区块链神吐槽我们看到大型专业采矿数据中心已经占据了比特币矿业的业务，以及如何将这种运动与金矿开采中的坑开采相结合。你可能会意识到，这些年来矿坑是造成环境破坏的主要原因。
比特币还没有达到这个水平，但它开始使用大量的能量已成为讨论的话题。 在本节中，我们将看到比特币矿业正在使用多少能源，以及对货币和地球的影响。
热力学极限
20世纪60年代，有一种被拉尔夫·兰道尔（RalphLandauer）研制的Landauer原理的物理规律称，任何不可逆的计算都必须使用最少的能量。逻辑不可逆计算可以被认为是丢失信息的计算。具体来说，删除任何位的原则规定必须消耗最小（kT ln 2）焦耳，其中k是波尔兹曼常数（约），T是开尔文电路的温度，ln 2是2的自然对数，大约为0.69。每比特的能量很小，但这从基本物理上提供了能量消耗的一个较低的下限。
我们不会在这里做出推论，但是高层次的想法是，每次你以不可逆的方式翻转一比特时，你必须使用最少的焦耳数量。源永不毁灭;它从一种形式转换成另一种形式。在计算的情况下，能量主要是从电转化，这是有用的，高品位的能源，转化成散发到环境中的热量。
作为加密哈希函数，SHA-256不是可逆计算。我们可以从第1章回想起，这是密码哈希函数的基本要求。
因此，由于不可逆计算必须使用一些能量，而Bitcoin采矿的基础是SHA-256——不可逆转，能源消耗是比特币开采的必然结果。也就是说，Landauer原则的限制远远低于今天使用的电量。我们还没有接近理论最优消费的计算，但即使我们确实达到了理论上的最佳，我们仍然将使用能量来执行比特币开采。
比特币矿业如何使用能源？过程中有三个步骤需要能量，其中一些步骤可能不那么明显：
实体能量首先，比特币采矿设备需要制造。
这就需要对原材料进行物理采矿，并将这些原材料转化为Bitcoin采矿ASIC，这两者都需要能源。这是实体的能量。一旦你在邮件中收到Bitcoin采矿ASIC，当然你已经消耗了很多精力——包括运输能源，当然——在你甚至启动它之前！
希望随着时间的推移，实体能量将随着越来越少的新产能投产而下降。随着越来越少的人去购买新的采矿ASIC，他们将被不太快地淘汰，并且具体的能源将在多年和几年的采矿中摊销。
电力当你的ASIC开机并开采时，它会耗电。
这是一步，我们知道了由于Landauer的原理而消耗能量。随着采矿设备的效率越来越高，电能成本将会下降。但由于Landauer的原理，我们知道它永远不会消失;电能消耗将是比特币矿工永远的生活事实。
冷却消耗能源的第三个重要组成部分是冷却设备，以确保其不会发生故障。
如果你在非常寒冷的气候条件下进行小规模运营，你的冷却成本可能是微不足道的，但即使在寒冷的气候下，只要你在一小段空间内获得足够ASIC，你将不得不花费额外的费用来冷却你的设备产生的所有废热。一般来说，用于冷却采矿设备的能量也将是电力的形式。
规模开采
当大规模经营时，实体的能源和电力都有所减少（每单位完成的采矿工作）。构建可在大数据中心运行的芯片成本更低廉，你可以在不需要太多电源的情况下更高校地提供电源。
然而，在冷却方面，通常情况正好相反：冷却成本随着你的规模会越来越大。如果你想要运行一个非常大的操作，并且在一个地方拥有大量的Bitcoin采矿设备，在你的设备周围区域散热的空气较少。因此，你的冷却预算将按规模（每单位完成的采矿工作）增加，除非你将物理区域与你使用的芯片数量一起缩小。
估计能源消耗。整个比特币系统使用了多少能源？当然，我们无法计算出这一点，因为这是一个分散化的网络，矿工在所有地方运营，而无需准确记录他们在做什么。但是，有两种基本的方法可以估计比特币矿工集体使用的能量。我们要基于2015年初的价值做一些粗略计算。我们必须强调，这些数字非常粗糙，因为一些参数很难估计，也因为它们的变化很快。最多应该把它们视为数量级的估计。
自上而下的方法
第一种方法是自上而下的方法。 我们从简单的事实开始，每次发现一个区块，今天给矿工提供价值约6500美元的25比特币。每秒大约11美元，这是在比特币经济中凭空创造出来的，并给了矿工。
现在我们来问一下这个问题：如果矿工把这11美元每秒都转成电，他们可以买多少钱？当然，矿工们实际上并没有把所有的收入都用在电力上，但是这将为所用的电力提供一个上限。电力价格差异很大，但我们可以用这样的估计，美国的工业生产电费每千瓦时（千瓦时）约为10美分，或相当于每兆焦耳3美分（MJ）。如果比特币矿业公司花费每秒赚取的11美元来购买电费，他们可以每秒购买367兆焦耳，消耗稳定的367兆瓦（兆瓦）。
