比特幣網路的安全性、比特幣價格和能源消耗是決定比特幣轉型的三大要素。
前言
我們經常說，比特幣網路的安全性是所有加密貨幣中最完美的，它的安全性主要依靠工作量證明（PoW）和比特幣挖礦所需的巨大挖礦能力（算力），也就是說51%攻擊可能不成功。
區塊鏈最著名的攻擊方式就是“透過51%攻擊進行雙花”。即一個惡意行為者或組織試圖獲取超過50%的交易批准能力（挖礦能力），使他們能夠重複發行比特幣（一次確認），而其他礦工無法對此採取任何措施，甚至可能還根本沒有注意到。
但比特幣的PoW系統值得探討。目前比特幣的安全級別可能只有在未來比特幣價格大幅上漲時才能維持，且人們也不願能耗過高。因此本文將深入討論比特幣的總算力、礦工、獎勵、和挖礦裝置。
網路算力
比特幣網路的安全性包括比特幣網路上的挖礦能力（算力）。算力大小以及比特幣網路的安全性取決於礦工的可盈利性。
礦工的盈利和成本取決於多方因素：
1. 比特幣價值，比特幣的高價格會給礦工帶來盈利。
2. 總算力，也就是蛋糕可以分給多少礦工。
3. 每單位時間可挖出的比特幣數量。現在每10分鐘可挖出12.5枚BTC。但是到2020年5月，比特幣區塊獎勵會調整為每10分鐘6.25枚，這就意味著在同一價格上，礦工收益變低。
4. 挖礦裝置的算力。算力越高，挖出區塊的機會越大，收益也就更高。
5. 礦工需支付的成本。挖礦成本包括能源成本、託管成本和裝置折舊成本。該成本與前三點相關，挖礦能力越高通常意味著能源成本、託管成本及裝置折舊成本更高。
6. 挖礦裝置的效率。挖礦裝置越先進，其雜湊/能源成本比就越高，也意味著挖礦裝置的可盈利性就越高。
一旦礦工對挖礦裝置進行投資，那麼在重新更換裝置之前必須收回成本，因此，第4、5、6點實際上是固定資料。另外第3點也是固定的，因為減半每4年發生一次。
這意味著礦工的利潤很大程度上取決於比特幣價格和總算力。換句話說，它與價格和算力直接相關，如果比特幣價格上漲，那麼算力就會增長，反之，價格下跌，算力也會下降。在每個價格水平，礦工數量和價格之間會有一個穩定點。但它一直在變動，因為礦機越來越先進，新礦機能夠為礦工帶來更多利潤，因此變動不可避免。
而且，在不斷上漲的市場中，算力發展總是滯後於價格變化。畢竟，購買和安裝挖礦裝置都需要時間。而關閉挖礦裝置只是一瞬間，因此，比特幣價格下降總會導致算力直接下降。
圖1
我們可以看到，在2017年12月的價格最高峰後，越來越多的礦工加入挖礦行列。礦機供應商之一的位元大陸（Bitmain）一時之間無法應付大量湧入的訂單，交貨時間為6個月都算十分正常的了，這也是8個月後算力才達到巔峰的原因。而截至目前，比特幣的價格始終在下跌，從2018年12月的8000美金暴跌至4000美金，對算力產生了直接影響。而2019年4月至5月，比特幣價格再度上漲，而後算力也隨之上漲。2019年7月，比特幣價格再次達到最高點，而算力直至9月底才達到最高點。除了不斷上漲的價格外，不斷增長的算力也要歸功於新挖礦裝置所帶來的高效率，下文將進行詳細說明。
效率
為了對比各挖礦裝置的效率，以下表格已列出了過去及現在在市場上出售的所有挖礦裝置。這些都是Asic SHA256礦機。雖然最後兩款尚未上市，但我還是將其包含在內。下圖效率以達到1 Terahash/s的算力需多少瓦特的功率來表示。
可以看到，為達到1 Terahash/s（TH/s）的網路算力，2014年的礦機需要近800瓦功率。而當下新代礦機則只需約40瓦功率就可達到。這些挖礦裝置的效率資料如下圖中的藍點所示。
圖2
此圖還加上了一條指數趨勢線，這樣我們就可以對未來的變化趨勢有所瞭解。據圖表顯示，到2021年1月，如果挖礦技術繼續以當前速度向前發展，那麼挖礦效率將實現1TH/s只需30瓦功率。
