中式在本质上往往是高效的。要发送付款和跟踪余额，您只需更新几乎免费的内部数据库即可。
当然，问题是在中心化的情况下，效率是以容错为代价的。如果你把所有的鸡蛋都放在一个篮子里，把那个篮子给了一个朋友，她把它扔了或者拒绝归还，那你就倒霉了。依赖中央集权结构意味着将控制权委托给他人，指望他们有道德和能力。此外，中心化支付网络与法定货币挂钩，法定货币作为交换媒介很有用，但从长远来看并不能保值。
比特币是一种公共分布式账本，带有一组私钥和公钥。可以访问互联网（包括，必要时，卫星）的用户可以使用他们的私钥向其他人发送比特币（或部分比特币）。他们可以离线存储私钥并在离线时接收比特币。您只需要连接互联网即可发送资金、查看余额等。
这使得比特币成为世界上最便携和防没收的资产之一。可以发送到国外，无需中介离线存储，也可以在世界任何地方只要记住助记词就可以找回密钥。考虑到固定供应，在许多发展中国家，它比当地法定货币更受青睐也就不足为奇了，当地法定货币每年可能以 10%、20%、50% 甚至 100% 的速度失去购买力。
但即使在通货膨胀率较低的发达国家，人口仍面临通货膨胀调整后的负利率。例如，下图显示了美国国库券利率减去官方通货膨胀率。当这个差异低于零时，这意味着政府证券（通常还有银行存款）不能产生足够的收入来抵消通货膨胀。
虽然一些国家可能会通过禁止银行向加密货币交易所汇款或取缔大规模挖矿来部分阻止比特币，但要阻止直接交易几乎是不可能的，尤其是在拥有合理产权和言论自由的国家。阻止人们与比特币互动就像禁止信息或言论自由，因为它只是一个开放的公共分类账，人们可以记住访问它的密钥，并在必要时使用卫星连接绕过本地提供商。要真正根除它的使用，需要采取非常专制的方法和严厉的措施。
另一方面，一些国家已经采用了比特币，例如萨尔瓦多宣布它为法定货币。这一点很重要，因为萨尔瓦多严重依赖国际转账，通过运行在比特币网络之上的闪电网络发送国际转账几乎是免费的，因为它都是开源的，并且随着时间的推移变得更加发达。之前禁止或即将禁止比特币的许多其他国家已经放弃了他们的意图。
我关于不记名资产的文章有很大一部分是关于比特币在发达国家和发展中国家的实际应用。除了作为固定供应资产之外，这里还有一些与抗审查支付和便携性相关的用例：
1) 2021 年 2 月，路透社 报道称，俄罗斯反对派人物、人权活动家和反腐败活动家正在使用比特币进行抗审查支付，因为当局正在阻止所有传统的、受审查的支付方式：
“俄罗斯当局定期冻结反腐败基金会的银行账户，这是一个由纳瓦尔尼创立的独立组织，负责调查官员腐败。
他们一直试图关闭我们的银行账户——但我们总能找到一些后备选择，”沃尔科夫说。
我们使用比特币是因为它是一种很好的法定货币。将比特币支付作为替代方案可以保护我们免受俄罗斯当局的侵害。他们明白，如果他们切断了其他更传统的渠道，那么我们仍然会有比特币。这就像保险。”
2) 2021 年 7 月，《卫报》 报道了尼日利亚商人和反对派团体如何利用比特币的审查阻力绕过外汇封锁并在银行冻结的情况下接收资金。
“还有金融压制。社会组织、反对派团体和示威支持者为解救抗议者筹集资金或帮助他们提供药品和食物的银行账户突然被冻结。
女权联盟是一个由 13 名女孩在示威期间成立的团体，因为抗议者筹集资金和支持抗议活动而受到全国关注。当女孩的账户也被冻结时，该组织开始接受比特币捐款，最终通过加密货币为她们的基金会筹集了 15 万美元。”
3）2021年4月人权基金会的Alex Gladstein从人权角度讨论了比特币网络：
“对于委内瑞拉人来说，这是一次真正令人心碎的经历。但是很多年轻人在 2015-16 年回来了。开始挖矿。我和一个帮助推出 Ledn 的人谈过，Ledn 现在是加拿大业内最大的服务之一。
他和他的兄弟们开采比特币多年，但最终不得不逃离该国。武装执法人员来到他们身边，没收了采矿设备。幸运的是，没有人受伤。当局感到非常困惑。他们看到了采矿硬件并认为他们拥有比特币。但它不是那样工作的。所以这些人能够使用他们的比特币在加拿大开始新的生活。真是令人印象深刻。
我还和一个逃到阿根廷的人谈过。他与当局发生了某种冲突，当局称他为罪犯，尽管事实并非如此。但现在他可以用比特币寄钱给他在委内瑞拉的母亲。多亏了他们，她才能买到她需要的一切。而这样的故事还有很多。
我的家人经历过大屠杀，我对这样的想法印象深刻，如果早先，当你逃离这个国家时，你只能带走你能带走的东西，现在你可以带走你所有的财富，这是真的很棒。
例如，我建议那些最近要离开伊朗的人，我帮助了他们。人们出售房屋，将钱转成比特币，登上飞机飞走，以数字格式带走他们的财富。人们正在将钱转移到叙利亚给那些被困在那里的人。
我还和一个离开苏丹的人谈过，那里的通货膨胀率很糟糕，大约在 150% 或 200% 左右。现在他住在欧洲，把最辛苦的钱寄给在喀土穆的家人。正因为如此，他们设法活了下来。
我们仍处于早期阶段。Coinbase 估计大约 10% 的美国人与比特币或其他加密货币进行过互动。在世界范围内，这个数字较小，特别是在发展中国家。如果世界是 2%，美国是 10%，那么在许多发展中国家，这个数字要低得多。但是看看土耳其、阿根廷、尼日利亚。这些都是巨大的国家：2 亿、1 亿、4500 万人口。这些国家的人均用户数量最高。所以它改变了世界。”
在这里，也许是亚历克斯关于这个话题的最佳引述之一，内容丰富而简洁：
“我们正处于重大数字金融转型的开端，我们每天使用的资金正在从一种不记名资产——不透露我们的任何信息——转变为一种监督和控制机制。
这对一些人来说更重要，而对其他人来说可能不太重要，这取决于他们所生活的政治体制。当我审视这种不受政府或公司控制的新型货币时，我想到了当今世界的大局，42 亿人生活在威权主义之下，12 亿人生活在两位数或三位数的通货膨胀之下。当我们说金钱不起作用时，这不是一种理论，并不适用于一个国家。
一切都大得多。在这个世界上，数以亿计的人正在应对 15%、20%、25% 的通货膨胀，因为他们的时间、精力和支付他们的货币实际上已经消失。
与此同时，数十亿人的银行账户可能会因为他们的意见或想法而被冻结。”
4）Sphinx Chat 和 Impervious Technologies 等 Layer 3 应用程序正在积极开发中，它们使用比特币的闪电网络来传输数据，而不仅仅是传输资金。Sphinx Chat 是一个基于 Lightning 的直接消息传递平台，允许用户在他们的消息中添加小额支付，而 Impervious Technologies 正在开发一个基于 Lightning 的 VPN。
“Impervious 正在发布动态 VPN，它使用闪电网络提供按需的高带宽服务。Impervious API 可以在受控网络和受限区域运行，使用闪电网络作为凭证交换层和传输层，为抗审查数据传输创建直接、安全的通道。
在 Impervious API 之上开发的应用程序包括点对点视频流、播客、在线活动、新闻报道、分布式存储和 IP 电话通信，” Impervious Technologies 种子资金新闻稿，2021 年 5 月。
因此，作为具有抗审查支付渠道的数字货币的代表，比特币是一种专注于金融的软件应用程序。不仅在表面层面，如金融技术，而且在不记名资产和结算网络的根本层面——这也是它引起如此多争议的原因之一。
此外，比特币和闪电网络作为各种第 3 层应用程序的去中心化协议，专注于安全和抗审查的数据传输，而不仅仅是存储和转移资金。
Chainalysis 是一家帮助执法部门追踪公共区块链的公司，多年来估计只有0.5-2% 的加密货币交易用于欺诈、勒索软件或毒品购买等非法活动（这低于大多数人估计的百分比以法定货币进行的交易被用于非法目的）。据估计，绝大多数用户将加密货币用于投资目的或合法支付。
如上所述，有许多专制政权，抗议和某些言论被认为是非法的，基本的经济互动可以被封锁，因此可以说比特币鼓励这种“道德但非法”的行为。当面临镇压的人们可以使用有助于确保基本的人类自由和经济互动的开源软件时，让独裁政权更难实现，我认为这不是不道德的——恰恰相反。
为什么比特币要用电
比特币网络经过编程，平均每 10 分钟就会创建一个新区块并将其添加到区块链中，该区块链由自 2009 年推出以来创建的数十万个区块组成。
