比特币常识普及：比特币是什么？挖 1 枚比特币要耗费多少电力？

比特币是什么？

比特币最初是由以中本聪为名于 2008 年 11 月 1 日提出，并于 2009 年 1 月 3 日正式诞生的一种虚拟货币。

与各国发行的法币（比如人民币、美元）不同，比特币不是由中国人民银行等央行发行的，而是一种基于区块链技术的加密数字货币，依靠特定的算法产生。

常见的虚拟货币中最为出名的莫过于腾讯的 Q 币了。以 Q 币为代表的的传统虚拟货币与比特币之间最大的不同之处在于，Q 币是有腾讯公司（中心机构）发行，数量不限（只要腾讯公司想，就可以无限量发行）的虚拟货币。

比特币与这类虚拟货币之间最大的不同之处在于，去中心化，并不是由一个中心化机构发行，且其数量有限，最终发币量为 2100 万枚。因而不会像国家法币那样，由各国央行自行决定发售数量，从而出现超发导致物价上涨，诱使经济结构失衡的情况发生。

发币量

为什么是 2100 万？

准确来说最终的发币量是 20999999.9769 个，那为什么会是这个数字呢？

首先，中本聪在设计比特币的规则之初便设定了如下规则：

当比特币的底层技术区块链每记录 21 万个区块后，下一次将记录所获得的奖励（比特币数量）减少一半。比特币最初推出时每求解一个区块奖励矿工 50 枚比特币，随着比特币机制的运行，奖励逐渐减半，25 枚、12.5 枚、6.25 枚、3.125 枚……

那么通过一个简单的等比数列求极限公式：

210000*50+210000*25+210000*12.5+……

=210000*（50+25+12.5+6.25 +……+1/2n*50）

=2100万

但请注意还有一个小设定，减半 32 次后奖励为 0.0021 枚，当第 33 次减半时，原本奖励应为 0.00105 枚，但比特币算法机制将奖励直接设定为 0，使得最终的数量并没有达到完整但 2100 万，而是 20999999.9769 枚。

算力要求的升级

前文提到，比特币每 21 万个区块后，奖励减半这一奖励机制，万一突然涌入大量挖矿的人，岂不是比特币很快就挖完了，或发生相反情况，又要如何保证比特币的稳定运行呢？

这就要提到比特币的动态调整机制。

比特币通过特定的算法动态的保证每个块的记录时间是 600 秒，也就是平均每 10 分钟记录一个区块。为了保障平均每十分钟一个区块，比特币的求解难度会进行动态调整，每一个周期调整一次，每个周期时间为 2016 个区块，即平均 14 天调整一次难度。该动态平衡机制用公式来表达更简洁一些：

调整周期= 2016*10 分钟=难度（difficulty）* 2 ^ 32 /全网算力

式中难度 (Difficulty) 是对挖矿困难程度的度量，即产生新交易区块的难度。由此可知，随着矿机数量、矿机算力的增减，全网算力也会随之增减，为保障出块时间稳定，难度（difficulty）也会随之调整，从而确保出块时间动态稳定在平均 10 分钟一个块。

近年来，随着比特币认可度的提升，越来越多的人参与到了比特币的挖掘中，挖矿的难度 (Difficulty) 难度迅速上涨，为了能够高效挖币，矿工不断升级矿机的性能，从最初的 CPU 挖矿、到 GPU 挖矿再到如今的专业矿机挖矿，而这反过来导致 难度 (Difficulty) 的上涨，不断倒逼矿主升级矿机算力，使得比特币的能耗愈发增大。挖矿难度也迅速提升。

比特币挖矿难度如上图所示

一枚比特币

耗电量是多少呢？

眼看着比特币价格的迅速上涨，今年更是攀上了 6 万余美元一枚，折合人民币近 40 万元一枚，你有没有心动的感觉呢，是不是也有了要去挖矿的冲动呢？

那让我们看看如果挖矿到底合不合适呢？

要实现比特币挖矿主要需要准备以下三样物品：

1 专业矿机（或装有高性能独立显卡的电脑）

2 散热设备。空调、水冷散热器，甚至你也可以手动扇子扇????

