在過去的幾個月裡，社區還有人為 PoW 和 PoS 爭執不休。PoW 被詬病的就是性能問題，被認為低效，很可惜這個「低效」是單一維度的。從更宏大的角度來看，PoW 卻是高效的。結論很反直覺，讀完這篇，你可能會重新思考 PoW 帶來的真正意義：他是去信任地構造物理世界和虛擬世界的唯一路徑，他會改變世界能源的格局，他會推動人類進化的歷程。
很多人覺得比特幣的工作量證明機制非常浪費資源，那麼在這篇文章中，我將闡述為什麼一切都是能源，金錢也是能源，能源的使用是主觀的，還有工作量證明的能源消耗和當下政府體系的關係。這些觀點來自這個領域眾多專家的思考，而我作為作者的作用就是整合和提煉他們的表述。
勞動就是能量
“勞動”就是能量的這個觀點最早來自於法國數學家 Gaspard Gustave de Coriolis，他提出能量就是“完成勞動”的概念。很久以前，在經濟活動中勞動是完全由人類自己完成的，由食物提供能量。
大約一百萬年前，人類偶然發現了火。從此人類能夠獲取的能量增加了，因為我們能夠同時通過食物和燒火獲取所需要的熱量維持體溫。能源使用方式的增加提高了我們的生活水平。
數千年之前，能源的使用方式由於動物被馴化而進一步增加。動物能夠在人類的領土上進行勞動。這些新的勞動力也需要食物餵養。對食物的需求進一步增大，同時人類文明也不斷繁榮起來。
而在過去的幾百年，我們建造了偉大的機器。這些機械化的工具最開始是由風力和水力來驅動的，之後使用諸如煤礦、石油氣等相對便宜的資源驅動，而現在則是使用核聚變或者核裂變作為能量來源。機器和大自然都通過利用能源完成工作。從本質上來看，我們的這一整個經濟體並不是基於金錢的，而是基於工作和能源。
我們生活中的一切事物都和能量的價格有密不可分的關係。淨化水需要能量；運送貨物需要能量；生產貨物需要能量；做飯需要能量；冰箱和冷櫃也都需要能量。在一個自由市場，任何產品的成本都很大程度上反映出生產過程中所需要能量的多少。因為自由市場喜歡最低價的產品，任何產品生產中所用到能量都會最小化。從這個角度來看，金錢作為生產和服務提供過程中所需工作量的度量單位，也可以認為是存儲的能量。
注：2010 年全球 GDP（$，數據來自 美國農業部 USDA）和全球能源消耗（數據來自 BP 世界能源統計年鑑 2014）的對比
在 20 世紀的早期，如亨利·福特和托馬斯·愛迪生這樣的工業領袖熱衷於用“能量黃金”或“能量單元”（商品/能量貨幣）代替黃金和美元。這個概念由於有健全貨幣（sound money）的特徵而一度很流行，這些特徵包括：精心設計的賬戶單元，容易衡量但是難以偽造，容易分割為更小單元，並且有可互換性（也就是說每個單元都是相同的）。然而，能量貨幣的問題在於，它無法被轉移或者方便的儲存。
若希望人類貪婪某物，需要做的僅僅是讓這樣東西難以獲得。—— 馬克·吐溫
我們快速回到 2008 年的十月三十一日，在那一天，中本聰發佈了比特幣的白皮書。比特幣的工作量證明（PoW）最初是用於防止濫發垃圾郵件的一種方式（每發送一封郵件，要求發送者做工作量證明，這樣就無法大規模發送垃圾郵件），從中本聰開始被應用在數字貨幣中。工作量證明真正在做的事情，是使用專業化的機器（ASICs）來把電力通過出塊獎勵的方式轉化為比特幣。這些機器不斷進行哈希運算投票/猜測直到它解出了一道密碼學謎題並且收到比特幣的出塊獎勵。這道謎題的解證明了這個礦工以 ASIC 礦機和電力資源的形式的能源支出，證明這個礦工付出了工作量。比特幣有一個資本主義投票機制，也就是 Hugo Nguyen 所說的：哈希（投票）是以能量和ASIC 礦機為成本的，這些成本的資本受到風險，從而得以能夠投票。
當中本聰設計工作量證明的時候，他顛覆了人類達成共識的方式，將其從政治投票轉變為通過能量轉化的非政治投票（即哈希）。工作量證明其實是銷燬證明，或者說能量被消耗的驗證。它的重要性在哪裡？其實我們可以說，這是在物理世界驗證虛擬世界某樣東西的最簡單並且最公平的方式。工作量證明是關於物理的，而不是關於代碼的。比特幣就是一個由能量鑄造的超級商品，是全宇宙最基本的商品。工作量證明將電力轉化為電子黃金。
比特幣的賬本有且僅有在它生產成本足夠高的時候才是不可篡改的。工作量證明“昂貴”的現實實際上是一個特點（feature）而不是缺點（bug）。在比特幣之前，當我們說保護一樣東西的時候，我們說的是在物理世界圍繞任何有價值的東西建造厚厚的牆壁。但是嶄新的加密貨幣世界是奇怪而且反人性的—— 沒有任何物理圍牆保護我們的資產，也沒有任何門能夠進入保險庫。比特幣的公開賬本由它積累的哈希算力保護：所有花費在其上的能量建造起了這座“牆”。即使我們能夠明顯看到構造這個“牆”非常昂貴，我們仍然能夠用同樣多的能量拆毀這個牆。
