區(qū)塊鏈中的灰塵量與熱力學(xué)問(wèn)題分析

我們研究了灰塵（dust）——發(fā)幣交易費(fèi)大于余額的比特幣容器（UTXO）——的歷史和未來(lái)。

區(qū)塊鏈中的灰塵量由當(dāng)前的UTXO集和交易費(fèi)市場(chǎng)決定。在交易費(fèi)高峰時(shí)期（約2017年12月），比特幣區(qū)塊鏈中25-50％的UTXO可以被稱為灰塵！與此同時(shí)，這些灰塵UTXO中包含的比特幣數(shù)量很少：只值數(shù)千萬(wàn)美元。因此，根據(jù)你如何衡量，灰塵要么是一個(gè)巨大的問(wèn)題，要么是一個(gè)微不足道的問(wèn)題。無(wú)論如何，我們會(huì)討論最小化新灰塵和清理現(xiàn)有灰塵的可能解決方案。

在物質(zhì)世界中，工作量證明強(qiáng)烈地錨定了比特幣，并使其受制于熱力學(xué)定律。礦機(jī)消耗的能量可以保護(hù)區(qū)塊鏈，但這項(xiàng)有用的工作伴隨著熵增和廢熱的產(chǎn)生。 如果比特幣區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，灰塵UTXO將成為它耗盡的廢熱的一部分。由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)是完全有效的，比特幣永遠(yuǎn)不會(huì)停止制造灰塵。

什么是灰塵，它來(lái)自哪里？

比特幣使用一種被稱為未花費(fèi)交易輸出（UTXO）的會(huì)計(jì)結(jié)構(gòu)。任何比特幣交易的輸出都是新的UTXO，輸入是現(xiàn)有的UTXO——它們被該交易完全消耗掉。在區(qū)塊鏈上，比特幣總是被“存儲(chǔ)”在這樣的UTXO中。

本圖顯示了錢包可能構(gòu)建發(fā)送0.5 BTC的交易的兩種可能方式。第一筆交易消耗了兩個(gè)UTXO，因此費(fèi)用更高。第二個(gè)交易只消耗一個(gè)UTXO，因此更便宜，但創(chuàng)造了一個(gè)非常低余額的找零輸出。雖然對(duì)未來(lái)的交易費(fèi)市場(chǎng)將如何變化只有不完全的知識(shí)，但錢包軟件必須在今天平衡這些權(quán)衡。這是一個(gè)難題。

在錢包構(gòu)建一筆交易時(shí)，它必須決定使用哪些UTXO來(lái)作為輸入。這可能聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但這確實(shí)是一個(gè)很難的優(yōu)化問(wèn)題。Jameson Lopp定義了錢包軟件作者必須追求的三個(gè)同時(shí)存在且相互沖突的目標(biāo) （https://medium.com/@lopp/the-challenges-of-optimizing-unspent-output-selecTIon-a3e5d05d13ef）：

1. 通過(guò)在錢包中保留許多可用UTXO來(lái)支持高交易量。

2. 通過(guò)變得非決定性并屏蔽哪些輸出發(fā)生了變化來(lái)保護(hù)隱私。

3. 無(wú)論現(xiàn)在還是以后，都盡量讓交易費(fèi)最小化。

很明顯，這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有“一刀切”的解決方案，事實(shí)上，上面概述的三個(gè)寬泛的優(yōu)化目標(biāo)往往是直接對(duì)立的。——Jameson Lopp

此外，錢包軟件通常是通用的，意味著由許多不同類型的用戶共享。錢包作者并不知道一個(gè)給定用戶計(jì)劃在未來(lái)做什么交易，也不知道交易費(fèi)市場(chǎng)將如何發(fā)展。

這意味著，錢包對(duì)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生低余額灰塵UTXO無(wú)能為力。錢包的UTXO管理是一個(gè)困難的優(yōu)化問(wèn)題，沒(méi)有針對(duì)所有用戶的全局最優(yōu)解決方案。這是灰塵的最終起源。

是什么產(chǎn)生了UTXO灰塵？

直觀地說(shuō)，低余額的UTXO可能是灰塵。下圖顯示了UTXO余額隨時(shí)間的分布：

UTXO余額隨時(shí)間分布圖。冷色調(diào)顏色（藍(lán)色和綠色）代表低余額UTXO，暖色調(diào)（橙色和紅色）代表高余額UTXO。我們選擇繪制的百分位數(shù)突出顯示了分布的下端和上端。UTXO余額的范圍很廣：分布上端的UTXO包含數(shù)千個(gè)BTC，而在下端則包含少于100聰（11-12個(gè)數(shù)量級(jí)?。?。［https://plot.ly/~unchained/41/utxo-balance-percenTIles/#/］