3 电

想必看到比特币那仿佛直线上涨的币价，你一定有那么一瞬间心动了。

比特币近一年价格走势

可以看到，除了矿机的购置成本外，挖矿最大的开支就是电了。就让我们来详细计算一下挖一枚比特币到底需要消耗多少度电？

神马 M20S 专业矿机

比特币挖矿

耗电计算

首先，需要计算一台矿机挖到一枚比特币的所需要的时间：

那么，一枚比特币所耗电能为：

注：PUE 为考虑矿场总能耗（含辅助设备，如散热设备空调、照明等）/矿机能耗；

常见比特币 “矿机” 性能

作为普通人的我们，应该不会去购买那些动辄数万一台的专业矿机（只能用来挖矿），更大的可能性是尝试用家里的台式机/笔记本感受一下挖矿的暴富的乐趣。

下面以 Nvida 的 RTX3070 高性能显卡与比特微的神马 M30S++ 为例，简单对比两种不同设备挖矿的单枚比特币电耗。

以 2021 年 7 月 18 日为计算时点，此时比特币网络的全网算力为 101.47EH/s；difficulty 为 13.67T。

注：

MH/s、TH/s 是比特币算力的表征单位。H/s 是表示每秒钟可以完成哈希（Hash）运算（比特币中采用的加密算法）的次数。1MH/s 是指每秒钟可以完成 1，000，000 次哈希运算（6个0）；1TH/s是指每秒钟可以完成 1，000，000，000，000次哈希运算（12个0）；

哈希算法

就是将任意长度的输入量打乱混合，并压缩形成摘要。在该算法下，输入值与输出值之间并不存在规律，无法根据输出值反推出输入值，只能够利用枚举法，不断更换输入值，直到找到符合要求的输出值。这也是保障比特币安全性的重要基础，也因此需要大量的计算。

根据上述算法：

全网平均挖矿效率 = 1 枚比特币/全网算力= 1BTC/101.47EH/s=0.00000920 BTC/（24h·TH）

采用 Nvida RTX3070 显卡挖矿，挖一枚比特币所需要的时间约为：

Time1 = 1/（全网平均挖矿效率*显卡算力）= 1940993.78 天= 5317.8 年 ！

在此过程中所需消耗的电量为

Q1=218.4/1000*1940993.78*24h=1017万kwh！

朋友们，要想用家里的电脑去挖比特币，要想挖到一枚币需要 5000 年的时间，消耗 1000 万度电。

以民用电平均 0.65 元/kwh 的电价计，一枚比特币的电费成本高达 650 万元，而在此刻（7月18日），一枚比特币的价格约为 20.55 万元，远远不足以支付你的电费开支，看到这里，你还想要去挖矿吗？

既然那么不合算

为什么还要挖？

再来看看采用专业矿机挖矿的情况如何。

采用比特微神马 M30S++ 矿机进行挖矿，挖一枚比特币所需的时间为：

Time2=1/（全网平均挖矿效率*矿机算力）=970.5天=2.65年

在此过程中所消耗的电量（考虑降温等辅助设备所产生的电耗，系数为1.2）为：

Q2=3472/1000*970.5*24h*1.2=9.7万kwh

专业矿机多在电费低廉的地区，如四川、内蒙古等地建立矿场，获取较低的电价，以 0.3元/kwh 为例，挖一枚比特币的电费成本仅 2.91 万元，这么看起来是不是就划算，甚至是赚多了。

整个比特币网络

到底多耗电？

据剑桥大学替代金融研究中心统计，比特币全球 “挖矿” 的年耗电量约为 1348.9 亿度电。该耗电量相当于我国三峡大坝一年的发电量，听起来似乎并不多，但若是将比特币耗电量与全球各个国家的耗电量相比，比特币 “挖矿” 的耗电量高居全球各国耗电量的第 27 位！

当然，除了个人挖矿不经济之外，还要提醒大家，挖矿违法。

今年 5 月 21 日国务院金融稳定发展委员会第 51 次会议中指出，打击比特币挖矿和交易行为。

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编译者/作者：花木兰

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