随着加密货币产业发展，挖矿可能是整个行业最具争议性的部分。关于比特币挖矿耗能与否的论述一直以来不曾消失。但是为什么挖矿是必要的？对其提出的批评有多少是合理的？

首先，有必要理解挖矿操作在区块链基础设施中的重要性。基本上，区块链是一种持续维护的交易帐本。这项技术的革命性在于其共识性。为了将交易添加到区块链中，发起交易的用户首先向网络广播他们的意图，然后这些意图被收集到一个称为内存池的地方，这是所有未确认交易的等待室。在这个阶段，没有任何事情被确定，用户只是声明他们想要发送多少加密货币，以及发送到哪里。为了固定下来，将这些交易永久地添加到区块链中，需要一种具有权威性的机制。

挖矿是解决一个非常复杂的数学问题并获得正确答案的过程，而这就是矿工发挥作用的地方。想象一个无法通过任何已知数学公式解决的问题，答案只能通过大量的计算力强行求解。这就像反复输入一个密码到保险箱中，直到它打开，其中有着数万亿的可能组合。

矿工们把他们的硬体运算能力投入到这个问题中，直到有人解决它。具体来说，解决方案需要生成一个称为哈希的东西，其他网络参与者可以用它来检查操作的有效性。计算非常困难；验证非常容易。生成正确哈希的人负责将所有那些未确认的内存池交易添加到下一个区块中，永久并更新区块链到新的状态。胜利的矿工会得到以他们挖矿的加密货币形式的奖励。

矿工从本质上来说是加密领域的管理者，他们支撑着区块链的安全性和不可窜改性，但也负责将新的硬币引入到流通供应中。向区块链添加内容需要消耗大量的计算力，因此也需要电力。这些能源成本通常由出售挖矿奖励来支付。这种经济激励是区块链技术的基石，一切都仰赖于它。

挖矿归根结底就是在一块硬件上运行一个计算机程序，然后尽可能长时间、尽可能快速地运行它。任何人都可以下载必要的软件，设置一个挖矿操作并开始挖掘比特币。既然人们都能执行，那又有什么能够阻止他们参与其中呢?

这就是一切的开始。在加密货币的前史时期，中本聪首先挖出了比特币区块链的创世区块，之后更多人加入为网络贡献了他们的运算能力，借此得到区块奖励。问题在于比特币的供应量是固定的，所以挖掘的人越多，到达最大供应量的速度就越快，一旦挖出了最后一枚比特币，就不再有区块奖励了。若矿工挖掘新区块的激励变小（除了交易费用外），因此由于缺乏保障它的计算力，这条区块链将因而消亡。

这就是所谓的难度调整机制起作用的地方。比特币区块链被设计成大约每十分钟挖掘一次新区块，这使得网络的速度相对恒定。为了更稳定的用户体验、使区块的生成保持一致，挖掘一个区块的难度会定期调整以补偿挖掘能力的总体变化。对于比特币，调整发生在每2016个区块，或大约两周。参与挖矿的矿工越多难度就越高，这就是为什么现在挖矿难度比过去要高得多，更多的人正在争夺同样奖励份额。

在早期，一个简单的CPU就足以挖取比特币。虽然效率不高，但用户只需在一台破旧的笔记本电脑的后台运行软件，即可以挖到一定数量的比特币。随着网络的增长，为其保障的计算力也随之增长。我们有一个有用的指标称为哈希率。哈希率告诉我们，透过目前所有正在运行的综合挖矿硬体，正在产生多少哈希来解决一个区块。截至撰写本文时，全球算力已超过每秒 500 Exahashes。这是一个庞大的数字，五后面接着二十个零。

人们只用了几个月的时间就意识到，显示卡比CPU更适合挖矿。之后我们会看到第一批真正的专用硬件解决方案，即FPGA，或者可编程门阵列。然后的一年，会看到第一批ASIC，或应用专用集成电路的出现，它们一直是当今的主流挖矿硬件。挖矿技术的进化是由于互相竞争、挖矿增加的难度，当然还有比特币价格的飙升。

挖矿不再是过去的小众消遣，经济现实早已将挖矿推入工业领域。一些较大的挖矿农场的规模真的令人惊叹。现在的能源需求已经达到了整个电厂的水平，这简直已经到达了国家级执行水准。

