隨著加密貨幣產業發展，挖礦可能是整個行業最具爭議性的部分。關於比特幣挖礦耗能與否的論述一直以來不曾消失。但是為什麼挖礦是必要的？對其提出的批評有多少是合理的？

首先，有必要理解挖礦操作在區塊鏈基礎設施中的重要性。基本上，區塊鏈是一種持續維護的交易帳本。這項技術的革命性在於其共識性。為了將交易添加到區塊鏈中，發起交易的使用者首先向網路廣播他們的意圖，然後這些意圖被收集到一個稱為記憶體池的地方，這是所有未確認交易的等待室。在這個階段，沒有任何事情被確定，用戶只是聲明他們想要發送多少加密貨幣，以及發送到哪裡。為了固定下來，將這些交易永久地添加到區塊鏈中，需要一種具有權威性的機制。

挖礦是解決一個非常複雜的數學問題並獲得正確答案的過程，而這就是礦工發揮作用的地方。想像一個無法通過任何已知數學公式解決的問題，答案只能通過大量的計算力強行求解。這就像反復輸入一個密碼到保險箱中，直到它打開，其中有著數萬億的可能組合。

礦工們把他們的硬體運算能力投入到這個問題中，直到有人解決它。具體來說，解決方案需要生成一個稱為雜湊的東西，其他網路參與者可以用它來檢查操作的有效性。計算非常困難；驗證非常容易。生成正確雜湊的人負責將所有那些未確認的記憶體池交易添加到下一個區塊中，永久並更新區塊鏈到新的狀態。勝利的礦工會得到以他們挖礦的加密貨幣形式的獎勵。

礦工從本質上來說是加密領域的管理者，他們支撐著區塊鏈的安全性和不可竄改性，但也負責將新的硬幣引入到流通供應中。向區塊鏈添加內容需要消耗大量的計算力，因此也需要電力。這些能源成本通常由出售挖礦獎勵來支付。這種經濟激勵是區塊鏈技術的基石，一切都仰賴於它。

挖礦歸根結底就是在一塊硬體上運行一個電腦程式，然後盡可能長時間、盡可能快速地運行它。任何人都可以下載必要的軟體，設置一個挖礦操作並開始挖掘比特幣。既然人們都能執行，那又有什麼能夠阻止他們參與其中呢?

這就是一切的開始。在加密貨幣的前史時期，中本聰首先挖出了比特幣區塊鏈的創世區塊，之後更多人加入為網路貢獻了他們的運算能力，借此得到區塊獎勵。問題在於比特幣的供應量是固定的，所以挖掘的人越多，到達最大供應量的速度就越快，一旦挖出了最後一枚比特幣，就不再有區塊獎勵了。若礦工挖掘新區塊的激勵變小（除了交易費用外），因此由於缺乏保障它的計算力，這條區塊鏈將因而消亡。

這就是所謂的難度調整機制起作用的地方。比特幣區塊鏈被設計成大約每十分鐘挖掘一次新區塊，這使得網路的速度相對恒定。為了更穩定的用戶體驗、使區塊的生成保持一致，挖掘一個區塊的難度會定期調整以補償挖掘能力的總體變化。對於比特幣，調整發生在每2016個區塊，或大約兩周。參與挖礦的礦工越多難度就越高，這就是為什麼現在挖礦難度比過去要高得多，更多的人正在爭奪同樣獎勵份額。

在早期，一個簡單的CPU就足以挖取比特幣。雖然效率不高，但用戶只需在一台破舊的筆記型電腦的後臺運行軟體，即可以挖到一定數量的比特幣。隨著網路的增長，為其保障的計算力也隨之增長。我們有一個有用的指標稱為雜湊率。雜湊率告訴我們，透過目前所有正在運行的綜合挖礦硬體，正在產生多少雜湊來解決一個區塊。截至撰寫本文時，全球算力已超過每秒 500 Exahashes。這是一個龐大的數字，五後面接著二十個零。

人們只用了幾個月的時間就意識到，顯示卡比CPU更適合挖礦。之後我們會看到第一批真正的專用硬體解決方案，即FPGA，或者可程式設計閘陣列。然後的一年，會看到第一批ASIC，或應用專用積體電路的出現，它們一直是當今的主流挖礦硬體。挖礦技術的進化是由於互相競爭、挖礦增加的難度，當然還有比特幣價格的飆升。

挖礦不再是過去的小眾消遣，經濟現實早已將挖礦推入工業領域。一些較大的挖礦農場的規模真的令人驚歎。現在的能源需求已經達到了整個電廠的水準，這簡直已經到達了國家級執行水準。

