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比特币的工作量证明（PoW）与能源消耗
许多人认为比特币的工作量证明（PoW）是“浪费能源”的。本文将探讨能源的本质、货币与能源的关系、能源使用的相对性，以及PoW的能源成本与现有治理系统的对比。
能源与工作
“工作即能源”这一概念最早由法国数学家Gaspard-Gustave de Coriolis提出，他将能源定义为“完成的工作”。在远古时代，经济活动中的工作完全由人力完成，而人类的能量来源是食物。
大约一百万年前，人类偶然发现了火。这一发现增加了我们可利用的能源，因为我们不仅可以通过食物获取热量，还可以通过燃烧取暖。这种额外的能源使用提高了我们的生活水平。
几千年前，随着动物的驯化，我们的能源使用进一步增加。动物可以代替人类劳动，而这些新的劳动力也需要食物来维持。大量的食物需求推动了能源需求的增长，进而提升了我们的繁荣程度。
在过去的几百年里，我们发明了大型机器。这些机械化设备首先利用水力和风力等能源，随后转向更廉价的煤炭和天然气，如今则依赖于核能（裂变和聚变）。无论是机器还是自然界，它们的工作都依赖于能源的利用。我们的经济并不是基于货币，而是基于工作和能源。
能源与货币
我们生活中的一切事物都与能源价格密切相关。净化水需要能源，运输产品需要能源，制造产品需要能源，烹饪需要能源，冰箱和冷冻柜也需要能源。在自由市场中，任何商品的成本在很大程度上反映了生产该商品所消耗的能源。由于自由市场鼓励低价商品，因此生产任何商品所使用的能源都被最小化。
货币作为生成商品和服务所需工作的代表，也可以被视为存储的能源。20世纪初，亨利·福特和托马斯·爱迪等工业领袖曾考虑用“能源美元”或“能源单位”（商品/能源货币）取代黄金或美元。这一概念因其健全的货币特性而受到欢迎，包括：明确的记账单位、易于测量且不易伪造、可分割为更小的单位，以及可替代性（这些单位可以与其他单位等价）。然而，能源货币存在一个缺陷——它无法轻松传输或存储。
比特币的出现
2008年10月31日，中本聪发布了比特币白皮书。比特币的工作量证明（PoW）最初是为了防止电子邮件垃圾邮件而发明的。后来，中本聪将其应用于数字货币。PoW挖矿的本质是使用专用机器（ASIC）将电力转化为比特币（通过区块奖励）。机器不断执行哈希操作（猜测/投票），直到解决加密难题并获得比特币（区块奖励）。这个难题的解决证明了矿工以ASIC和电力的形式消耗了能源，即矿工完成了工作。
比特币采用了一种资本主义的投票机制，“投入资金，获得投票权”，通过用于生成哈希（投票）的能源/ASIC来实现。——Hugo Nguyen
中本聪在设计PoW时，从根本上改变了人类共识的形成方式，从政治投票转变为通过能源转化的非政治投票（哈希）。PoW是能源消耗的证明，即验证能源已被消耗。为什么这很重要？这是物理世界验证数字世界事物的最简单、最公平的方式。PoW关乎物理，而非代码。比特币是一种超级商品，由能源铸造，而能源是宇宙的基本商品。PoW将电力转化为数字黄金。
比特币的不可变性与能源成本
比特币账本只有在生产成本高昂时才能保持不可变性。PoW的“高成本”是一个特性，而不是缺陷。直到最近，保护某物意味着在它周围建造一堵厚厚的物理墙。加密货币的新世界是反直觉且奇特的——没有物理墙来保护我们的货币，也没有门来进入我们的金库。比特币的公共账本通过其集体哈希算力来保护：即所有用于建造这堵墙的能源总和。通过其透明的昂贵设计，摧毁它需要等量的能源（不可伪造的成本）。
比特币挖矿的能源趋势
随着ASIC效率提升的放缓，我们可以预期制造商之间的竞争将加剧，利润率将缩小。