能量消耗
加密預言來了：比特幣的（工作量證明）將會在 2020 年毀滅世界！你可能會注意到過很多“末日”的文章，他們都引用了荷蘭 PWC 的“金融經濟學家和區塊鏈專家”和 Digiconomist 網站作者 Alex De Vries 的分析結果。實際上，他的觀點早就因為錯誤計算能量消耗而受到大量批評。在他的分析中他選擇“每筆交易所消耗的電力資源”作為核心指標，實際上是在故意誤導。有這樣幾個理由：
能量消耗其實是以區塊而非以交易數量為單位，每個區塊中包含的交易數量是不同的。在一個區塊中包含更多的交易不代表需要更多的能量。
比特幣交易的經濟密度隨著技術進步不斷在提升，比如隔離見證、閃電網絡、批量處理等技術。比特幣越來越成為一個結算網絡，每消耗一個單位的能量保護的經濟價值成倍增加。
每筆交易平均能量消耗並不是衡量比特幣工作量證明高效性的充分指標，而合理的指標應該定義為經濟歷史的安全性。能源支出確保了比特幣的存量，隨著通貨膨脹的下降，這個百分比隨著時間的推移而下降。一個比特幣“積累”能量關係到所有從創世塊開始挖出來的區塊。一位叫 LaurentMT 的研究員發現從經驗上來看，比特幣的工作量證明的確變得越來越高效：不斷提升的成本換來了更多由系統保護的經濟價值。
現在我們知道正確的關鍵指標應該是能量消耗的投資回報率。我們現在來看下比特幣工作量證明的能量消耗趨勢。
ASIC 礦機性能提升速率在不斷下降。性能提升速率下降帶來邊際效益的遞減，我們能夠預期生產商之間的競爭加劇。
上圖：礦機性能提升，來源：https://cseweb.ucsd.edu/~mbtaylor/papers/Taylor_Bitcoin_IEEE_Computer_2017.pdf 1
下圖：歷年礦機性能和價格變化，來源： https://research.bloomberg.com/pub/res/d3bgbon7nESTWTzC1U9PNCxDVfQ 2
挖礦總成本將會從前期礦機硬件的資本投入（capex）轉換為運營成本（opex），也就是持續的能量消耗。由於挖礦中心的物理位置對比特幣網絡並不重要（礦場和礦機是可以移動的），礦工會聚集到生產富餘電力的地區來獲得最低的邊際成本。長期來看，比特幣礦工在全球不同地區進行能源套利，很有可能會建立一個更高效的全球能源市場。比特幣採礦的成本成為最低（超額）電力價值。這就能解決那些產能可預期的可再生能源被浪費的問題，比如水電和燃燒甲烷發電。在未來，比特幣挖礦能夠幫助利用掉有多種輸出的可再生能源：能量生產者能夠將電力接給礦工，礦工會將多餘的能量通過比特幣的形式“存儲”起來。
鋁就是一個很受歡迎的、從有豐富的標準化的可再生能量資源的國家（如冰島）”出口“電力的方式。冶煉鋁礦需要大量的能量，將鋁礦煉成鋁就如同哈希方程一樣是一個”單向函數“。四十年前的時候，鋁和比特幣一樣，有人擔憂冶煉鋁帶來不合理的能源消耗，也有人擔心中心化。當時所有的相關公司不斷在全世界蒐羅更便宜的電力和其他更好的資源。隨著鍊鋁工業在過去幾十年不斷成熟，鋁的生產也變得更加高效。
左圖：1900 到 2000 鋁冶煉電能消耗
右圖：1900 到 2000 鋁冶煉的效率
來源：https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/aluminum/pdfs/al_theoretical.pdf
”這個全球能量網絡解放了原本擱淺的資產並讓新的資產可行。想象一下有一個 3D 世界地形圖，電力便宜的地區地形低，電力貴的地方地形高。在我的想象中比特幣挖礦就類似一杯水倒進了這個 3D 表面，讓水充滿了角落和縫隙，將表面抹平。“—- Nic Carter
比特幣的工作量證明是所有電力的最後買家，刺激新的發電站在不同的資源周圍建立。如果沒有比特幣，這些資源或許就不會被開發。
到何時提供給工作量證明的能量不再增長？準確來說，就是在有足夠多的能量生產者直接開始做工作量證明挖礦，並且，通過工作量證明消耗一千瓦時帶來的邊際收益 = 出售一千瓦時電力給電站帶來的邊際收益的時候。這個時候工作量證明已經沒有“超額利潤”。我稱這個平衡點為“中本聰點”。我預期工作量證明當到達這個點的時候，工作量證明會消耗全球 1%-10% 的電能。—- Dhruv Bansal