2017年至2021年之間雜湊率的大幅增長，主要是由中國的大型礦場所推動。整個倉庫充滿了專用的挖礦設備，直接連接到中國西部的水力發電站。在四川、新疆和內蒙古的偏遠山區，有著大規模的操作正在進行，充分利用雨季的過剩電力。在這段時間，估計全世界的雜湊率有高達80%集中在中國。

如此高度地理集中的挖礦算力引發了區塊鏈技術在不可審查性的合理關切。如果一個國家擁有對其機制控制的主導份額，那麼它真的是一種全球貨幣嗎？這是有爭議的，但這個問題在顯現之前就會消散，中國政府隨後採取嚴厲措施關閉其邊境內的所有挖礦活動。中國在過去幾年裡多次「禁止加密」，但卻在進一步行動後又回頭。然而，對於挖礦來說是最後的禁令。到2021年中旬，絕大多數的中國礦工已經收拾好行李，並至境外活動，一去不付反。在這項打擊之後，雜湊力顯著地轉向了哈薩克，但更長久地轉向了美國，現在美國擁有全球雜湊率的40%，高於任何其他國家。在美國，德克薩斯州正在穩步將自己建立為加密貨幣挖礦的中心，現在是世界上最大的挖礦農場的所在地。

接下來談談挖礦的能源消耗，但這些資料難以分析。我們確切地知道雜湊率是多少，這要歸功於工作量證明區塊鏈的運作方式以及難度調整的方式，但這與能源消耗並不完全相關，原因如下。

首先，我們不知道哪種類型的礦機被用來執行這項工作。挖礦設備在過去十年已經發生了戲劇性的演變。現在的ASIC比第一代機型高效一百倍，從2013年的每TeraHash大約2000焦耳，到今天的不到20焦耳。我們不知道確切正在使用哪些礦機。

這裡有一個精巧的平衡行為。一個已經存在了一段時間的挖礦活動無疑會淘汰一堆舊的礦機，他們通常不值得插上電源繼續運作，因為運行它們的電力成本會超過通過出售它們生成的加密貨幣獲得的利潤。礦工的盈利能力取決於許多事情：電力成本、挖礦難度、礦機能效，但也取決於正在挖掘的加密貨幣的價格。如果價格突然上漲呢？假設在難度再次上升之前，將效率較低的模型重新上線是值得的。突然之間，計算發生變化了。

第二點與電力來自哪裡有關，這又回到了挖礦的地理因素。在中國，挖礦活動一直難以追蹤，因為大部分時間，特別是自從2021年的打擊以來，這類活動都被故意混淆隱藏起來。一些礦場甚至不連接到主電網，而是直接連接到當地的發電站。一般而言在大雨期間的水力發電而言，它們可以保持滿水位幾周，而這些過剩的水即可繞過渦輪機排出。因為電網上沒有能源需求，在這種情況下電力基本上是免費的。這使得重啟舊挖礦機型變的可行。在這樣的情況下，這些採礦設備的成本將持續運行到直至機器損壞為止。

儘管很難確認全球能源消耗的準確數字，我們仍然可以建立相當準確的估計。比特幣網路消耗的電量相當於整個國家的電量說法確實是正確的。統計到2024年，比特幣挖礦活動的年度電力消耗估計將達到約150 TWh，這使其與波蘭、馬來西亞或阿根廷相當，或大約占全球需求的0.5%。如果加密貨幣市場出現新一輪的多頭牛市，現有的挖礦經濟平衡將迅速改變，可能會導致這個數字大幅增加。

上述的耗電數字歸結為一個觀點問題。如果加密貨幣挖礦消耗大量能源怎麼辦？光是在輸電和配電損失中，我們就浪費了約十分之一的發電量。從長遠來看，加密貨幣挖礦對環境的影響有多大？

工作量證明區塊鏈的巨大能源消耗並不是設計缺陷，這完全是有意的。能源是確保其鏈安全的要素。如果不法分子想要攻擊區塊鏈，重組區塊以獲取個人利益，他們將需要擁有一半以上的力量才能做到這一點。這就是所謂的 51% 攻擊。事實是比特幣是安全的，因為它需要整個國家的能源需求來顛覆它。乙太坊曾經有類似的能源需求，直到它將其共識機制從工作量證明改為權益證明，這將其電力需求減少了上千倍。

如果有一個令人信服反對挖礦的論述，那可能就是乙太坊權益證明機制了，前提是如果擁護者能說服足夠多的人相信，他們能提供和同樣規模的工作量證明一樣安全。也許也有另一種方式，那就是時間會告訴我們。