比特币挖矿的总成本将从ASIC硬件的初始获取成本（资本支出）转向持续的运营能源成本（运营支出）。由于比特币网络并不关心挖矿中心的物理位置（它们是可移动的），矿工们会涌向那些电力过剩且边际成本最低的地区。从长远来看，这有可能在全球范围内形成更高效的能源市场，比特币矿工在全球中心之间进行电力套利。比特币挖矿的成本将成为电力最低（过剩）价值。这可能解决了可再生能源的问题，如水电和燃烧的甲烷，它们具有可预测的容量，否则会被浪费。未来，比特币挖矿可能有助于解决具有可变输出的可再生能源问题——能源生产者可以接入矿机，并将多余的电力存储为比特币。
比特币与能源的未来
比特币的PoW是所有电力的最后买家，创造了一个底线，激励围绕各种能源来源建设新的能源生产设施，否则这些能源将被闲置。
一些人抱怨比特币挖矿没有完成“任何有用的”事情，比如寻找质数。虽然为工作引入二次奖励似乎是一个好主意，但实际上引入了安全风险。分割奖励可能导致“执行二次功能比执行主要功能更有价值”的情况。即使二次功能是无害的（如加热器），我们也会从每x次哈希的100美元转向每x次哈希的100美元+5美元热量。“挖矿加热器”只是硬件效率的又一次提升，导致难度增加和（每区块能源使用）的增加。幸运的是，比特币永远不会遇到这个问题，因为其安全性由其纯PoW算法保证。
注：比特币已经在为社会做极其有用的事情（如果无利可图，挖矿就不会存在），要求矿工在没有激励的情况下执行利他功能是不合理的。
能源使用的主观性
所有事物都需要能源（热力学第一定律）。声称一种能源使用比另一种更浪费是完全主观的，因为所有用户都支付了市场电价来使用电力。
在热力学中，宇宙是最终的封闭系统。比特币对过剩电力容量的利用消耗的电量远低于现有的法币系统，后者不仅需要银行基础设施的电力需求，还需要军事和政治机器的支持。利用这些电力来保护金融系统骨干的能源权衡是一个“净正”结果。下面我对现有的金融、军事和政治系统进行了粗略的比较（注释在文章底部）。
能源探索与人类进步
在寻找廉价能源的过程中，我们将在现实世界中释放更大的经济繁荣。比特币通过利用这些新的或不同的能源，不仅推动我们向卡尔达肖夫I型经济迈进，还可能使我们更接近卡尔达肖夫I型能源文明（我们在卡尔达肖夫量表上约为0.72）。以比特币挖矿为激励，我们可能将到达T1的时间从200年缩短到几十年。在达到I型文明后，限制能源消耗增长的需求将减少，从而提高每个人的生活水平。
寻找廉价电力来源的压力将加速聚变反应堆的建设。大自然已经向我们展示了如何通过核聚变（恒星）为整个宇宙提供能量。人类正在通过建造聚变反应堆来模仿自然。据估计，需要约800亿美元的研究费用，经过几十年才能最终解锁核聚变。聚变的燃料（主要是氘）在地球的海洋中大量存在，可能为世界提供数百万年的能源需求。聚变能源具有许多可再生能源的优点，如长期能源供应、不排放温室气体或空气污染。聚变可以提供非常高的发电密度和持续的电力供应。另一个方面是，聚变能源的生产成本不会因规模不经济而增加。例如，水力和风能的成本随着最佳位置的开发而上升，而进一步的发电机必须建在不太理想的位置。对于聚变能源来说，即使建造大量发电站，生产成本也不会增加太多，因为原材料（海水）丰富且广泛。
聚变能源和其他廉价能源将解决人类面临的重大问题，如淡水短缺。我们被海水包围，但海水淡化站需要大量能源。目前，淡化海水的成本高于淡水、地下水、水循环和水资源保护。
人类探索的意志，从高山到海底，从原子核心到时空结构；增长，而不被能源限制所扼制。我们终将触及星辰。
每年1.34万亿美元的无信任结算，以及为所有人提供更廉价能源的额外好处，是否值得当前45亿美元的挖矿成本？我认为答案是肯定的。
