來源：十點科學(xué)
作者 | 李存璞 重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授
你打開手機，開始一局王者榮耀，試圖從倔強青銅掙扎出來，大概半小時后，手機變得飛燙，你丟下手機，重新陷入無限空虛……
在如今的信息社會，手機、計算機等計算設(shè)備的運行伴隨著大量能耗。隨著4G、5G技術(shù)的發(fā)展，每天海量的內(nèi)容從用戶中產(chǎn)生，通過互聯(lián)網(wǎng)存儲于服務(wù)器，根據(jù)綠色和平組織與華北電力大學(xué)的報告，到2020年，全國數(shù)據(jù)中心總能耗已經(jīng)突破 2000 億千瓦時，到2023年將突破2500 億千瓦時。
作為維系信息社會的紐帶，數(shù)據(jù)中心的高能耗具有明確的社會價值，但與此同時，另一個行業(yè)正通過計算消耗大量能量，產(chǎn)生驚人的碳排放，而其本身的社會價值還處于持續(xù)爭論中，這就是比特幣挖礦。
比特幣挖礦與內(nèi)卷
從2008年中本聰提出比特幣的概念，“區(qū)塊鏈”“虛擬貨幣”等詞匯，已經(jīng)逐漸從創(chuàng)業(yè)公司流傳到傳銷組織。我們有必要先認(rèn)知下比特幣產(chǎn)生、交易背后的邏輯。
比特幣不同于傳統(tǒng)貨幣，并非通過銀行等特定機構(gòu)發(fā)行，而是一種由算法生成、儲存于P2P網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的虛擬數(shù)字貨幣。我們可以在比特幣交易平臺上購買比特幣，將它們保存在數(shù)字錢包中。比特幣的產(chǎn)生地址相當(dāng)于銀行賬戶，比特幣數(shù)量相當(dāng)于金額。使用比特幣時，只要用私鑰作為數(shù)字簽名即可，就像是輸入銀行賬戶密碼。
比特幣網(wǎng)絡(luò)將所有交易歷史都存儲在“區(qū)塊鏈”中，因此，區(qū)塊鏈可以看作是記錄比特幣交易的公共賬本。比特幣依存于多分散網(wǎng)絡(luò)中的計算機們，后續(xù)的每一次比特幣交易都要向全體用戶廣播交易內(nèi)容，并被作為一個區(qū)塊信息加入到已有區(qū)塊鏈中，成為一段新的鏈條。
其實除了交易，還可以通過求解數(shù)學(xué)題來獲得比特幣。是的，你沒有聽錯，而且這是一個內(nèi)卷的解題過程。
比特幣從2009年1月3日正式誕生，就伴隨著稀缺性。根據(jù)中本聰?shù)乃惴?，比特幣按照收斂等比?shù)列，發(fā)行速度每4年減半，到2140年，貨幣總量被限制在2100萬個，以避免通貨膨脹。而與此同時，比特幣網(wǎng)絡(luò)每10分鐘會產(chǎn)生一道數(shù)學(xué)問題，交給參與處理區(qū)塊的計算機（即“礦機”）來求解。最早解出答案的“礦機”將獲得一定數(shù)量的比特幣作為獎勵。這個競爭解題以獲得比特幣的過程需要付出大量時間和計算力，被形象地稱為“挖礦”。
上述加粗的詞匯隱含著一個重要信息：挖比特幣的過程十分內(nèi)卷。隨著越來越多人加入到挖礦，比特幣網(wǎng)絡(luò)會自動調(diào)整數(shù)學(xué)問題的難度，以保證題目需要10分鐘左右才能解決，這意味著參與挖礦的計算機越多，同樣的計算機越難最早解出答案；與此同時，隨著比特幣逐漸被挖出，所謂“一定數(shù)量”的比特幣獎勵也在逐漸縮水：根據(jù)算法設(shè)置，每挖出剩余比特幣的50%，獎勵的比特幣將隨之縮水50%，以保證比特幣不會迅速被挖掘殆盡。