一个新区块由矿工（一台专用计算机）创建，它解决了前一个区块制定的密码问题。矿工可以将当前正在队列中等待的数千笔交易放入该区块。这就是交易的计算方式。平均每 10 分钟，一个包含数千笔交易的区块就会被添加到区块链中。
如果矿工离开网络并且新区块的创建时间平均超过 10 分钟，网络将自动使任务更容易返回到编程时间表。同样，如果更多的矿工加入网络并且块被添加到区块链的速度超过平均每 10 分钟一次，网络将使任务变得更加困难。这被称为“难度调整”，是中本聪为使网络正常工作而解决的关键编程挑战之一。
因此，在任何给定时刻，全球数以百万计的矿工都在努力解决问题并创建下一个区块，并且有一种自然的反馈机制可以确保平均每 10 分钟创建一个区块，无论有多少矿工在网络上。
2021 年上半年，我们看到中国如何禁止加密货币挖矿，大约一半的网络下线并开始转移到其他国家。比特币支付网络在短时间内略有放缓，但其他方面继续运行，没有中断。难度调整随后起作用，使网络恢复到其目标速度。想象一下，如果亚马逊被告知他们需要在一周内将一半的服务器容量转移到另一个国家。最有可能的是，该服务会间歇性地工作一段时间，而系统的一半会移动并恢复。
如果矿工创建了一个无效区块，即不符合节点网络共识规则的区块，网络将拒绝它。如果两个矿工几乎同时创建了一个有效区块，获胜者将是网络最先获知的那个，并将另一个添加到其区块中，这样这个区块链就会变得更长（因此是正式的）。
这个过程被称为“工作量证明”。数以百万计的机器使用电力来引导计算能力来解决最后一个块定义的密码问题。这看起来像是在浪费能源，但这正是确保系统去中心化的原因。在这种情况下，作品决定真相。没有中央机构来决定哪个区块或哪些交易是有效的。在任何时候，网络都可以确定最长的区块链并根据代码将其识别为真实。最长的区块链是投入最多工作的区块链，它也符合节点网络检查的共识标准。
比特币网络使用的功能越多，它就越能免受大多数类型的攻击。许多较小的区块链都是 51% 攻击的受害者，其中一个人暂时或永久控制了 51% 或更多的网络计算能力，并使用该主导计算能力重组区块和双花（即有效窃取）。
例如，下图显示了比特币网络与其某些硬分叉相比的处理能力。
这两个硬分叉都只有比特币总算力的 1-2% 或更少，并且都遭受过恶意区块重组。事实上，只有 2% 的比特币矿工可以对这两个硬分叉中的任何一个进行 51% 的攻击。相反的是行不通的，因为比特币网络中的矿工多了两个数量级，它们使用的能源更多。
这证明了网络效应在区块链行业中的重要性，以及为什么比特币的功耗使其具有独特的安全性。
这就是为什么要回答“是否可以复制比特币？”这个问题。消极的。你可以复制开源代码，但你无法复制每天保护比特币网络的数百万 ASIC 矿工和每天改进第一种加密货币网络的数千名开发人员。此外，你不能仅仅复制闪电网络的开放通道和流动性——这一切都已经发展了一年多。
试图复制比特币就像复制维基百科内容并将其放在我的网站上。这在技术上是可行的，但作用不大。它不会给真正的维基百科带来流量，因为不会有数亿个来自其他站点的链接。此外，这个版本不会像真正的维基百科那样更新，因为无法说服大多数志愿编辑在我的版本上工作。除非我以某种方式设法完成说服大多数网络切换到我的版本的艰巨任务，否则它将永远是真正维基百科的影子，价值的一小部分。
如果我对 Twitter 的模仿很差，也会发生同样的情况。我可以做一些看起来像 Twitter 的东西，但它不会是真正的 Twitter 及其用户和开发者。
高效的比特币扩容模式
当比特币推出时，它被编程为每 10 分钟创建一个新交易块的矿工将获得 50 个比特币。它还被预先编程为在四年后每个区块支付 25 个新比特币。四年后，这个数字减少到每个区块 12.5 个比特币，然后到现在的 6.25 个。
这种模式将每 4 年持续一次，直到新比特币的数量接近于零并且达到 2100 万比特币的总供应量，这将在 2100 年后发生。在未来的几十年中，矿工通过创建新区块赚取的比特币将越来越少。已经创建了 2100 万比特币中的 1870 万比特币。
然而，矿工也从交易中赚取佣金。发件人以比特币的一小部分支付费用，以确保他们的交易按时添加到区块链中。
在早期，区块通常没有被填满，因此佣金很少。但随着比特币变得越来越流行，区块变得总是满满的，交易虽然仍然很小，但已成为矿工收入的较大部分。
因此，比特币在一开始就具有明显的通货膨胀，但其货币政策正变得越来越通货紧缩，接近于零通货膨胀，其安全预算也在以类似的方式扩大。
下表列出了比特币网络的平均市值、年度安全支出（矿工总收入，包括区块奖励和交易费用）以及每年用于安全的市值百分比：
到目前为止，比特币网络每年在安全方面的支出通常都比前一年多，但每次占市值的比例都较小。这不是某个中心化机构的决定，而是算法、网络成本和矿工个人决定是否挖矿的综合结果。
不了解该算法的记者和其他人经常会忽视区块奖励的减少。正因为如此，比特币的通货膨胀率在下降，矿工收入在总市值中的份额也在下降。
任何认真了解比特币算法的分析师，其实应该更关心的是，未来他严重依赖交易手续费的时候，他不会用太多，但能量不足以保证安全的可能性。
由于安全成本代表矿工的收入，而矿工的大部分成本用于电力，因此这些安全成本代表比特币网络消耗的能源的边际美元价值。事实上，它更少，因为矿工通常会获利。
以我自己的矿工（属于Compass Mining）为例，我的电费现在大约是我挖矿收入的 20%。随着时间的推移，这个数字会有所不同。
接下来，您可以考虑交易费占矿工收入的份额：
如您所见，交易费用每年只占比特币市值的一小部分。比例最高的是 2017 年，当时正处于泡沫的顶峰。2017 年之后，效率有所提升，以至于即使在 2021 年初的牛市中，网络也没有达到这样的水平。
现在，矿工每年占比特币网络市值的比例不到 2%，其中仅包括一小部分费用。2024 年，区块奖励将再次减半，因此矿工的收入可能会下降到市值的 1% 左右。
下一次区块奖励减半将发生在 2028 年和 2032 年。之后，区块奖励将非常小，矿工收入的很大一部分将由交易费组成，矿工收入可能不到市值的 1%，接近 0.25- 的平均稳定值。 0.5% 取决于佣金水平。
由于我们无法确切知道由于波动的、市场驱动的交易费用，这种稳定状态将是什么，这里有一张比特币潜在长期市值（垂直）和年度安全支出占市值（水平）百分比的表格向前：
如果比特币由于某种原因没有增长，最终成为一个失败的项目，或者无限期地保持在目前不到 1 万亿美元的市值水平，那么矿工的收入将大幅下降，因为区块奖励将减少。在 2030 年代，矿工收入可能约为市值的 0.5% 或更少，因此网络将停留在 2018-20 年的能源支出水平。或更低。
如果比特币变得具有系统重要性，比如市值达到 5-10 万亿美元（对应币价为 250-50 万美元）和数亿用户，那么每年 0.5% 的安全成本将达到 25-500 亿美元。这将比 2021 年比特币使用的能源多 2-3 倍，约占全球能源消耗的 0.3%。
如果它达到每枚硬币 100 万美元的令人难以置信的高价，对应 20 万亿美元的市值和数十亿用户，那么 0.5% 的安全成本将是 1000 亿美元，或者是 2021 年的 6 倍。这将是 0.6占全球能源消耗的百分比，这对于数十亿人出于各种目的使用的网络来说似乎是正常的，到那时它必须成为这样才能达到如此高的成本。
由于到那时它将足够大，它很可能会部分取代全球银行系统消耗的能源。全球银行和金融科技公司雇佣了数千万员工。与其他行业一样，软件在根本层面上的应用可以提高效率并减少旧基础设施某些部门对劳动力和房地产的需求，从而释放这些人力资源和相关能源用于其他生产目的。
您还可以重新计算年交易量的这些数字，而不是像某些人喜欢做的那样计算市值。与市值相比，交易量与交易市场的关系更为密切，但由于未花费的交易输出 (UTXO) 的运作方式而难以衡量。因此，了解市值和交易量很有用，这样您就可以看到它们的差异所在。此处的交易量数据来源于Messari根据 Coin Metrics 链上数据调整后的每日历史指标。从历史上看，比特币的流通速度（年交易量除以市值）平均为 5-10，呈下降趋势：
这是比特币网络年交易量、年度安全支出（矿工总收入，包括区块奖励和交易费用）以及每年用于安全的交易量百分比的表格：