能量和能量单位。在国际单位制（SI）中，能量以焦耳为单位。瓦特是功率单位，其中一瓦特被定义为每秒一个焦耳。
自下而上的方法
估计成本的第二种方法是使用自下而上的方法。在这种方法中，我们来看一下矿工实际计算的哈希数，我们通过观察每个区块的难度来了解。如果我们假设所有的矿工都在使用最有效的硬件，我们可以得出电力消耗的下限。
目前，商业上可获得的矿山钻井平台中最好的效率数据约为3 GH/s/W。也就是说，最前沿的ASIC声称每秒执行30亿次哈希，同时消耗1瓦的功率。整个网络的算力约为350000000 GH／s，或相当于每秒350 petahash（PH / s）。 把这些结合在一起，我们看到每秒的哈希效率需要大约117兆瓦。当然，这个数字排除了所有的冷却能量和这些芯片中的所有实体能量，但是我们正在进行一个最佳的计算并得到一个下限，这样就可以了。
结合自上而下的自下而上的方法，我们可以得出一个大致估计，比特币矿工的电力使用量大概在几百兆瓦左右。
兆瓦是多少？直觉来说，我们可以看看大型发电厂的产量。世界上最大的发电厂之一，中国的三峡大坝是一座万兆瓦的发电厂。典型的大型水电站生产约1000兆瓦。作为世界上最大的核电站，日本的Kashiwa崎崎是一座7000兆瓦的工厂，而平均核电站约为4000兆瓦。一个主要的燃煤电厂生产约2000兆瓦。
据我们的估计，整个比特币网络正在耗费大型电厂10％的电力。虽然这是一个相当数量的能量，但与人们在地球上使用电力的所有其他事情相比，它仍然很小。
比特币矿开采是否浪费？
经常说比特币“浪费”能量，因为SHA-256计算上的能量消耗不起任何其他有用的目的。重要的是要认识到，任何支付系统都需要能源和电力。
使用传统货币，大量能源消耗印刷货币和运行的ATM机，硬币分选机，收银机和支付处理服务，以及在装甲车中运输货币和金条。
你也可以同样地认为，所有这些能量都被“浪费”，除了维持货币体系以外，它不具有任何目的。
所以，如果我们把比特币视为一个有用的货币体系，那么支持它所需的能量并不是真的被浪费了。如果我们可以用较少的能源密集型的谜题来取代比特币的采矿，而且还有一个安全的货币，那就是积极的变化。 然而，我们在第8章中会看到，我们不知道是否真的有这可能。
再生能源
使比特币更环保的另一个想法是捕捉比特币开采产生的热量，用它来做一些有用的事情，而不是仅仅加热大气。
这种从计算中获取余热的模型称为数据炉方法。这个概念是，不是购买一个传统的电加热器来加热家庭或加热家中的水，你可以购买一台加热器，作为Bitcoin采矿设备，开采比特币，并将你的家庭作为该计算的副产品加热。事实证明，这样做的效率并不比购买电加热器要差得多，对于家庭消费者来说，这样做并不比将加热器插入互联网连接以及电源插座更复杂。
这种方法有一些缺点。尽管它与使用电加热器一样高效，但电加热器本身的效率远低于燃气加热器。此外，夏季（或至少北半球的所有人），每个人都关闭比特币矿机时会发生什么情况？根据人们需要的热量，采矿哈希力可能会季节性下降。它甚至可能在天气比平均气温更暖和的日子下降！如果数据炉模型实际上陷入困境，这将对比特币共识产生很多有趣的影响。
用现金换电
Bitcoin提出的另一个长期问题是它可能提供将电力转化为现金的最有效手段。
想象一下，Bitcoin采矿ASIC是一种易于获得的商品，主要的采矿成本是电力。事实上，这意味着提供免费或低成本的电力对新形式的滥用是可以接受的。
在世界上许多国家，政府补贴电力，特别是工业用电。除此之外，他们经常这样做是为了鼓励工业企业去他们的国家。但比特币提供了一种将电力转化为现金的好方法，如果补贴的电力被大规模转换为比特币，这可能会导致政府重新考虑该模式。电力补贴旨在吸引有助于国家经济和劳动力市场的企业，补贴比特币矿业可能没有预期的效果。
一个更大的问题是，在人民的家园，大学，酒店，机场，办公楼等，全球有数十亿个免费电源插座。人们可能试图插上采矿设备，以便在其他人支付电费时可以获利。事实上，他们可能会使用过时的硬件，而不用为升级劳神，因为他们不会支付电费。考虑到世界上每一个电源插座都有可能为比特币开采潜在的未经授权使用的电源进行监控，这是相当令人畏惧的。
