來(lái)源：十點(diǎn)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(kāi)手機(jī)，開(kāi)始一局王者榮耀，試圖從倔強(qiáng)青銅掙扎出來(lái)，大概半小時(shí)后，手機(jī)變得飛燙，你丟下手機(jī)，重新陷入無(wú)限空虛……
在如今的信息社會(huì)，手機(jī)、計(jì)算機(jī)等計(jì)算設(shè)備的運(yùn)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)于服務(wù)器，根據(jù)綠色和平組織與華北電力大學(xué)的報(bào)告，到2020年，全國(guó)數(shù)據(jù)中心總能耗已經(jīng)突破 2000 億千瓦時(shí)，到2023年將突破2500 億千瓦時(shí)。
作為維系信息社會(huì)的紐帶，數(shù)據(jù)中心的高能耗具有明確的社會(huì)價(jià)值，但與此同時(shí)，另一個(gè)行業(yè)正通過(guò)計(jì)算消耗大量能量，產(chǎn)生驚人的碳排放，而其本身的社會(huì)價(jià)值還處于持續(xù)爭(zhēng)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(guò)銀行等特定機(jī)構(gòu)發(fā)行，而是一種由算法生成、儲(chǔ)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(tái)上購(gòu)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(shí)，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(chǔ)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(jì)算機(jī)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(gè)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(shí)除了交易，還可以通過(guò)求解數(shù)學(xué)題來(lái)獲得比特幣。是的，你沒(méi)有聽(tīng)錯(cuò)，而且這是一個(gè)內(nèi)卷的解題過(guò)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ǎ忍貛虐凑帐諗康缺葦?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(wàn)個(gè)，以避免通貨膨脹。而與此同時(shí)，比特幣網(wǎng)絡(luò)每10分鐘會(huì)產(chǎn)生一道數(shù)學(xué)問(wèn)題，交給參與處理區(qū)塊的計(jì)算機(jī)（即“礦機(jī)”）來(lái)求解。最早解出答案的“礦機(jī)”將獲得一定數(shù)量的比特幣作為獎(jiǎng)勵(lì)。這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)解題以獲得比特幣的過(guò)程需要付出大量時(shí)間和計(jì)算力，被形象地稱為“挖礦”。
上述加粗的詞匯隱含著一個(gè)重要信息：挖比特幣的過(guò)程十分內(nèi)卷。隨著越來(lái)越多人加入到挖礦，比特幣網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)調(diào)整數(shù)學(xué)問(wèn)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(jì)算機(jī)越多，同樣的計(jì)算機(jī)越難最早解出答案；與此同時(shí)，隨著比特幣逐漸被挖出，所謂“一定數(shù)量”的比特幣獎(jiǎng)勵(lì)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(jiǎng)勵(lì)的比特幣將隨之縮水50%，以保證比特幣不會(huì)迅速被挖掘殆盡。
一個(gè)比較類似的例子是一線城市的小升初競(jìng)爭(zhēng)。剛剛有奧數(shù)培訓(xùn)的時(shí)候，優(yōu)秀的初中會(huì)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(lái)越多的小學(xué)生被送去奧數(shù)機(jī)構(gòu)培訓(xùn)而成為“礦生”，與之同時(shí)，優(yōu)秀初中能給出的奧數(shù)名額獎(jiǎng)勵(lì)卻越來(lái)越少，這就需要“礦生”更加努力，搶奪越來(lái)越少的小升初名額，礦生壓力越來(lái)越大，家長(zhǎng)負(fù)擔(dān)越來(lái)越重，教育變得越來(lái)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(jià)值被越來(lái)越多人認(rèn)可，以及其匿名的交易特性所帶來(lái)的潛在洗錢應(yīng)用，比特幣的價(jià)格日益增加。從最初的只能買一個(gè)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(lái)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(gè)人計(jì)算機(jī)的挖礦已經(jīng)幾乎不可能取得收益。于是大規(guī)模的計(jì)算中心被用來(lái)挖礦，這個(gè)過(guò)程伴隨著大量能耗。
大規(guī)模的計(jì)算中心被用來(lái)挖比特幣，產(chǎn)生大量能耗。|Getty
為什么計(jì)算機(jī)工作會(huì)消耗能量？為什么玩手機(jī)可以暖手，計(jì)算機(jī)需要散熱風(fēng)扇？因?yàn)樗鼈円秒姟＿@。。。。。。當(dāng)然沒(méi)錯(cuò)，不過(guò)如果你繼續(xù)深入思考這個(gè)問(wèn)題，最終會(huì)被引導(dǎo)到一個(gè)叫做“信息熵”的概念。