下面是同一张表，但只包括交易费用而不是矿工总收入：
如您所见，直到 2016-17 年。佣金很少。然后区块开始定期填满，出现了一个巨大的收费市场。年内平均费用占交易量的百分比从大约 0.02% 到 0.07% 不等。
最后，这是一张比特币未来潜在的长期年度交易量（纵向）和年度安全支出占交易量百分比（横向）的表格：
目前，据估计，比特币网络排放的二氧化碳比我们没有想到的各种随机事物要少，例如烘干机或锌生产。
如果比特币取得巨大成功并产生数万亿美元的价值，它排放的二氧化碳可能与锌生产相当，但仍低于铝生产。换句话说，即使它达到了相当规模，一举多得，它仍然可以与其他各种随机行业相媲美。
要超过铝产量和占全球能源消耗的 1%，网络需要变得真正庞大，考虑到矿工与电网和有限资源的互动方式，即使是这样的高能耗场景也不错。
层级缩放和“每笔交易成本”谬误
比特币网络每天最多可以处理数十万笔基本交易，或每秒大约 5 笔交易。由于定期更新提高了交易密度，这个数字随着时间的推移略有增加。
此交易限制通常与 Visa 等网络进行比较，后者每秒可以处理数万笔交易。
因此，批评者经常指出，比特币每笔交易的功耗非常高，因此网络效率低下，出于环境原因应避免使用。然而，这样的论点有两个问题。
第一个问题是，无论是否进行交易，比特币都会消耗能量。大部分精力用于保护网络。一个区块可以有1200笔交易，下一个可以有2500笔，下一个可以有1800笔，同时，一直有相同数量的矿工接入网络，验证区块，支付电费。无论块是否已满，它们消耗的能量大致相同。
无论你是否决定进行交易，它都不会显着改变比特币网络当前消耗的能量。比特币消耗的能量取决于矿工赚取区块奖励和加密货币的交易费用，因此它的价值取决于加密货币的价格，这取决于人们不消费它，而是将其作为一种价值储存手段持有。交易量只影响交易费用，只有长期平均费用才重要。
想象一下，您每天晚上都运行洗碗机。无论是 50% 还是 90% 满，它都使用相同数量的资源。额外的盘子或叉子不会显着影响洗碗机的能耗。
另一个类比是当您的计算机整天都在运行时，无论您发送 20 封电子邮件还是 100 封电子邮件。“每封电子邮件”的能量多少并不重要，因为无论您在任何一天发送多少封电子邮件，您的计算机都在使用其基本资源级别。
这些论点的第二个问题是误认为每秒 5 个事务是真正的限制。事实上，比特币网络有好几层，就像现在的金融系统一样。
Visa 只是更深层次支付网络之上的一层。例如，在美国有一个 Fedwire 系统。这是银行之间的总结算水平。该系统平均每秒仅处理约 10 笔交易，并根据需要进行扩展，但这些都是非常大的交易，每笔交易价值数百万美元。在这个级别之上，还有Visa、PayPal、实物支票等。
例如，如果您向我发送信用卡付款，这对我们来说似乎几乎是即时的，但实际上并非如此。当一项交易看似完成时，实际上我们的银行之间就产生了债务义务。稍后，他们会将其与许多其他消费者交易结合起来，并通过一笔大的 Fedwire 交易进行结算。
从本质上讲，每秒数以万计的消费者交易后来在 Fedwire 中归结为 10 个大得多的银行间交易。表面层面的交易数量是无限的，因为这些巨大的结算交易的规模也是无限的。
类似地，比特币网络还有其他层：Lightning、Liquid、交易所等。然而，与依赖于长时间等待结算和债务义务的银行系统不同，比特币的许多层通过软件将信任降至最低。
方法一、闪电（二级）
闪电网络是比特币网络之上的一个无需信任的智能合约层，适用于小额交易。
与比特币网络本身一样，闪电网络不为任何人所有。它是一组由不同公司开源的开源标准。Lightning 中的交易是即时的，几乎是免费的，并且随着网络的不断发展，每秒的交易数量没有限制。该网络于 2018 年初和 2021 年初推出，得益于流行的应用程序和交易所开始使用它，它实现了足够的通道流动性，从而真正发挥作用并相当成熟。
在闪电网络中，两个用户可以在一个基础层面上打开一个共同的交易通道，然后在他们之间进行无限数量的交易。数天、数周、数月或数年后，他们可以通过在基础级别进行第二笔交易来关闭该渠道。这意味着可以将数十个、数百个或数千个迷你交易组合成两个基本级别的交易。这就像在晚上或月底在酒吧付账，只是您不必在这里依赖信任，因为智能合约可确保结算发生。
或者，您可以通过闪电网络将交易发送给其他人。如果 Alice 与 Bob 有一个通道，而 Bob 有一个与 Cody 的通道，那么 Alice 可以通过作为中介的 Bob 向 Cody 发送付款，即使她没有与 Cody 的通道。所有这一切都是无需信任的，因为它基于使用比特币底层来保证结算的智能合约。
如果某人有多个闪电网络通道和多个连接的交易对手，他们可以向网络上的任何人（包括他们没有直接通道的大量用户）发送和接收多个交易，并通过少数在这些通道的打开和关闭期间处于基本级别的交易。
在迈阿密举行的比特币 2021 会议上，举行了游戏演示，期间 THNDR Games 在闪电网络中处理了 13,571 笔交易，平均费用为 1.4 聪，或每笔交易约 0.00005 美元。
而且，如前所述，第 3 层的开发还允许使用闪电网络进行安全、去中心化和抗审查的数据传输。
方法二、液体（侧链）
Liquid 是一种开源比特币侧链，它允许交易所等大型实体以比基本级别更快、更便宜的方式结算加密货币。此外，它还有许多其他用途。
在 Liquid 中，比特币通过“传入”交易变成 L-BTC 代币，它可以在侧链上快速移动，直到用户决定通过“传出”交易将比特币返回到基础级别。
Liquid 网络支持节点联合。Liquid 网络无法完全复制比特币底层扎实的安全性和去中心化，但它具有更高的吞吐量和交易速度，安全性和去中心化程度是可以接受的。
换句话说，你可以通过用一定数量的比特币换取 L-BTC 代币来做出一定的妥协。这些代币的价值基于比特币，但它们提供更好的速度和附加功能。通常，在每次传入和传出交易之间有许多与 L-BTC 的交易。
任何智能合约平台都可以以类似于 Liquid 的方式转换比特币。最大的此类平台 Wrapped Bitcoin (WBTC) 将比特币转换为可在基于以太坊的 DeFi 生态系统中交易的代币。还有一些基于比特币的 DeFi 项目也在其生态系统中使用类似转换的代币。
方式三、交换（保管关系）
托管加密货币交易所和比特币平台也是扩展方法。例如，当数百万人在 Coinbase 上进行交易时，这并不是基本级别的数百万交易。这些是中央数据库 Coinbase 中的交易。区块链上的交易仅在用户向 Coinbase 存入比特币或从 Coinbase 取回比特币时发生，或者当 Coinbase 将大量比特币转入冷库或从其他交易所转入或转出冷库时才会发生。
或者这里还有另一个例子：数百万人使用 Cash App 购买和存储加密货币。他们免费将比特币发送到其他 Cash App 帐户。这些不是基本级别的交易，而只是 Cash App 数据库中的交易。基本级别的交易仅在他们将比特币存入或从 Cash App 从外部来源或冷库中取出时发生。（而且 Cash App 有硬取款限额。）
然而，与 Lightning 和 Liquid 不同，Coinbase 或 Cash App 上的托管账户需要对中心化平台的信任，就像您信任您的银行一样。
许多交易所和托管服务已经在使用 Liquid 进行快速结算，有些也开始为零售客户使用 Lightning，因此在提取时不再需要进行基础级别的交易。
如果比特币在用户数量和市值方面继续取得成功并不断增长，那么基础层面的交易将越来越多地用于相互结算，而不是用于日常交易。使用取决于佣金市场。
例如，如果基础级别的平均费用为 1 美元，因为区块空间的使用不是很活跃，那么可以在区块链上进行 100 美元的交易。但是，如果平均佣金处于 50 美元的基本水平，那么小额交易最好在闪电网络中完成。在基础层面上，有许多价值数十万或数百万美元的交易，因此 50 美元的佣金对于他们的发送者来说不是问题。
最终，比特币可与 Fedwire 相媲美，作为一个每秒能够进行 5 笔交易的大型结算网络，交易规模没有限制，因此每天可以转移的金额也没有限制。此外，从不受信任的闪电网络到部分受信任的 Liquid 侧链，再到完全受信任的交易所，附加层允许每秒进行数十万次交易，没有大小限制。结果，随着时间的推移，交易成本和能源成本变得可以忽略不计。
