比特币挖矿热力学，挖一个比特币需要多少能量？

究竟什么是比特币挖矿？这是一个需要很多层次理解的问题。

SHA-256哈希算法的简要解释

当你输入密码来解锁你的手机或你的笔记本电脑时，密码有效是因为它对应的是加密难题的唯一解。

使现代密码学（如双因素身份验证）安全的是，即使有人获得了哈希前或哈希后密码的访问权，也很难获得相应的密码。

正如你在下面看到的，一个简单的3个字符的字符串 "abc "对应的是一个几乎无法理解的字符串。

SHA-256的工作原理是将一个任意长度的字符串，转换为64个字符的哈希值。

输入可以是3个字符，也可以是300个，甚至是3000个字符。而结果仍然是一个64个字符的哈希值。

简单来说，当找到一个解时，比特币被认为是挖出来了。

它是一个64个字符的字符串，并且每个字符有36个可能的输入。26个字母和10位数字。因此，这就是36^64个输入。

经过856,192,328次的尝试，找到了正确的解。而这个问题通过使用一个已经被证明包含解的区块，已经被大大简化。在绝大多数情况下，解是不存在的。

哈希率

现在我们对什么是哈希有了一个大概的了解，我们可以把这个概念进一步扩展到一个被称为哈希率的指标。这只是比特币在全球范围内被开采的速度。

根据CoinDesk的数据，截至2021年9月6日的哈希率约为89 Exa Hash /秒（EH/s）。由于比特币使用SHA-256算法，每个哈希值产生的信息占据了256比特的内存。

信息和能源之间的联系

以下关系是由鲁道夫-兰道尔在1961年提出的，当时他是IBM的研究科学家。

毁灭（或创造）一个信息包所需能量的下限。其中k_B是玻尔兹曼常数，T是系统的温度，单位是开尔文。现代计算机的能源效率大约降低了100万倍。

比特币的能源消耗

让我们做一些近似的计算，根据到目前为止讨论的数字，尝试计算一下当今世界上比特币能源消耗的大致数字。

我知道这很可能严重偏离了目标，但请允许我尝试。

1. SHA-256哈希值产生256位。

每个哈希值的最低理论能耗是256 K T ln2。

因此，每个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。

每个哈希值的能量接近于7.30/10^13焦耳。

3.核算巨大的尝试次数

这个例子花了856,192,328次尝试才得到一个正确的哈希值。

因此，这就是：每个正确的哈希值为6.25/10^4焦耳。

4. 现有的哈希率是89EH/s。

因此，这是89×10^18每秒的哈希值。

我们得出的全球能源消耗率为5.56×10^16瓦。作为参考，一个中等规模的核电站可以产生大约1GW的能量。