該圖確實(shí)證實(shí)存在大量的低余額UTXO，但是我們能否更精確地定義哪些低余額UTXO是灰塵呢？

在一筆交易中花費(fèi)一個(gè)UTXO需要引用該UTXO（通過(guò)提供創(chuàng)建它的交易ID以及它在該交易中作為輸出出現(xiàn)的順序）并使用所需的密鑰對(duì)其進(jìn)行簽名。所有這些都需要一定數(shù)量的字節(jié)來(lái)表達(dá)，必須用交易費(fèi)來(lái)向礦工補(bǔ)償字這些節(jié)數(shù)。

一筆交易會(huì)從其輸入U(xiǎn)TXO中扣除其交易費(fèi)。這通常不是問(wèn)題，因?yàn)榕c它們正在消耗的所有UTXO余額總和相比，交易費(fèi)通常較小。但是，如果一筆UTXO的余額非常低，或者交易費(fèi)非常高，或者花費(fèi)UTXO需要大量的字節(jié)，那么就有可能花費(fèi)一筆輸出UTXO的成本會(huì)高于它所包含的幣。

我們將UTXO的價(jià)值密度（value density）定義為其余額除以花費(fèi)它所需的字節(jié)數(shù)。

UTXO的價(jià)值密度衡量的是為了把幣發(fā)出去，每個(gè)字節(jié)所含的比特幣數(shù)量。

根據(jù)這個(gè)定義，將UTXO分類為灰塵需要比較兩件事：

·目前礦工接受的最低交易費(fèi)

·UTXO的價(jià)值密度

兩個(gè)數(shù)量都具有聰/字節(jié)的單位，因此可以直接進(jìn)行比較：如果一筆UTXO的價(jià)值密度低于礦工目前接受的最低交易費(fèi)，那么該UTXO目前就是灰塵。隨著（通常不穩(wěn)定的）交易費(fèi)市場(chǎng)的變化，UTXO可以隨時(shí)間推移降到“灰塵線”以下，又在后來(lái)升到這條線以上。

花費(fèi)UTXO需要多少字節(jié)？

把一筆UTXO列為灰塵需要知道花費(fèi)它需要多少字節(jié)，但這個(gè)數(shù)字并沒(méi)有真正的明確定義：?jiǎn)喂P交易中花費(fèi)的UTXO越多，平均花費(fèi)一筆UTXO所需的字節(jié)數(shù)就會(huì)減少，因?yàn)樗鼈兛梢怨蚕韰^(qū)塊頭或隔離見(jiàn)證信息。

無(wú)論如何，我們至少可以做出任意的選擇并詢問(wèn)花費(fèi)一筆UTXO所需的字節(jié)數(shù)——假設(shè)交易為單個(gè)輸入。答案取決于UTXO地址的類型。下表總結(jié)了這種關(guān)系：

地址類型與在該地址上花費(fèi)一筆UTXO所需字節(jié)數(shù)之間的關(guān)系。復(fù)制自Pérez-Solà，Delgado-Segura，Navarro-Arribas，Herrera-Joancomart的表3?！读硪环N幣遭遇灰塵：基于UTXO的加密貨幣中的灰塵分析》（2018年） ［https://eprint.iacr.org/2018/513.pdf］

上表對(duì)“簡(jiǎn)單”地址類型（如P2PK和P2PKH）具有明確的大小。但對(duì)于尤其是P2SH地址，不可能先驗(yàn)地計(jì)算從該地址花費(fèi)UTXO所需的字節(jié)數(shù)。只能后驗(yàn)，一旦在交易中顯示了該地址的兌換腳本，就可以知道從該地址需要花費(fèi)多少字節(jié)。

盡管如此，大多數(shù)P2SH地址都是具有可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的多簽地址（一旦知道它們是多簽地址）。而且，我們可以從區(qū)塊鏈歷史中的花費(fèi)中推斷出許多P2SH地址：

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估算從每個(gè)給定地址類型中花費(fèi)UTXO所需的字節(jié)數(shù)。復(fù)制自Pérez-Solà，Delgado-Segura，Navarro-Arribas，Herrera-Joancomart的表6?！读硪环N幣遭遇灰塵：基于UTXO的加密貨幣中的灰塵分析》（2018年） ［https://eprint.iacr.org/2018/513.pdf］

有了地址類型中UTXO的分布，我們就可以使用上表中的估計(jì)來(lái)計(jì)算在任意時(shí)間花費(fèi)一筆UTXO所需的平均字節(jié)數(shù)。下圖表總結(jié)了這些數(shù)據(jù)：

整個(gè)歷史的比特幣UTXO集地址類型分布圖。黑線顯示了在當(dāng)時(shí)花費(fèi)平均UTXO所需字節(jié)數(shù)的最佳估計(jì)值。主導(dǎo)地址已經(jīng)從P2PK轉(zhuǎn)移到今天的P2PKH和P2SH。［https://www.unchained-capital.com/blog/dust-thermodynamics/］

根據(jù)上圖，我們估計(jì)花費(fèi)平均UTXO需要172字節(jié)。

注意：通過(guò)建構(gòu)，這個(gè)數(shù)字是被高估的。在比特幣的大部分歷史記錄中，不僅花費(fèi)UTXO所需的平均字節(jié)數(shù)低于172字節(jié)，而智能批量交易可能會(huì)顯著降低此估計(jì)值。