与科技公司的比较
当投资者选择投资哪些刚刚起步、尚未盈利的科技公司时，他们必须对未来进行建模，以确保如果成功，他们的收入增长速度将快于支出增长速度。
以一个新的社交网络为例。最初，它可能无利可图或利润微乎其微，因为支付维护服务的团队的基本成本很高。即使一开始没有用户，也会有基本的启动成本。
然而，有了成功和良好的管理，每个新用户的获取都会变得越来越便宜。成本会随着时间的推移而上升（更多的员工、更多的办公室、更多的服务器等），但如果公司设计良好，它们的增长速度应该低于用户数量和收入的增长速度，从而使公司实现强劲的盈利能力。
比特币不是一家公司，而是一个高效的网络。它的设计使其成本增长慢于其效用，因为区块奖励减少，最终导致仅基于交易费用的安全模型。
我们无法确切知道比特币最终会消耗多少能量，因为我们不知道它将拥有多少用户，也不知道十年或更长时间后费用市场会是什么样子。如果成功，它将消耗比其他情况更多的能量，但随着区块奖励的减少，它在任何情况下的用处都将远远超过其能量消耗。这是关键要点。
比特币如何使用否则会被浪费的能源
除了简单地计算比特币消耗了多少能量之外，还值得考虑它如何使用能量以及消耗何种能量的细节。
人们常常想象矿工与其他行业竞争电力，就好像比特币挖矿应该取代其他一些电力用途一样。然而，由于矿工需要尽可能便宜的能源，他们通常无法与普通电力用户竞争。因此，矿工们正在世界各地寻找电力没有得到充分利用和浪费的低效率情况。
绝大多数能源消费者不能去能源所在的地方；能量必须传递给他们。人们根据地理组织起来，主要围绕运输渠道。我们生活在沿海和河岸的城市、郊区和土地肥沃的乡村。但不是接近能量。
我们不会搬到有石油、天然气和铀矿藏的地方。我们派人去那里，他们会为我们提取它们，并将它们运送到我们的家中、加油站和核电站进行消费。
比特币矿工是不寻常的能源消费者，因为他们可以去有能源的地方。最主要的是要有互联网连接，如有必要 – 至少是移动或卫星连接。这意味着他们以非常有效和不寻常的方式使用能源。
Fidelity 的第一位数字资产分析师，然后是 Castle Island Ventures 的创始合伙人 Nick Carter 在 2018 年敏锐地描述了比特币的功耗：
“工作量证明硬币的一个有趣特性是它们总是愿意以 3-5 美分/千瓦时的价格购买能源。一些最好的能源资产位于传统电网之外。这个全球能源网络释放闲置资产并提供新资产。
想象一下世界的 3D 地形图，其中廉价能源点较低，道路点较高。我认为比特币挖矿就像一杯水倒在这样的卡片上，它沉淀在空洞中并使表面平整。
虽然一些矿工使用廉价形式的传统能源，但这里有一些创新方式的例子，比特币矿工使用这些能源可能未被开发或不需要，这对他们和他们的交易对手都有利。
1）中国未利用的水力发电
长期以来，中国是最大的比特币挖矿管辖区。据估计，中国矿工曾一度占该网络的 70% 以上，但到 2021 年春季，随着其他国家的竞争加剧，这一数字已逐渐降至 50% 以下。然后在 2021 年，可能收紧资本管制的挖矿禁令大幅限制了中国的比特币挖矿，矿工迁移到其他国家。
然而，多年来，中国一直是比特币流动性的一个有趣例子。四川省水电产能过剩严重。在雨季，他们生产的清洁电力比他们需要的多，所以就被浪费了。
由于比特币矿工可以去有能源的地方，因此他们在雨季期间成群结队地涌入四川，以利用这种过剩的能源。不是因为他们是无私的环保主义者，而是因为它便宜而且没有其他人使用它。原本会被浪费且对运营商无利可图的电力可以非常便宜地出售给那些发现其用途的人。
这是剑桥大学对中国各省在不同季节对中国比特币总哈希率的贡献的估计。四川-黄顶：
中国禁止采矿后，计算能力和数十亿美元的年收入迁移到北美和其他地区。但长期以来，这是比特币矿工如何使用未使用和浪费的能源的一个很好的例子。
2) 可燃气体
许多油田还含有伴生天然气。
如果这种气体足够，可以将其收集起来，通过管道或其他运输网络输送，作为主要能源使用，因为当然，天然气对电力和供暖非常有用。但是，如果这种气体不够用，那么收集它或修建管道在经济上是无利可图的。
那他们怎么办？气体被排放到大气中或被燃烧，因此被浪费了。当它被简单地释放到大气中时，它通常以甲烷的形式存在，这是一种比二氧化碳更强的温室气体。当它燃烧时，它以二氧化碳的形式进入大气。无论如何，它都被浪费了，这样做会增加大气中温室气体的数量。
从规模上看，美国能源情报署（EIA）在其 2020 年度天然气报告中估计，2019 年美国平均每天燃烧或排放的天然气量为 14.8 亿立方英尺。根据剑桥大学的数据，这大约是每年 150 TWh 的能源，超过了比特币在 2021 年的总年化峰值功耗。Cambridge 还计算出，与 2021 年使用的比特币网络相比，燃烧的天然气可能产生 8 倍的能量。
换句话说，几乎整个比特币网络在 2021 年达到顶峰时都可以假设在美国使用未开发的天然气，更不用说世界其他地方了。
有几家私营采矿公司专门在有未使用天然气的油田附近安装移动采矿设备。
这种情况对石油和天然气生产商和矿商都有好处。前者出售天然气而不是浪费天然气，同时提高了环境友好性并满足政府的天然气燃烧限制。同时，矿工获得了非常便宜的能源。或者，一些矿业公司也向石油和天然气公司出售设备并进行定制，这样他们就可以直接从比特币价格上涨中获益。
特别是，北达科他州以其未使用的天然气而闻名。根据 EIA的数据，该州生产的天然气中有近 20% 被燃烧掉。这种火炬气相当于每年数十太瓦时的电力。2014 年，北达科他州浪费了 35% 的天然气，该州通过了法规试图降低这一数字。比特币矿工可以吸收大量这种浪费的能源，这种状态下的挖矿确实在增加。
2021 年 7 月，我给 Great American Mining 的业务发展总监 Marty Bent 发了电子邮件，了解该公司的运作方式。Great American Mining 是一家私营公司，与石油和天然气生产商合作，在石油和天然气生产地点安装移动采矿系统，并使用多余的天然气开采比特币。
Marty 令人信服地解释了为什么这种闲置气体几乎只能由比特币矿工使用，而不能由数据中心等类似行业使用：
“因为比特币是一个分布式点对点网络，交易不依赖于任何一个矿工，加密货币矿工比其他能源密集型计算过程（例如服务器场）更能利用闲置气体，因为他们可以生存局部中断，不会对整个网络的运行产生重大影响。服务器场负担不起，因为它们的运行中断将严重影响关键业务运营。此外，矿工传输到矿池的数据量非常小，不需要很大的带宽，因此他们使用移动互联网在偏远地区工作比其他能源密集型过程要容易得多。”
我问他什么样的存款最好。他回答说，那些处于凉爽气候（当前一代的比特币矿工需要良好的空气冷却，这会消耗能源）和/或具有更严格的气体燃烧要求的司法管辖区。而且，由于各种限制，陆地上的地方比海上好：
“在对天然气燃烧进行严格监管的司法管辖区，机会尤其多，因为石油和天然气生产商有强烈的动机减少他们燃烧的天然气量。由于燃烧过多，他们将被迫关闭他们的水井一段时间。
是的，那些开发页岩矿床的人肯定比那些在海上钻井的人有优势，因为海上作业所需的电力要求和许可证比在陆上钻井时更严格。此外，与陆地上的沉积物相比，海上放置容器和发电机的区域非常小，因此结垢可能是一个问题。在浸入式冷却系统成熟之前，那些在相对凉爽气候下工作的人至少在中短期内也会受益。此外，拥有天然气矿藏和油井的矿业公司处于更有利的地位，因为它们不必向矿藏所有者支付租金。”
在我看来，使用闲置气体（和闲置水力发电）的矿工是最环保的。它比太阳能电池板、风能和类似能源要好，否则石油公司就会浪费这种能源并将其排放到大气中。
3）将比特币挖矿作为网络电池
电网需要补偿波动的供需水平。
一些电力来源非常稳定，例如全天候运行的基本核电站。其他来源，如风能、太阳能和水力发电，则变化更大，取决于变幻莫测的大自然。由于这种局部波动，电力供应必须是过剩的，这样即使发电量特别少，也足以满足人们的需求。
就需求而言，某些日子比其他日子需要更多的电力。例如，如果你看我的煤气费和电费单，我冬天用的煤气比夏天多很多，因为夏天只用来做饭，冬天还用来取暖。同时，在夏天我会用更多的电，因为每年的这个时候，除了照明和那些常年工作的电子产品，我还要打开空调。此外，还有一些高峰期，例如一年中最热的一天，此时几乎每个家庭的空调都在满负荷运转。必须考虑到这样的日子。