一個比較類似的例子是一線城市的小升初競爭。剛剛有奧數(shù)培訓(xùn)的時候，優(yōu)秀的初中會給出很多名額給有奧數(shù)經(jīng)歷的學(xué)生；隨著奧數(shù)在升學(xué)中的重要性被逐步發(fā)現(xiàn)，越來越多的小學(xué)生被送去奧數(shù)機構(gòu)培訓(xùn)而成為“礦生”，與之同時，優(yōu)秀初中能給出的奧數(shù)名額獎勵卻越來越少，這就需要“礦生”更加努力，搶奪越來越少的小升初名額，礦生壓力越來越大，家長負(fù)擔(dān)越來越重，教育變得越來越內(nèi)卷。
挖礦與小學(xué)奧數(shù)的內(nèi)卷非常類似
挖礦的內(nèi)卷造成大量能耗
隨著比特幣的價值被越來越多人認(rèn)可，以及其匿名的交易特性所帶來的潛在洗錢應(yīng)用，比特幣的價格日益增加。從最初的只能買一個披薩，到現(xiàn)在一枚約57000美元，“數(shù)字黃金”比特幣吸引了越來越多的礦工加入。由于前述挖礦的日益“內(nèi)卷”，小規(guī)模的、利用個人計算機的挖礦已經(jīng)幾乎不可能取得收益。于是大規(guī)模的計算中心被用來挖礦，這個過程伴隨著大量能耗。
大規(guī)模的計算中心被用來挖比特幣，產(chǎn)生大量能耗。|Getty
為什么計算機工作會消耗能量？為什么玩手機可以暖手，計算機需要散熱風(fēng)扇？因為它們要用電。這。。。。。。當(dāng)然沒錯，不過如果你繼續(xù)深入思考這個問題，最終會被引導(dǎo)到一個叫做“信息熵”的概念。
“熵”本身是一個物理化學(xué)概念，代表某個系統(tǒng)的“微觀狀態(tài)數(shù)”。我們可以通過“覆水難收”這個成語來簡單認(rèn)知熵。考慮一盆水，每一個水分子都被限制到了盆子里這個相對比較小的空間當(dāng)中，微觀狀態(tài)數(shù)相對較少，即熵比較少；而把這盆水潑出來，水分子的存在范圍就被放大到了整個地面和空氣中，微觀狀態(tài)數(shù)變大，熵變大。在自然界有一條根本性定律，熵的增加是自發(fā)的，而讓熵減少必然需要消耗比熵增加過程更多的熱量。所以潑出去一盆水很容易，而把潑出去的水收回來，則非常困難。同樣，這也是為什么我們往往覺得房間會自發(fā)地變亂（熵增加），而恢復(fù)到我媽覺得整齊的樣子（熵減少），就需要做許多功，然后吃很多飯（消耗能量）。
信息熵的概念起源于物理化學(xué)中的熵。計算機面對一個需要計算的問題，答案會有不確定性，這種不確定性可以直接類比為微觀狀態(tài)數(shù)，不確定性越大，則信息熵越大。計算機進行運算的目的，往往為了給出一個確定的答案：比如一列Excel數(shù)據(jù)的計算結(jié)果，一次鼠標(biāo)移動后光標(biāo)的位置，一個游戲射擊動作的目標(biāo)血量，等等。類似于物理化學(xué)的熵，給出確定答案的過程伴隨著信息熵的減少，即伴隨著能量消耗。
其實人類的大腦也是一臺計算機，考試中做選擇題的過程就是信息熵變化的過程：每個題目的四個選項，對應(yīng)著四種可能的選擇，此時信息熵最大；隨著人類的思考，逐漸選出一個確定的答案，信息熵變成最小。顯然，思考的過程伴隨著能量的消耗：把信息熵變小，是需要消耗熱量的。同樣的題目，變成不定項選擇，則初始熵會更大，解出題目的能量消耗就會更多；題目改為填空題，初始熵進一步增加，所需要的能量就會更多。
