挖一個比特幣需要多少算力(比特幣挖礦熱力學，挖一個比特幣需要多少能量?)

2023-07-19

究竟什么是比特幣挖礦？這是一個需要很多層次理解的問題。

SHA-256哈希算法的簡要解釋

當你輸入密碼來解鎖你的手機或你的筆記本電腦時，密碼有效是因為它對應的是加密難題的唯一解。

使現代密碼學（如雙因素身份驗證）安全的是，即使有人獲得了哈希前或哈希后密碼的訪問權，也很難獲得相應的密碼。

正如你在下面看到的，一個簡單的3個字符的字符串 "abc "對應的是一個幾乎無法理解的字符串。

SHA-256的工作原理是將一個任意長度的字符串，轉換為64個字符的哈希值。

輸入可以是3個字符，也可以是300個，甚至是3000個字符。而結果仍然是一個64個字符的哈希值。

簡單來說，當找到一個解時，比特幣被認為是挖出來了。

它是一個64個字符的字符串，并且每個字符有36個可能的輸入。26個字母和10位數字。因此，這就是36^64個輸入。

經過856,192,328次的嘗試，找到了正確的解。而這個問題通過使用一個已經被證明包含解的區塊，已經被大大簡化。在絕大多數情況下，解是不存在的。

現在我們對什么是哈希有了一個大概的了解，我們可以把這個概念進一步擴展到一個被稱為哈希率的指標。這只是比特幣在全球范圍內被開采的速度。

根據CoinDesk的數據，截至2021年9月6日的哈希率約為89 Exa Hash /秒（EH/s）。由于比特幣使用SHA-256算法，每個哈希值產生的信息占據了256比特的內存。

以下關系是由魯道夫-蘭道爾在1961年提出的，當時他是IBM的研究科學家。

毀滅（或創造）一個信息包所需能量的下限。其中k_B是玻爾茲曼常數，T是系統的溫度，單位是開爾文。現代計算機的能源效率大約降低了100萬倍。

讓我們做一些近似的計算，根據到目前為止討論的數字，嘗試計算一下當今世界上比特幣能源消耗的大致數字。

我知道這很可能嚴重偏離了目標，但請允許我嘗試。

1. SHA-256哈希值產生256位。

每個哈希值的最低理論能耗是256 K T ln2。

因此，每個哈希值的能量成本至少是7.30/10^19焦耳。

2. 算上10^6的能量成本。

每個哈希值的能量接近于7.30/10^13焦耳。

3.核算巨大的嘗試次數

這個例子花了856,192,328次嘗試才得到一個正確的哈希值。

因此，這就是：每個正確的哈希值為6.25/10^4焦耳。

4. 現有的哈希率是89EH/s。

因此，這是89×10^18每秒的哈希值。

我們得出的全球能源消耗率為5.56×10^16瓦。作為參考，一個中等規模的核電站可以產生大約1GW的能量。