因此，由于供需双方的波动性，电网需要的容量比平均每天使用的容量大得多。其中一些容量可能会有所不同，例如峰值燃气发电厂，可以根据需要快速打开或关闭。其他无法控制，例如太阳能电池板和风力涡轮机。如果你有多余的太阳能和风能，但不使用它们并将其出售给另一个电网，那么它们就会被浪费掉。
太阳能和风能的问题之一是储存成本非常高。尽管我们拥有所有人类的聪明才智，但我们仍然没有学会如何生产用于电网的具有成本效益的电池。这是一项非凡的体力劳动。当然，我们可以为某些理想条件制造电池，但大规模使用它们在经济上不可行。
下图显示了各种能源投资的能源回报率。换句话说，它衡量在给定成本下可以获得多少能量。较小的黄色条包括间歇性能源的存储能源成本。核能的能源乘数为 75（并且没有缓冲/存储成本），这是最正确的，而风能和太阳能则很低，尤其是在包括存储成本的情况下：
开采比特币使剩余的可再生能源有利可图，因为它可以让你将剩余的货币化。任何希望拥有可靠能源的社区仍然需要过剩的电力容量，在风能、太阳能和水力发电的情况下，由于波动性，这一点更为重要。然而，过剩的产能通常不是很划算，除非它在不用于基本需求时用于有利可图和有用的事情。
比特币矿工是解决这个问题的独特方法。它们可以使过剩产能有利可图，因此在解决储能问题方面发挥间接作用。
大多数时候，当供应大于需求时，矿工作为电力的消费者之一，可以将电力用于他们的机器，赚取收入并支付账单。如果需求激增或供应萎缩，导致产能过剩地区停电，矿工可能会暂时下线。
通过精心起草的销售合同，这可以顺利进行。一家能源公司可以为矿工提供该地区最低的利率，作为回报，他们可以容忍更大的波动并同意其他灵活的条款。
矿业公司 Griid 的战略副总裁 Harry Sudok 在2021 年 6 月的播客中向 Peter McCormack 解释了这一点：
“能源生产商不希望处于削减供应的境地。让我们以风力涡轮机为例。涡轮机产生电力。一些地区的市场价格为负，因此生产商不愿向任何地方输送能源。她消散了。
如果他能与另一个准备好忍受消耗中断的能源申请人达成交易，可以在某些时期使用它而在其他时期不使用它，那么这就是一个真正有价值的客户。
我相信矿工是特殊的，他们在技术上比传统的电力消费者更先进。我们有两个“能源超级大国”：第一，能源占我们每个月开支的80-90%；其次，我们可以间歇性地消耗能源，而不会对我们的商业模式造成太大损害。因此，如果有人说我们需要每年关闭我们的矿机 100 或 500 小时，我们不会拒绝，我们会说，“我们需要在我们支付的能源价格中反映这一点。”
所以当我想签电力合同时，我是这样说的：“我需要你给我尽可能低的价格。我准备讨论所有其他方面：我们将连接多少设备；我们应该多久给你一次能量？我们是否应该在您的能量系统中扮演任何其他创造性的角色？我们是否应该在两个不同的点之间划分我们的能力；我们应该为安全预算做出贡献吗？”
我们的任务是实现最低和最具竞争力的能源价格，并与生产商就所有其他变量进行谈判。”
我要补充的是，矿工的第三个超级大国是能够移动到电力来源所在的地方，从而最大限度地减少运输损失，从而使电力保持便宜。也就是说，比特币矿工是独一无二的，因为：1）他们几乎所有的交易成本都是电力；2）他们可以容忍消费中断；3）它们在地理方面具有灵活性。因此，他们可以牺牲大多数其他公司无法牺牲的变量，以换取充足电力的最低价格。
凭借转向能源的能力，矿工还可以填补需求或其他特殊情况下的意外缺口。例如，在同一个播客中，Sudok 描述了以下案例：
“这是目前正在发展的真实情况。将在一个地区建造一所新医院。在能源公司管辖范围内，有17000户消费者、家庭。医院不得不将该地区的能源消耗量增加一倍。没有人会否认医院会善用电力。
因此，电力公司重建了输电线路，建造了一个新的变电站来处理额外的负荷，但随后医院项目分崩离析。
因此，在该地区投资了数百万美元以吸引大客户。而现在这些成本必须转嫁给这 17,000 户家庭，除非他们能找到这种能源的其他用途。他们做了什么？他们打电话给我们的能源管理副总裁说，“我们有盈余。如果我们找不到主要的能源买家，那么成本将不得不转嫁给无法承受更高能源价格的家庭。”
因此，我们有很好的机会帮助这家能源公司，在之前的项目倒闭时成为他们的客户，支持社区并稳定未来十年的能源价格。很少有人讲述这样的采矿故事。此外，这种能源 60% 不含碳。”
这就是为什么 Twitter 和 Square 的首席执行官 Jack Dorsey 提出比特币网络正在推动可再生能源这一有争议的说法。Square 在2021 年春季发布了有关此主题的白皮书。这篇文章的要点之一如下：
“比特币矿工是独特的能源买家，因为他们提供非常灵活且易于中断的工作负载，以全球流动的加密货币支付，并且在地理上完全独立，只需要互联网连接。这些品质共同代表了一项非凡的资产——最后的能源买家，可以在世界任何地方立即打开或关闭。”
目前，比特币对于网格工程师来说太过小众，无法融入他们的系统，但如果矿工变得更加引人注目，他们将能够更深入地融入网格项目和关税市场。
如果比特币网络变得足够大，挖矿设备可以位于任何永久能源附近，以吸收这种能源的可变供应和最近电网对它的需求，从而有利可图，这样它就不会被浪费。这降低了能源生产商和消费者的成本，并可以使可再生能源更具成本效益。
在2021 年第三季度业绩公布后比特币矿业委员会的简报会上，最大矿商 Marathon Digital Holdings 的首席执行官表示，他认为托管是该行业的未来，他的公司正在与一些最大的北美电力供应商就将矿机放置在发电厂附近的话题进行了讨论，这些公司有团队正在研究这个问题。2021 年 11 月，初创公司 Lancium 筹集了 1.5 亿美元建立了一个专注于稳定德克萨斯电网的矿场，得到了州参议员的积极回应。
因此，我相信如果比特币超过全球能源消耗的1%就没有问题。到那时，它将针对能源系统进行优化，并且可能对其有用，而不是相反。
4）新能源技术开发
比特币挖矿的灵活性还使其能够填补新清洁能源技术的空白，帮助他们扩展和验证他们的概念。这是一个真实世界的例子，它也符合之前关于电池吸收多余能量以发挥其优势的主题。
Oklo Inc 是一家计划建造创新核电站的初创公司。大多数现有的核电站都是巨大的，价值数十亿美元。但 Oklo 打算建造占用更少空间、成本更低、产生更少能量且建造速度更快的微反应器。
此外，Oklo 反应堆将能够使用传统核电站的废物作为燃料来源。从本质上讲，这降低了现有核废料的放射性。
正如ZME Science报道的那样：
“初创公司 Oklo 计划为我们提供可靠且具有成本效益的能源，同时解决放射性废物的问题，这些废物必须在特殊条件下储存数十万年。他的解决方案是在不试图减缓材料放射性衰变的独立反应堆中重复使用废物。从本质上讲，这样的反应堆将能够从燃料中提取比已经消耗的更多的能量，从而允许使用放射性废物中发生的自然过程，而不是简单地污染环境。
Oklo 联合创始人 Jacob DeWitt 告诉 CNBC：“我们把需要在未来 10 万年或 100 万年思考的废物……转化为需要在未来数百年甚至数千年思考的东西。”
然而，与任何技术一样，都有一个“但是”。你应该问问自己：“为什么你以前没有想到这一点？” – 特别是因为 Oklo 使用已经存在了几十年的成熟的分裂核心技术。
除了需要在对核电不太有利的环境中获得监管批准外，问题还在于 Oklo 发电厂规模小，这当然意味着盈利能力非常有限。该公司提议其发电厂可以在现场无人监督的情况下实现自动化和运行。这让监管机构感到困惑：委婉地说，无人值守的核电站是有风险的。
这就是矿工出现的地方：比特币可能可以解决这个问题。
Oklo 最近宣布与 Compass Mining 建立 20 年的合作伙伴关系。从 2020 年代初开始，Oklo 将为 Compass 提供至少 150 兆瓦的电力。
“加密货币挖矿为加速采用绿色能源技术提供了有前途的方法，Oklo 致力于通过为最终用户提供一种方便的方式来购买他们可以依赖的清洁、可靠和具有成本效益的能源来响应商业需求，”Devitt 补充道.