“熵”本身是一個(gè)物理化學(xué)概念，代表某個(gè)系統(tǒng)的“微觀狀態(tài)數(shù)”。我們可以通過(guò)“覆水難收”這個(gè)成語(yǔ)來(lái)簡(jiǎn)單認(rèn)知熵。考慮一盆水，每一個(gè)水分子都被限制到了盆子里這個(gè)相對(duì)比較小的空間當(dāng)中，微觀狀態(tài)數(shù)相對(duì)較少，即熵比較少；而把這盆水潑出來(lái)，水分子的存在范圍就被放大到了整個(gè)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(guò)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(lái)，則非常困難。同樣，這也是為什么我們往往覺(jué)得房間會(huì)自發(fā)地變亂（熵增加），而恢復(fù)到我媽覺(jué)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(jì)算機(jī)面對(duì)一個(gè)需要計(jì)算的問(wèn)題，答案會(huì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的目的，往往為了給出一個(gè)確定的答案：比如一列Excel數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果，一次鼠標(biāo)移動(dòng)后光標(biāo)的位置，一個(gè)游戲射擊動(dòng)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(guò)程伴隨著信息熵的減少，即伴隨著能量消耗。
其實(shí)人類的大腦也是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，考試中做選擇題的過(guò)程就是信息熵變化的過(guò)程：每個(gè)題目的四個(gè)選項(xiàng)，對(duì)應(yīng)著四種可能的選擇，此時(shí)信息熵最大；隨著人類的思考，逐漸選出一個(gè)確定的答案，信息熵變成最小。顯然，思考的過(guò)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(xiàng)選擇，則初始熵會(huì)更大，解出題目的能量消耗就會(huì)更多；題目改為填空題，初始熵進(jìn)一步增加，所需要的能量就會(huì)更多。
在計(jì)算機(jī)算力日益增加、競(jìng)爭(zhēng)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(lái)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(bào)道，目前中國(guó)的礦場(chǎng)占據(jù)了世界比特幣超過(guò)75%的算力。如果沒(méi)有政策干預(yù)，到 2024 年，中國(guó)比特幣礦場(chǎng)的能耗將達(dá)到峰值，約為 2965.9 億瓦時(shí)（超過(guò)全國(guó)數(shù)據(jù)中心的總能耗），產(chǎn)生 1.3050 億噸碳排放。這個(gè)數(shù)值將超過(guò)菲律賓、捷克等國(guó)家的碳排放，足以在中國(guó)182個(gè)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(guó)礦場(chǎng)占據(jù)了世界比特幣超過(guò)75%的算力
比特幣挖礦的碳排放足以在中國(guó)182個(gè)城市中排到前10名
由于這部分能量消耗并沒(méi)有真正產(chǎn)生產(chǎn)品，將嚴(yán)重影響我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
比特幣礦場(chǎng)需要被干預(yù)
人類為創(chuàng)造知識(shí)、開(kāi)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(jià)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(lái)比特幣行業(yè)發(fā)展的重要調(diào)控手段。盡管沒(méi)有明確的價(jià)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(chǎng)”開(kāi)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(chǎng)門檻，禁止低效率礦場(chǎng)開(kāi)展業(yè)務(wù)；
2）比特幣礦場(chǎng)區(qū)域限制，只允許在水利豐富的地區(qū)開(kāi)展比特幣挖掘業(yè)務(wù)，在高能耗的前提下實(shí)現(xiàn)低碳排放；
3）征收排放稅，對(duì)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(cè)，后面兩項(xiàng)措施能夠顯著減少碳排放，而設(shè)置比特幣礦場(chǎng)門檻策略則作用有限。此外，單獨(dú)將比特幣挖掘作為一個(gè)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(guó)“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
如果你和我一樣是單機(jī)游戲的愛(ài)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(duì)CPU（中央處理器）具有更高的解題能力，比特幣價(jià)格的拉高吸引了礦場(chǎng)購(gòu)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(jī)游戲或高畫(huà)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)游戲來(lái)使用的顯卡價(jià)格因此被不斷推高。帶來(lái)的影響不僅是玩家無(wú)法獲得最佳的游戲大作體驗(yàn)，也減少了游戲銷量，造成游戲開(kāi)發(fā)公司收益減少，游戲開(kāi)發(fā)動(dòng)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(jī)”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(jī)也會(huì)在一定程度降低礦場(chǎng)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(jià)值與社會(huì)價(jià)值之間找到平衡。
