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比特币网络的安全性源自称为工作量证明 (PoW) 的过程，该过程由先进的硬件和大量电力提供支持。 在 PoW 挖矿中，矿工聚合特定时期内的交易数据，并尝试将这些数据汇总为网络其余部分接受的加密输出。 这个过程是计算密集型的，需要大量的能量。 成功的矿工通过网络使用新创建的比特币进行补偿。 然而，PoW 挖矿的能源需求并不是任意的。 通过要求矿工花费资源来更新共享分类账的状态，篡改历史数据的成本变得极其高昂。
如今，全球比特币挖矿业消耗的电量与荷兰等小国消耗的电量相当。1个 虽然总用电量很高，但这并不是全部。 还必须考虑采矿业在提高运营能源效率方面取得的重大进步，以及促使采矿业在采矿过程中采用更多可持续来源电力的力量。
关键要点
- 比特币矿工竞相最大化他们在固定数量的可开采比特币中的份额。 矿工被激励使用高效的硬件并消耗廉价的能源来优化利润率。
- 采矿硬件效率的进步令人印象深刻，但改进的步伐正在放缓。 使用最便宜的能源对于降低运营成本变得越来越重要。
- 太阳能和风能等可再生能源的成本竞争力越来越强。 在采矿过程中采用这些能源是一种可能在采矿业中加速发展的趋势，这可能有助于减少比特币网络的碳足迹。
矿工助力 ASIC 赚取比特币奖励的一部分
专用集成电路 (ASIC) 是在比特币挖掘的计算密集型过程中使用的专用硬件单元。 这些机器的任务是“解决”数据块并将其添加到区块链中。 ASIC 通过聚合网络中的交易数据并通过加密算法推送它以搜索任意输出来实现这一点。 这个迭代过程需要 ASIC 每秒进行数十亿次猜测，直到找到正确的输出。
ASIC 进行的每个单独计算称为哈希，ASIC 每秒产生的哈希数称为哈希率。 单个哈希可以被认为是解决区块并获得比特币奖励的彩票。 矿工在网络总哈希率中的份额——网络上所有 ASIC 产生的计算能力——代表矿工在给定时间段内可以预期获得的比特币奖励。
激烈的竞争要求矿工寻求运营效率
比特币挖矿竞争激烈。 随着网络的总哈希率增加，未按比例扩展其哈希率的挖矿操作被稀释，并且预期比特币奖励减少。 为了保持竞争力，矿工们被迫不断提高他们的算力，导致了一场争夺最强大和最高效的 ASIC 的军备竞赛。 下面的第一个图表显示了保护网络的哈希率如何随着时间的推移而增加，而第二个图表显示了日益激烈的竞争如何导致每个哈希的平均收入下降。
面对这些竞争力量，为了保持利润率，矿工可以使用更高效的挖矿硬件来最大化每单位能源消耗的哈希率，或者他们可以使用最便宜的可用能源为他们的挖矿设备供电。
能源效率的重要性随着硬件进步缓慢而增长
工业规模比特币挖矿的早期是由矿工通过使用最新一代 ASIC 来竞争最大限度地提高能效哈希率来定义的。 半导体技术的快速进步推动了这场竞争，因为 ASIC 在短短几年内见证了哈希率效率的指数级提升。 与 2014 年的同类产品相比，今天的 ASIC 的能效大约高出 36 倍，以产生 1 gigahash（10 亿哈希）计算能力所消耗的能量焦耳来衡量。2个 然而，如下图所示，ASIC 技术的效率提升正变得越来越微不足道。
面对 ASIC 进展放缓，硬件作为矿工盈利能力主要决定因素的主导地位可能会减弱。 取而代之的是，具有成本竞争力的能源可能会成为越来越重要的投入。
经济联盟激励矿工采用可再生能源
矿工被激励在能源最便宜和最容易获得的地方运营。 在适合太阳能和风电场的地方扩大业务是一个引人注目的选择。 虽然这些能源目前在可靠性方面存在局限性，但太阳能和风能已变得比化石燃料更实惠，如下图所示。
比特币采矿业正在注意到可再生能源的成本效益。 最近，许多行业领先的矿工开始将其业务从化石燃料能源转型。 其中，Marathon Digital 于 2022 年第三季度将业务从蒙大拿州的一个煤电采矿设施转移到更具可持续性的设施，包括德克萨斯州金山的一个风力发电设施。3个 代表全球比特币挖矿网络 48.4% 的矿业公司全球论坛比特币矿业委员会 (BMC) 估计，到 2022 年第四季度，可再生能源占用于开采比特币的电力的 58.9%，相比之下有了显着改善到 2021 年第一季度估计为 36.8%。4个
减半可能是可再生能源采用的另一种催化剂
除了竞争之外，比特币减半还可以加速矿工对绿色能源的采用。 每 210,000 个区块减半一次，大约每四年一次。5个 顾名思义，如果比特币价格没有变化，减半会使比特币区块奖励减少 50%，这会使比特币矿工的收入减少几乎相同的数量。 预计在 2024 年，下一次减半将使每个区块发行的区块奖励从 6.25 BTC 减少到 3.125 BTC。6个 随着竞争和减半迫使矿工尽可能寻求效率提升，比特币矿工发现环境可持续实践可能是下一个探索的前沿。
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