Oklo 打算优化其发电厂，以便它们能够与最便宜的能源形式竞争。
奥克洛先进的核电站可以产生长达 20 年的可靠电力而无需补充燃料供应，并且能够将核废料转化为清洁能源。这个商业项目是可扩展的，Oklo 可能会增加额外的容量来加速 Compass 绿色采矿，为使用先进核心裂变技术的比特币采矿经济做出贡献。
我联系了 Compass 的 CEO Whit Gibbs 了解更多细节。
他解释说，例如，Oklo 可以与一个小城市达成协议，通过在其郊区建造一个小型发电厂来为其提供廉价的清洁能源。这个假设示例中的 Oklo 反应堆可能具有 15 兆瓦的容量，但城市只需要 10 兆瓦。因此，Compass 将在 Oklo 发电厂安装 5 兆瓦的矿机，以将多余的能源货币化并使整个项目具有成本效益。如前所述，比特币矿工特别适合这一点，因为他们可以转移到有能源的地方，并在必要时在偏远地区工作，填补任何空白。
此外，所有这些将位于 Oklo 发电厂的比特币挖矿设备当然需要人员和安全保障。通过这种结合，作为与支付过剩电力的矿工合作的副作用，Oklo 发电厂现在将提高安全性和监控。这显然解决了盈利和安全问题。
如果城市在几年内需要更多的电力，矿工们可以减少他们的电力消耗并将他们的机器转移到其他地方。如果城市需要更少的电力，Compass 可以引进更多设备来填补缺口。这降低了 Oklo 的风险。
我不知道 Oklo 的发电厂是否会成功，但由于比特币挖矿的灵活性，这种新绿色能源的概念验证和扩展方法值得关注。
另一个例子：初创公司 PRTI将旧汽车轮胎转化为碳氢化合物资源。全世界每年有超过 10 亿个由碳氢化合物制成的旧轮胎被丢弃，其中大部分被简单地掩埋或焚烧。
PRTI 开发了一种独特的加压锅炉设备，可将旧轮胎燃烧成碳氢化合物，然后出售。然而，该过程也会释放可用于发电的气体。由于该公司主要不在人口稠密的中心运营，而是在有公共汽车的地方运营，因此当地电网通常不会发现这种电力有多大用处。没有足够的气体被释放来建造管道或将其用于任何其他目的。
因此，PRTI 使用这种气体就地开采比特币。正如DCD 报道的那样：
“Product Recovery Technology International (PRTI) 在罗利 [北卡罗来纳州] 北部的富兰克林顿回收废弃轮胎，以回收石油、合成气、炭黑和钢铁。然后将气体转化为电能，供附近的比特币矿工使用。这个过程是可扩展的，能源可以用于其他目的，公司计划在其他地方开展工作，包括在欧洲。”
有趣的是，连这篇文章都得出了错误的结论。文中插入了对比特币的语无伦次的批评：
“当然，比特币的创造本身并不能带来环境效益，因为加密货币只是通过燃烧能量来产生抽象价值。加密货币挖矿消耗的能源比阿根廷那么大的一个国家还要多，并且留下了非常大的碳足迹，因为并非所有使用的能源都来自可再生能源。它从其他应用程序中借用能量，增加了人类的碳足迹。”
如果作者深入研究这个话题，他就会知道为什么 PRTI 用其多余的能量来开采比特币，而不是将其发送到电网。正如 PRTI 联合创始人兼前首席执行官杰森威廉姆斯在接受投资者播客网络采访时解释的那样，当地电网为公司提供的每千瓦时电力价格非常低，因为他们不需要这种能源，因为 PRTI 的工厂靠近垃圾填埋场，而不是在人口中心… 市场价格决定了需求的缺乏。回收轮胎产生的这种未使用的能量，否则将被燃烧或掩埋，并不是从其他用途“借来”的。
PRTI 只是使用该过程中产生的相对少量的能量——否则这些能量会被浪费或以不经济的速度输送到电网——来开采比特币。这有助于企业保持盈利，因此公司可以继续发展并通过回收轮胎和减少全球巨大的废物和污染物来源来做有益的工作。比特币挖矿只是对这一开创性过程中产生的能源的最有利可图的使用。
5) 旧电厂的现代化改造
由于矿工是可移动的，可以使用其他人无法使用的能源，因此有时可以升级并重启以前关闭的发电厂，以开采比特币赚钱、创造就业机会，并为当地电网供电。
在这方面特别受欢迎的地区是魁北克，加拿大其他一些省份也是如此。有很多未开发的水力发电能力，就像在中国一样，所以矿工越来越多。据比特币杂志报道：
“例如，不列颠哥伦比亚省和魁北克省这两个加拿大最大的经济体，都是建立在资源开采的基础上的，主要是林业和传统采矿业。但该地区许多由水力发电大坝提供动力的木工、纸浆和造纸厂已经搬迁或关闭，留下能源和基础设施。
华盛顿州和纽约州有类似的优势：在该地区以制造业为主、工厂必须靠近能源来源才能盈利的时代遗留下来的大量廉价闲置能源。”
我可以在 Compass Mining 的案例中证实这一点。查看他们的设施清单，其中许多在加拿大使用类似的未开发水力发电。
然而，闲置资产不仅仅是老旧的水力发电厂。其中包括老旧的燃煤电厂。《华尔街日报》2021 年 5 月的一篇文章给出了一个有争议的例子：
“其中一个最雄心勃勃且最具争议性的项目是由私营公司 Atlas Holdings 构想的。该公司位于康涅狄格州格林威治，专门为陷入困境的公司重新定位。2014 年，它收购了纽约州德累斯顿的 Greenidge 燃煤电厂，该电厂多年前因无利可图而关闭。
阿特拉斯首先将发电厂从煤炭转向天然气。然后在 2020 年，该公司使用发电厂产生的电力启动了比特币挖矿数据中心。该公司表示，目前正在以 19 兆瓦的功率开采，并计划到 2022 年底将其增加到 85 兆瓦。”
一方面，Greenidge 发电厂没有投入使用，多亏了比特币，它恢复了生产性工作，使用天然气（比煤炭清洁得多）并在该地区提供就业机会。此外，根据文章，部分电力被输送到电网。
另一方面，有人注意到发电厂部分加热了附近的湖泊，这对当地生态产生了负面影响。当然，如果发电厂被用于其他目的，也会产生同样的负面环境影响，而且它最初并不是为了比特币而建造的。矿工们刚刚复活了她。
对于任何如此规模的行业，当然都会有环境问题的例子。而且决定权应该由当地司法管辖区做出，无论是比特币、铝加工还是其他什么。
虽然一些司法管辖区以环境为由反对此类活动，但其他司法管辖区则希望吸引比特币矿工。例如，在肯塔基州，他们在 2021 年通过了一项法案，为来到该州的矿工提供税收优惠。他们可以使用未使用的能源资产，增加电网容量，创造就业机会，并为国家提供新的税收来源。2021 年，肯塔基州确实出现了大量矿工涌入。
6) 对发展中国家电力工业的支持
许多低收入国家拥有丰富的能源资源，包括水资源。然而，他们常常发现自己陷入了恶性循环。建设将电力从生产地输送到消费地的基础设施成本太高。而且他们无法筹集到足够的资金，因为没有足够的生产能力来使用电力。
比特币为其中一些新兴地区提供了一个有趣的机会来扩大他们的电力容量并创造收入。如果能源已经被开发出来，矿工就可以来并立即开始获利，直到这些电力得到更好的利用。正如人权基金会的亚历克斯·格拉德斯坦 (Alex Gladstein)在 2021 年 5 月所描述的那样：
“发展中国家数十亿人面临能源浪费的问题。为了实现经济增长，他们需要扩大电力基础设施，这是一项资本密集型且复杂的工作。但是，当他们在外国投资的帮助下建造发电厂以试图将可再生能源带到偏远地区时，往往不需要电力。