2017年至2021年之间哈希率的大幅增长，主要是由中国的大型矿场所推动。整个仓库充满了专用的挖矿设备，直接连接到中国西部的水力发电站。在四川、新疆和内蒙古的偏远山区，有着大规模的操作正在进行，充分利用雨季的过剩电力。在这段时间，估计全世界的哈希率有高达80%集中在中国。

如此高度地理集中的挖矿算力引发了区块链技术在不可审查性的合理关切。如果一个国家拥有对其机制控制的主导份额，那么它真的是一种全球货币吗？这是有争议的，但这个问题在显现之前就会消散，中国政府随后采取严厉措施关闭其边境内的所有挖矿活动。中国在过去几年里多次「禁止加密」，但却在进一步行动后又回头。然而，对于挖矿来说是最后的禁令。到2021年中旬，绝大多数的中国矿工已经收拾好行李，并至境外活动，一去不付反。在这项打击之后，哈希力显着地转向了哈萨克斯坦，但更长久地转向了美国，现在美国拥有全球哈希率的40%，高于任何其他国家。在美国，德克萨斯州正在稳步将自己建立为加密货币挖矿的中心，现在是世界上最大的挖矿农场的所在地。

接下来谈谈挖矿的能源消耗，但这些数据难以分析。我们确切地知道哈希率是多少，这要归功于工作量证明区块链的运作方式以及难度调整的方式，但这与能源消耗并不完全相关，原因如下。

首先，我们不知道哪种类型的矿机被用来执行这项工作。挖矿设备在过去十年已经发生了戏剧性的演变。现在的ASIC比第一代机型高效一百倍，从2013年的每TeraHash大约2000焦耳，到今天的不到20焦耳。我们不知道确切正在使用哪些矿机。

这里有一个精巧的平衡行为。一个已经存在了一段时间的挖矿活动无疑会淘汰一堆旧的矿机，他们通常不值得插上电源继续运作，因为运行它们的电力成本会超过通过出售它们生成的加密货币获得的利润。矿工的盈利能力取决于许多事情：电力成本、挖矿难度、矿机能效，但也取决于正在挖掘的加密货币的价格。如果价格突然上涨呢？假设在难度再次上升之前，将效率较低的模型重新上线是值得的。突然之间，计算发生变化了。

第二点与电力来自哪里有关，这又回到了挖矿的地理因素。在中国，挖矿活动一直难以追踪，因为大部分时间，特别是自从2021年的打击以来，这类活动都被故意混淆隐藏起来。一些矿场甚至不连接到主电网，而是直接连接到当地的发电站。一般而言在大雨期间的水力发电而言，它们可以保持满水位几周，而这些过剩的水即可绕过涡轮机排出。因为电网上没有能源需求，在这种情况下电力基本上是免费的。这使得重启旧挖矿机型变的可行。在这样的情况下，这些采矿设备的成本将持续运行到直至机器损坏为止。

尽管很难确认全球能源消耗的准确数字，我们仍然可以建立相当准确的估计。比特币网路消耗的电量相当于整个国家的电量说法确实是正确的。统计到2024年，比特币挖矿活动的年度电力消耗估计将达到约150 TWh，这使其与波兰、马来西亚或阿根廷相当，或大约占全球需求的0.5%。如果加密货币市场出现新一轮的多头牛市，现有的挖矿经济平衡将迅速改变，可能会导致这个数字大幅增加。

上述的耗电数字归结为一个观点问题。如果加密货币挖矿消耗大量能源怎么办？光是在输电和配电损失中，我们就浪费了约十分之一的发电量。从长远来看，加密货币挖矿对环境的影响有多大？

工作量证明区块链的巨大能源消耗并不是设计缺陷，这完全是有意的。能源是确保其链安全的要素。如果不法分子想要攻击区块链，重组区块以获取个人利益，他们将需要拥有一半以上的力量才能做到这一点。这就是所谓的 51% 攻击。事实是比特币是安全的，因为它需要整个国家的能源需求来颠覆它。以太坊曾经有类似的能源需求，直到它将其共识机制从工作量证明改为权益证明，这将其电力需求减少了上千倍。

如果有一个令人信服反对挖矿的论述，那可能就是以太坊权益证明机制了，前提是如果拥护者能说服足够多的人相信，他们能提供和同样规模的工作量证明一样安全。也许也有另一种方式，那就是时间会告诉我们。