比特币网络安全由能源成本决定？探讨算力、效益与能源消耗间关系

我们不应该将网络安全与算力挂钩，而是与挖矿的能源成本挂钩。毕竟能源成本决定了算力的高低。

原文标题：《观点丨比特币网络的安全并不是由算力决定的？》
撰文：Aat de Kwaasteniet
翻译：Olivia

人们常说，比特币网络的安全性是所有加密币中最好的。这种安全性是基于比特币需要巨大的算力（Hashrate）来保证的，也就是说恶意攻击者不可能通过 >50% 的攻击方式对其进行攻击。

然而，关于比特币的 PoW 系统还有很多东西需要了解。由于比特币每 4 年减半，因此未来可能只有在价格持续上涨的情况下才能维持目前的安全水平。此外，人们对过高的能源消耗也不太情愿。在本篇报道中，我们将深入探讨算力、矿工、奖励和挖矿设备。

网络算力

比特币网络的安全性由比特币网络的挖矿能力或算力组成。而算力的大小和比特币网络的安全性实际取决于矿工的利润。

其实一个矿工的盈亏其实由很多因素决定：

比特币的价值，相对较高的比特币流动性对矿工的利润有积极影响。
总算力，即应该由多少矿工来分配总利润。
单位时间内可以挖到的比特币数量。现在是每 10 分钟 6.25 个 BTC。
挖矿设备的算力。算力越高找到区块的几率越大，从而收益率越高。
矿工所要付出的成本。成本包括能源成本、托管成本、运营成本和折旧。
挖矿设备的效率。挖矿设备越现代化，哈希 / 能源成本比率越高，挖矿设备的盈利能力就越强。

我们可以假定，一旦矿工开始在挖矿设备上进行投资，这就意味着在重新更换这批设备之前必须收回其成本，所以第 4、5、6 点中的相关数据是固定的。实际上除了第每 4 年减半一次外其他三个因素中的数据也是固定的。这意味着矿工的利润高度依赖于比特币价格和算力。

我们可以观察到价格和算力之间的联系，如果比特币价格上涨，算力就会随之增加。因为越来越多的矿工看到了挖比特币的可实施性。相反如果比特币价格降低低，算力就会减少。因为矿工不会亏本挖矿。在每个价格水平上，算力（矿工数量）和价格之间会存在一个稳定的点。但其实它总是保持着动态平衡，这是由于随着矿机设备越来越好新的矿工将因此能够以更多的利润进行挖矿。

另外，在一个上升的市场中算力的发展总是会滞后于价格。毕竟，购买和安装挖矿设备需要时间。但是关闭挖矿设备可以在很短的时间内完成，所以我们看到价格（大幅度）的下降也会直接导致总算力的下降。

图 1

我们可以发现，在 2017 年 12 月的价格大高峰之后，越来越多的矿工开始挖矿。作为最大供应商之一的 Bitmain 由于无法应对大量订单的涌入，导致需要长达 6 个月的交付时间。在当时的情况下，这个交付周期变得很正常，同时这也是为什么 6-8 个月后才达到算力的顶部的原因。比特币价格在一路下跌，2018 年 12 月汇率从 8000 美元跌到 4000 美元，直接影响了算力。从 2019 年 4 月-5 月，我们看到价格又出现了一条呈上升趋势的线，稍后紧接着又出现了一条算力的上升线。在 2019 年 7 月再次达到价格顶部，而算力直到 9 月底才达到最高点。

2019 年 11 月以后，我们看到价格逐渐趋于稳定，但算力在日后仍会持续增长，这是由于即将进入市场的挖矿设备不断提高的效率导致的，我们将在下文中看到。

效益

为了考察挖矿设备的效率，我们将过去和现在市场上出现的所有设备都放在了一个表格里进行比较。这些都是 Asic SHA256 矿机。效率是以达到 1 Terahash/s 的算力需要多少功率（W）来表示。

我们可以看到，2014 年的矿机需要 750W 以上的功率才能支持 1 Terahash/s 的网络活动。而最新的设备只需要 30W 左右的功率就能达到 1 Terahash/s。除了 2017 年之前的矿机，这些挖矿设备的效率数据在下图中以点云的形式表示以使视图有更好的可观性，同时避免了一些极端值。

图 2

此外，还增加了一条指数趋势线，这样我们就可以对未来进行一些预测。根据图示，在 2021 年 1 月，如果挖矿技术的发展继续保持同样的速度，那么矿机的平均效率将小于 30W/Th/s。

通过以上数据，我们可以对挖矿设备的装机功率以及与之相关的能源消耗情况有所了解。需要注意的是，并不是所有的矿工都在使用最新的设备，因为设备在购买后当然会使用一段时间，以控制折旧成本。这一计算是基于这样的假设，即挖矿设备的折旧期为 2 年，因此整个矿场的设备平均使用年限为 1 年。这意味着已对矿场每天的总装机容量作出了切实可靠的估计。这些数值也在价格背景图中显示出来。

图 3

我们从图 3 中可以看到，近几个月来，矿机的增长速度没有图 1 中的算力快，大概稳定在 6 到 7GW 左右。我们发现算力在上升而矿机功率趋于稳定，这是因为挖矿设备的效率提高了。

能源消耗和成本

从上图 3 也很容易得到比特币的能耗。以 7GW 的矿机功率计算，比特币每年的能耗为 61TWh。这些数额与其他研究基于其他推理的结果差不多，比如 Digiconomist 的计算。

相比较于一台 3MW 的现代大型风力发电机每年提供 6000MWh。这意味着需要 10000 台左右的风力发电机来维持比特币的运行。从社会和环境的角度来看，这基本上是一个巨大的数字。有人说这并不算太糟，因为它只占世界总能耗的 <1%。

如果我们看一下挖矿的成本就能发现能源成本是最重要的因素，其次是折旧成本、运营和托管成本。

当然，成本不能超过收益，因为矿工是以开采为目的的。挖矿一天的收益是 144 个区块奖励也就是 6,25BTC=900 个比特币。按照目前的价格 12,000 美元左右，它的价值在 1100 万美元左右。一天的挖矿是使用 24h×7GW=168GWh 的能源。所以，如果我们假设能源成本占总挖矿成本和所需挖矿利润的 80%，我们可以计算出只有当能源成本大致低于 0.05 美元 / 千瓦时时，挖矿才能实现盈利。