例如，许多非洲国家拥有丰富的太阳能、风能和水资源。这些资源可以作为经济活动的引擎，但当地社区和政府通常没有资金投资基础设施来启动这一进程。
外国发起人和投资者不愿支持没有可持续发展或盈利前景的项目。如果没有强大的输电线路将能源从收集点输送到社区，发电厂建设者可能要等上数年才能在没有外国补贴的情况下运营。
在这里，比特币可以在激励方面改变游戏规则。新的发电厂，无论距离多远，都可以立即产生收入，即使没有输电线路，也可以将它们的能量输送到加密货币网络中，并将阳光、水或风转化为金钱。
随着愿意为能源支付高于矿工负担能力的地方政府或客户逐渐连接到发电厂，能够用于比特币的容量将减少，而附近的社区将会增长。因此，采矿可以促进经济活动和可再生能源网络的发展。国际援助可以推动它。”
我认为总的来说这是一个有趣且未被充分研究的领域。
2021 年 6 月，当萨尔瓦多宣布比特币为法定货币时，这一概念受到了关注。格拉德斯坦在一次在线活动中询问布克勒总统是否愿意考虑使用该国一些未开发的地热资源进行采矿。Bukele 回答说这不是个坏主意，几天后他说他已委托一家国有地热运营商制定比特币开采计划。
很难说这是否会成功，但它是一个贫穷国家的潜在收入来源，并且使用清洁能源。当这些资源被用于有利可图的采矿时，如果定居点需要更多电力，它们可以在未来用于其他目的。
比特币工作量证明和替代方法
因此，我们发现比特币仅使用了世界能源的不到 0.1%，而且这些能源中有很大一部分是可再生能源，否则会被浪费掉。凭借其灵活性，它还可以帮助将新型能源推向市场。
但是，是否有可能制造出更加节能的区块链？这就是权益证明的目的，而不是比特币的工作量证明模型。许多新兴的加密货币使用股权证明作为其共识和安全模型。
如前所述，工作量证明是一种系统，矿工们使用电力和计算能力来竞争创建将被整个网络接受的最长区块链。
相比之下，股权证明是一种系统，加密货币持有者可以保留他们的代币，使用它们对有效的区块链进行投票，并获得新代币作为成功创建区块的奖励。他们没有投资电力和计算能力来在区块链中创建新区块，而是将他们的硬币放在线上。
工作证明很简单，因为不需要惩罚试图验证错误区块链或创建不遵守节点网络规则的无效区块的坏矿工。他们的惩罚是在无效或不会被包含在最长区块链中的区块上浪费电力，因此赔钱。他们伤害自己，因此很少有人故意这样做。区块链与真实资源之间存在着切实的联系。
所有权证明更加困难，因为与真实资源没有联系，系统需要一种方法来惩罚那些投票给“错误”区块链的人。此外，需要有一种方法来确保参与者不会对所有可能的区块链进行投票（这在工作量证明的情况下是不可能的，因为它需要真实的资源）。因此，股权证明是一个更复杂的系统，它从那些投票错误的人那里获取硬币，并能够检查参与者是否在多个区块链上投票。
Ben Edgington 是以太坊的开发者，也是其向权益证明过渡的支持者，他在Compass Mining 播客中解释了区块链在从 PoS 缓慢（和长期延迟）过渡过程中面临的长期挑战。工作到一个新的模型：
“五年多来，我们一直依赖以太坊的工作量证明。转向权益证明需要时间，因为它是一个复杂的模型。工作量证明本质上非常简单、易于分析、易于实施，而权益证明有很多变数。工作量证明算法可以用大约一百行代码编写。我们目前的客户拥有数十万行的所有权证明。
此外，我认为所有权证明的理论基础需要时间才能成熟。如何使其可持续发展绝非显而易见。存在远程攻击和其他不在工作量证明中的可能性。所以我们必须考虑所有这些并找到解决方案，这需要时间。因此，我们依赖于一种经过验证的工作量证明算法，该算法可以很好地服务于以太坊。”
播客主持人透露，比特币的早期支持者最初对股权证明感兴趣，但认为它有太多的攻击向量。然后他问 Ben 以太坊和权益证明模型如何抵御这些攻击。Ben 相信这个模型是稳健的，并且描述了工作量证明解决方案如下：
“第一个很难解决的问题是所谓的“多价值”，这意味着几乎可以免费创建区块，所以我可以提出两个、三个或一百个竞争区块并广播它们到没有真正方法区分它们的网络。这会严重损害区块链，将其分裂，因此我们使用一种称为“修剪”的机制来解决这个问题。如果有人提出冲突的区块，则在该机制下被视为违规。网络可以检测到它。另一位参与者可能会说：“这是同一个验证者同时提出的两个区块；他们上面有他的签名，所以这是不当行为的证据。” 然后这样的验证者会失去部分份额并从网络中删除。所以只有一次机会。在工作量证明中，如果 51% 攻击失败，你可以一遍又一遍地重复。在 PoS 中你只有一次机会，之后你与网络断开连接，你的空气被阻塞了一段时间，所以网络本身解决了这方面的问题。这是一个重大的理论突破，人们因此相信它是可行的，可以抵御攻击。
第二个问题被称为远程攻击。这里有很多微妙之处，但基本思想是当你作为验证者退出网络时，你实际上可以回到过去。也就是说，我可以离开网络，返回一个月并创建（如果我有足够的验证器密钥）任意数量的历史区块，实际上为区块链编写另一个与当前区块冲突的历史，自从我离开网络，我不能排除在外。这是远程攻击。我们对此有分析和理解，比特币人不会喜欢它，但我们称之为“弱主观性”。这个想法是，经常在线的人总是安全的，因为他监控区块链并且总是知道哪个区块链是正确的。如果你从头开始同步，从创世块开始，加入攻击者的区块链是有危险的，所以你需要某种检查点来确保你在正确的区块链上，并且你需要从一直在线并且保证在正确区块链上的人那里获得. 这就是“弱主观性”。关于此类检查点应多久创建一次以及如何依赖它们的规则，我们正在开发“几乎无需信任”的机制来获得对这些检查点的访问权限。我知道这与比特币的意识形态有很大不同，因为任何人都应该能够同步到创世块并知道他们在正确的区块链上而不必信任任何人。在股权证明中，这似乎非常困难，所以我们做出了这个妥协，但我们相信
除了更大的复杂性、信任和攻击面之外，股权证明的主要问题是它可能会受到中心化的影响。您拥有的硬币越多，您拥有的选票就越多，您获得的新硬币也就越多。由于您无需花费资源储备币，您可以简单地通过奖励增加您的质押，逐渐增加您在网络中的影响力。
这就像一个政治制度，你每拥有一百美元就可以投票，然后每投票一次，你就会从政府那里得到另一美元。拥有 20,000 美元的教师玛丽将获得 200 张选票，每张选票可赚取 200 美元。拥有2000亿美元资产的杰夫·贝佐斯将获得20亿张选票，通过投票赚取20亿美元，他的财富是玛丽的1000万倍，政府为此付给他的钱也更多。
很少有人愿意生活在这样的制度下。迟早，它可能会变成寡头垄断，多数选票将被少数亿万富翁控制。如果区块链变得中心化，它将破坏它的想法。
这种股权证明系统最适合私人股本利益，例如公司。公司的每一股在决定董事会的提案或席位时都有一票表决权，因为所有者根据其持股比例决定公司将做什么。
所以我不认为股权证明对于其他加密货币来说不是一个糟糕的模型，如果它们更像公司的话。这种模型会增加攻击协议的成本，因为一个攻击者或一组攻击者需要购买一半以上的硬币（除非由于攻击面较大，他们可以找到漏洞并加以利用）。例如，有些 DeFi 项目或平台可以像公司一样运作，并使用股权证明来提高效率，如果一切顺利，攻击它们的成本太高。