另外一些抱怨說比特幣挖礦並沒有完成任何有價值的事情，比如尋找質數。類似這樣的合乎道德的想法，在工作量證明中引入另一種收益，實際上會引入安全性風險。分拆獎勵會導致“執行第二類功能的獎勵高於執行首要功能”的情況。即使第二類功能是無害的，比如作為暖氣機，不同於期望花費 $100 獲得 x 個哈希，我們將會需要在同樣的 x 個哈希上花費 $100，加上 $5 等值的熱量。礦機暖氣機僅僅是另一種硬件效率的提升，卻帶來了更高的難度和每個區塊能量消耗的提升。幸運的是，比特幣將不會有這樣的問題，因為它的安全性由純粹的工作量證明算法保障，這個算法不會增加其他功能。
注意：比特幣已經為這個社會做了非常有價值的事情（如果挖礦無利可圖它將不會發生），在理性的情況下，礦工也不會在無利可圖的情況下做利他的事情。
相對成本
由熱力學第一定律，我們可以知道做任何事都需要能量。稱能量用在某處比用在別處更高效或浪費都是完全主觀的，畢竟所有用戶都根據市場定價使用這些電能。
如果人們發現值得為電力付錢，那麼這個電力就不是被浪費的。這些花費電費的人將會獲得比特幣的獎勵。—— Saifedean Ammous
在熱力學中，宇宙是一個極度封閉的系統。比特幣使用了富餘的電力資源，與現有的法幣系統相比耗能大幅度減少。畢竟法幣系統不僅僅在銀行體系架構中消耗能量，還需要消耗資源在軍隊和政治上。利用這些電力來守護主要金融系統的能量權衡是一個“正淨值“的結果。在下方我對現有金融、軍事、政治系統做了一個簡單的對比。
圖：軍事、金融、政治系統、比特幣挖礦、金礦每年成本和能耗
第一類文明
在獲取更便宜的資源的路上，我們將會在現實世界解放更多的經濟富餘。比特幣，通過捕獲這些新的或者分散的能源，不僅將我們帶向了 Kardeshex 的第一類經濟，同時也可能帶領我們距離 Kardeshev 第一類文明更進一步。（根據 Kardashev 指數我們大約在 0.72）。原本到達第一類文明我們需要兩百年，而以比特幣挖礦作為激勵，這個時間縮短到數十年。在達到第一類的狀態後，限制能耗增長變得不再必要，這將會提升所有人的生活水平。
注：Kardashev Scale，卡爾達肖夫等級／指數，又稱文明發展水平指數，分為三個等級：
類型I ：該文明是行星能源的主人，這意味著他們可以主宰這顆行星以及周圍衛星能源的總和。
類型II ：該文明能夠收集整個恆星系統的能源。
類型III ：該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用。
參考：https://baike.baidu.com/item/卡爾達舍夫等級
圖：人均 GDP vs 人均能源總消耗（2010）
尋找更便宜的電力資源的壓力會加速建造核聚變反應堆的步伐。大自然就是如此，通過全宇宙的核聚變（恆星）提供能量。而人類正在通過建造核聚變反應堆模仿大自然。據估計大約需要花費 800 億美元和數十年時間的研究來最終釋放核聚變的能量。核聚變的燃料（主要是氚）在海洋中有豐富的儲備，儲量幾乎能夠為全球提供數百萬年的能源。核聚變供能作為可再生能源還有諸多好處，比如能夠長期使用，沒有溫室氣體排放或空氣汙染，同時夠提供源源不斷的高密度能源。另一方面，核聚變供能的生產成本並不存在規模不經濟的問題。如水電和風電這樣的電力資源，若最優的地理位置已經被開發了，那麼若希望進一步利用這些資源就需要尋找次優的地理位置。而對於核聚變發電來說，生產成本幾乎不會隨著大量電站的建立而提高。因為原材料（也就是海水）到處都有。
水啊，水啊，到處都有水， 也沒有任何一滴可以喝。 Samuel Taylor Coleridge
核聚變和其他更便宜的能源將會解決諸如淡水緊缺等人類面臨的主要問題。我們被海水環繞，但是海水淡化站需要大量的能量。海水淡化上的成本目前比淡水，地下水，再生水和水源保護都高得多。
人類將會繼續探索，上至高山，下至海底，深入原子核心，探索每一個時空結構；去探索能源的增量，而不是困於當下的能源存量。我們將會達到星辰大海。
每年 1.34 兆美元的對手方之間無需信任的結算，並且讓所有人使用到更便宜的能源，值得當下 45 億美元的挖礦成本嗎？我想這個問題的答案很明確，是肯定的。
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