透過觀察以上資料，挖礦裝置的裝機容量以及與之相關的能耗情況一目瞭然。不過有一點需要說明，裝置先進的礦機不會一直執行，由於為了控制折舊成本，這些裝置在購買後只會使用一段時間。該計算基於以下假設：挖礦裝置在2年內折舊，因此整個挖礦園區中的裝置平均使用1年。這樣我們就可以對整體挖礦園區的每日裝機容量進行大概估計。功率值如下圖所示。
圖3
從上圖可以看出，近幾個月功率的增長速度沒有圖1算力的增長速度快。這是因為挖礦裝置效率逐漸提高。我們還可以看到，上圖最後一月的水平較低。這可能是因為比特幣價格始終處於壓力位，並呈消極趨勢。
能耗及成本
從圖3也可清晰看出比特幣的能耗情況。目前比特幣的裝機容量為70億瓦，每天需消耗168千兆瓦時，則每年消耗61320千兆瓦時。這些數字與其他研究資料（如知名數碼經濟學家的計算結果）大致相同。
相比之下，一臺3兆瓦的現代大型風力發電機每年消耗的電力為6000兆瓦時。這就意味著，為維持比特幣區塊鏈的執行，必須得同時運作約1萬颱風力發電機。從社會和環境的角度來看，這太荒謬了。
再說到挖礦成本，能源成本是其中最重要的因素，其次是折舊成本和託管成本。
成本肯定是不能超過收入的，因為挖礦就是為了牟利。挖礦日收益為144個區塊*每區塊12.5個BTC=1800個BTC。以當前8000美元價格計算，總價值則為1440萬美元。另外，一天的挖礦能耗為168千兆瓦時。如果我們以每千瓦時0.1美元計算，那麼每日挖礦的電力成本為1680萬美元，最終虧損240萬美元，我們甚至還沒有計算其他成本。換句話說，要靠挖比特幣盈利，目前只能去電價遠低於每千瓦時0.1美元的地方。比如在中國和加拿大（每千瓦時為0.05美元）。盈虧平衡點大約是每千瓦時0.055美元。
1個BTC的成本為7333美元。
如今1筆的交易成本大家也都知道。現在一個區塊最多可以處理3000筆交易，挖一個區塊的成本為91666美元。每筆交易的成本就是30美元多一點。
這成本實在是太高了，所以比特幣急需改變。
獎勵減半
如果2020年5月比特幣獎勵減半，情況會有所好轉嗎？從原則上來說，很多裝置較舊的礦工會自覺退出。從理論上講，算力也會減半。實際上，下降幅度會小一些，因為挖礦效率最高的礦工會留下來。另外，由於市場上可挖的BTC供給量將減少，比特幣價格可能會有一波小漲幅。最終消極趨勢將再次被積極趨勢推動。當然，人們都知道減半即將到來，且可預料。換句話說，這都是對未來的預測。這是一個相互依賴的複雜關係。
實際上，我們不應將網路安全性與算力聯絡起來，而應將其與挖礦能耗成本相關來奶。畢竟是能耗成本決定算力大小。
更簡單來說就是，由於挖礦能耗成本與挖礦收益成正比，因此挖礦收益是區塊獎勵和價格的乘積。
因此，我們可以得出以下定理：
比特幣網路的安全性由區塊獎勵與價格來決定。
假設挖礦在邊緣地帶進行。總會有些小情況，特別是對於那些裝置較舊的礦工來說，挖礦將處於虧損狀態。這就是比特幣網路的困難所在。假設比特幣價格暴跌，從當前的8000美元跌至3000美元不等。那麼許多礦工就會關掉裝置。這就會造成市場上挖礦裝置過剩，惡意參與者就可以以極其低廉的價格購買或租用這些挖礦裝置，以嘗試執行51%攻擊。也許這個推測有些牽強，但墨菲定律也適用於此。
結語
比特幣需消耗大量能源。
我們急需採取些措施來大幅減少生態足跡。除了PoW，我們還需其他無需消耗大量能源的系統來保證網路安全。此外，為降低比特幣交易費用，每秒交易處理數量也需大幅增加。
文章來源於ALTCOIN雜誌，翻譯由頭等倉（First.VIP）_Saline 提供，轉載請保留文末資訊！