但我发现股权证明不适合民主、去中心化、抗审查的全球货币，尤其是因为这篇文章表明比特币的能源消耗在全球范围内是多么微不足道，更不用说它的诸多好处了。
或者，正如Blockstream 的联合创始人兼首席执行官 Adam Back所描述的那样：
“这可以在其他商品货币的情况下看到，例如黄金。这样的系统之所以有效，是因为创造货币是有成本的。我相信无成本创造的金钱最终会被政治化。然后那些离钱更近的人就会占便宜，这就是众所周知的坎蒂隆效应。”
在比特币网络等工作量证明系统中，权力更好地分配给矿工、开发人员和节点。如果能够投资并找到便宜的电力，任何人都可以成为矿工。老矿工的优势不会随着时间的推移而增加，但相反，新矿工有优势，因为他们购买更新的机器，由于摩尔定律，计算能力更强。新旧采矿业务都在使用新的廉价或未开发能源资源不断改进。
此外，比特币的开发人员竭尽全力使运行完整节点变得容易且便宜（与几乎所有其他加密货币不同）。在比特币网络中，真正的权力不在于矿工，而在于节点。如果矿工串通并试图挖掘无效区块，节点网络将不会接受它们。
许多其他后比特币区块链做出了许多让步，包括要求节点具有强大的处理能力、带宽和磁盘空间，以便只有工业规模的实体才能拥有它们，从而使网络由少数大型运营商控制。
比特币的工作量证明和小块大小为用户提供了巨大的权力。任何拥有全节点的人都可以审计整个区块链、验证交易并参与确保共识的网络效应。
比特币如何通过不使用股权证明而幸存下来
对于那些对比特币和整个加密货币领域感兴趣的人，我建议您阅读2021 年出版的Block Size War一书，该书描述了比特币网络的历史以及不同群体在允许他们使用的协议类型方面的斗争。查看谁拥有权力（开发人员、企业矿工）。/交易所或个人用户/节点）。这是对第一种加密货币去中心化程度的真正考验。
自网络早期以来，那些想要增加区块大小的人和那些想要保持区块较小的人之间一直存在争论。增加区块大小将使网络每单位时间处理更多交易（忽略二线解决方案和侧链，如 Lightning 和 Liquid，当时还不存在）。但是，这会增加全节点的带宽和磁盘空间要求，这会将拥有笔记本电脑或 Raspberry Pi 的普通用户排除在该过程之外。
如果用户不能自己挖掘或运行完整节点，他们将被迫信任大型网络运营商，比特币将不再是一个无需信任的去中心化系统。
这些分歧几乎是在协议推出后立即开始的，但一场全面的区块大小之争在 2015-17 年展开。
在 2017 年的某个时候，超过 80% 的算力矿工、最大的挖矿设备制造商、比特币的前领先开发商以及一些主要的托管人和交易所，包括 Coinbase 和 Grayscale，都主张通过升级来增加区块大小SegWit2x（不要与 SegWit 混淆）。这是业内企业的大力支持。然而，他们失败了。当时的主要开发人员和个别节点运营商不支持该计划，因此，也由于其他一些原因，它被取消了。
“SegWit2x，（缩写为 B2X 或 S2X，最初是 SegWit2Mb）是纽约协议中描述的一个失败的硬分叉，它本应增加最大区块大小。硬分叉被批评为 CEO 和大企业所有者出于自私目的试图改变货币开发的协议和周期。
尽管超过 80% 的矿工表示支持 SegWit2x 和纽约协议，但他们并未在 Bitcoin Core 社区和开发者之间达成共识。”—— Bitcoin Wiki
如果比特币使用权益证明，而个别节点运营商在网络中没有实权，这些大型企业玩家可能会改变比特币网络，那么普通用户将无法运行全节点，这将进一步集中协议..
如果比特币是建立在股权证明模型上的，你拥有的硬币越多，你在网络运营决策中的发言权就越大，大型交易所和托管人可以使用他们必须投票的数百万客户硬币以适合他们的方式。
一些较大的区块倡导者在这场战争中创建了他们自己的原始区块链的分支，包括 Bitcoin XT、Bitcoin Classic、Bitcoin Unlimited、Bitcoin Cash 和 Bitcoin Satoshi Vision。市场不接受他们中的任何一个，所以他们的市值和计算能力结果比比特币小得多。
工作量证明和小型全节点是目前已知的实现充分区块链去中心化和最大安全性的主要方式，包括最坚不可摧的攻击面。如果比特币曾经迁移到另一个系统，它将得到压倒性的用户共识。
所有现有的降低比特币网络能源密集度的提议，以及所有提议的比比特币更好的新区块链，都有一定的让步。这些让步可能对其他区块链有意义，但对比特币则不然。
综上所述
比特币社区对于如何应对环境问题没有达成共识。
该行业的许多主要公司已经成立了比特币矿工委员会，以收集矿工关于他们使用的能源的自愿数据。2021 年第二季度的结果显示，比特币挖矿使用的绿色能源比例高于几乎任何国家的电网。
比特币矿工委员会及其支持者的共识是，这是向投资者和政策制定者提供的有用信息。比特币挖矿有很高比例的绿色能源是合乎逻辑的，因为它默认寻找廉价和闲置的能源。这为投资者和政策制定者提供了有用的数据，而不是媒体经常掀起的歇斯底里。
一些较小的矿工和个人用户反对这样的议程和行业委员会的想法。在他们看来，电网对环境问题的反应不应比其他行业更敏感，他们担心监管机构可能会在不了解电网如何消耗能源的情况下，试图强制电网优先使用某些类型的能源。例如，使用未使用的天然气，否则将被简单地燃烧，这是尽可能环保的，即使它是一种化石燃料。
我认为双方的论点都很有说服力。作为一名分析师，我发现了解有关该行业的事实很有用，但我也理解为什么许多业内人士对这种提出问题的方式以及监管机构改变或集中其活动的任何（通常被误导的）尝试持谨慎态度。
研究总结
这项长期研究的主要结论如下：
- 比特币允许您存储和发送资金。数百万参与者的市场已经决定这是一个有价值的网络，就像所有有价值的东西一样，它会消耗能量。
- 比特币挖矿使用的能源不到全球所有能源的 0.1%，其默认能源消耗不能超过其提供的效用。
- 否则，比特币消耗的大部分能源将不会被使用和浪费。比特币矿工具有独特的能力，可以在偏远地区工作，并使用其他消费者无法使用的间歇性能源，前提是价格便宜。
- 由于预编程的区块奖励削减（结构性通货紧缩），该网络每年都变得更加节能。此外，闪电网络等附加层随着它们的增长进一步提高每笔交易的能效。与任何功能性金融系统一样，比特币采用分层方法进行扩容。
- 使用低能量共识模型（例如股权证明）的区块链正在做出一些让步。免费奶酪只是在捕鼠器中，所以这些其他类型的共识不一定比比特币的工作量证明模型“更好”，因为它们有更多的攻击面和更高的中心化风险。
因此，无论比特币在更主流的采用方面继续成功还是失败，都不存在网络在全球范围内消耗过多能源的风险。以任何标准衡量，与全球能源消耗相比，比特币都在误差范围内，它使用的大部分能源都是绿色能源或以其他方式浪费的。
那些过分关注比特币可持续性的人往往会忽视 ESG（环境、社会和公司治理）公式的其他组成部分——社会和治理。我认为比特币在 ESG 概念中优于大多数其他资产，只是没有通常赋予该术语的企业意义。