在計算機算力日益增加、競爭逐漸加劇的前提下，比特幣數(shù)學(xué)題的難度逐漸增加：這意味著題目初始信息熵越來越大，而最終答案是最快尋得最優(yōu)解，即把題目的信息熵變?yōu)樽钚?mdash;—因此需要消耗大量的能量。
如下圖所示，根據(jù)4月6日《自然·通訊》中一篇論文的報道，目前中國的礦場占據(jù)了世界比特幣超過75%的算力。如果沒有政策干預(yù)，到 2024 年，中國比特幣礦場的能耗將達(dá)到峰值，約為 2965.9 億瓦時（超過全國數(shù)據(jù)中心的總能耗），產(chǎn)生 1.3050 億噸碳排放。這個數(shù)值將超過菲律賓、捷克等國家的碳排放，足以在中國182個城市的碳排放中排到前10名，并且名列全部工業(yè)行業(yè)的前十。
比特幣區(qū)塊鏈的算力分布。中國礦場占據(jù)了世界比特幣超過75%的算力
比特幣挖礦的碳排放足以在中國182個城市中排到前10名
由于這部分能量消耗并沒有真正產(chǎn)生產(chǎn)品，將嚴(yán)重影響我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)。
比特幣礦場需要被干預(yù)
人類為創(chuàng)造知識、開創(chuàng)新的研究領(lǐng)域而消耗能量理所應(yīng)當(dāng)，但并不真正創(chuàng)造價值的“挖礦”是否有資格以同樣低廉的成本大量消耗能量，或許值得我們思考。
政策干預(yù)可能是未來比特幣行業(yè)發(fā)展的重要調(diào)控手段。盡管沒有明確的價值產(chǎn)生，但現(xiàn)階段的比特幣已經(jīng)具有一定的金融特性，作為一種金融輔助手段，一刀切禁止“礦場”開展業(yè)務(wù)并不明智。一些可能的干預(yù)措施包括：
1）設(shè)置比特幣礦場門檻，禁止低效率礦場開展業(yè)務(wù)；
2）比特幣礦場區(qū)域限制，只允許在水利豐富的地區(qū)開展比特幣挖掘業(yè)務(wù)，在高能耗的前提下實現(xiàn)低碳排放；
3）征收排放稅，對比特幣行業(yè)的能源消耗額外征收碳排放稅。
根據(jù)前述《自然·通訊》文章的預(yù)測，后面兩項措施能夠顯著減少碳排放，而設(shè)置比特幣礦場門檻策略則作用有限。此外，單獨將比特幣挖掘作為一個工業(yè)門類，也將有助于控制其碳排放總量。
比特幣的驚人碳排放將影響我國“碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)
如果你和我一樣是單機游戲的愛好者，那么可能已經(jīng)成為比特幣的受害者。由于GPU（顯示芯片核心，又稱圖形處理器）相對CPU（中央處理器）具有更高的解題能力，比特幣價格的拉高吸引了礦場購買大量顯卡用于挖礦。這部分本應(yīng)流入游戲玩家手中，作為單機游戲或高畫質(zhì)網(wǎng)絡(luò)游戲來使用的顯卡價格因此被不斷推高。帶來的影響不僅是玩家無法獲得最佳的游戲大作體驗，也減少了游戲銷量，造成游戲開發(fā)公司收益減少，游戲開發(fā)動力大大下降——是可忍孰不可忍？！
幸好隨著比特幣礦工的不斷內(nèi)卷，一些更高效的“專業(yè)挖礦機”已經(jīng)逐步大規(guī)模部署，顯卡們可以松一口氣了。而且這些高效礦機也會在一定程度降低礦場能耗。
相信在后續(xù)政策的干預(yù)下，虛擬貨幣們終將在自身價值與社會價值之間找到平衡。