存在多少灰塵？

從比特幣歷史中任何一個(gè)區(qū)塊的UTXO集，以及花費(fèi)一個(gè)UTXO需172字節(jié)的估計(jì)值，我們可以通過(guò)將每個(gè)UTXO的余額除以花費(fèi)它所需的字節(jié)數(shù)來(lái)構(gòu)建UTXO價(jià)值密度分布：

彩色條帶顯示圖例所示的每個(gè)百分位數(shù)的價(jià)值密度。黑色虛線表示一段時(shí)間內(nèi)的平均費(fèi)用，黑色實(shí)線表示最低費(fèi)用。價(jià)值密度低于最低費(fèi)用的UTXO無(wú)法花費(fèi)，低于平均費(fèi)用的UTXO難以花費(fèi)。該圖假定花費(fèi)任何給定UTXO需要平均172字節(jié)數(shù)。［https://plot.ly/~unchained/39/utxo-value-density-percenTIles/］

該圖非常類似于之前的UTXO余額分布圖——它只是根據(jù)花費(fèi)每個(gè)UTXO所需的字節(jié)數(shù)（172）進(jìn)行了重新調(diào)整。這個(gè)新分布的單位是聰/字節(jié)，所以我們可以直接將它與該區(qū)塊的轉(zhuǎn)賬費(fèi)市場(chǎng)（黑線）進(jìn)行比較，這是我們只靠UTXO余額無(wú)法做到的。

這個(gè)圖表明了什么？

存在很多灰塵！

在2017年末的高交易費(fèi)市場(chǎng)中，所有UTXO中有15-20％的價(jià)值密度低于50-60聰/字節(jié)的最低費(fèi)用，因此幾乎不可能花費(fèi)。40％-50％的UTXO的價(jià)值密度低于600-700聰/字節(jié)的平均費(fèi)用，這使得它們難以被使用。這是很多灰塵！

交易費(fèi)市場(chǎng)在2018年大幅降溫。今天，10-15％UTXO的價(jià)值密度仍然低于20-30聰/字節(jié)的平均交易費(fèi)，并且3-5％UTXO的價(jià)值密度低于1-2聰/字節(jié)的最低費(fèi)用?；覊m少了得多，但仍然很多。

所有灰塵都不值錢！

讓我們換一個(gè)不同的視角：按個(gè)數(shù)計(jì)，許多UTXO可能是灰塵，但這些灰常UTXO包含多少比特幣？雖然它們數(shù)量很多，但根據(jù)定義它們的余額很低，所以總的來(lái)說(shuō)它們并沒(méi)有太多。下圖顯示了低價(jià)值密度UTXO中包含的比特幣的比例：

彩色條帶表示給定價(jià)值密度的UTXO所包含的比特幣分?jǐn)?shù)。由于大部分比特幣包含在高價(jià)值密度UTXO里，因此僅顯示低價(jià)值密度UTXO（可能是灰塵）的條帶。放大最近幾個(gè)月，看看近期低價(jià)值密度UTXO的減少情況。該圖假定花費(fèi)任何給定UTXO需要平均172字節(jié)。［https://plot.ly/~unchained/33/utxo-value-densiTIes-distribution-satsbyte］

雖然有很多UTXO價(jià)值密度很低，但上圖顯示在灰塵UTXO中包含的總比特幣非常小 。即使在交易費(fèi)峰值，按價(jià)值算也只有0.01-0.02％的比特幣是灰塵。當(dāng)時(shí)的市值約為225億美元，相當(dāng)于2500萬(wàn)至5000萬(wàn)美元的灰塵。

今天的平均交易費(fèi)遠(yuǎn)低于2017年底。在今天的費(fèi)用下，只有0.0005％的比特幣是灰塵。在今天低至650億美元的市值下，這表示只有30萬(wàn)美元的灰塵！

陷在BTC灰塵里的價(jià)值已經(jīng)從2017年底的5000萬(wàn)美元萎縮到今天的30萬(wàn)美元。

注意：這些數(shù)字是被高估的。智能批量交易可以減少花費(fèi)UTXO所需的平均字節(jié)數(shù)，從而降低我們對(duì)灰塵UTXO數(shù)量和價(jià)值的估計(jì)。

我們可以減少灰塵嗎？

比特幣是一個(gè)沒(méi)有領(lǐng)袖的系統(tǒng)。這使得我們難以設(shè)計(jì)各種自上而下的方法來(lái)消除現(xiàn)有的灰塵并減少未來(lái)的灰塵產(chǎn)生。我們必須依靠對(duì)生態(tài)里的用戶、礦工和企業(yè)的激勵(lì)。存在這樣的激勵(lì)嗎？

交易所和其他企業(yè)

是的，他們會(huì)這樣做。雖然崩潰的價(jià)格和交易費(fèi)市場(chǎng)是減少灰塵量的主要原因，但在2018年，交易所等大型企業(yè)（尤其是Coinbase）開展了積極的降低灰塵措施。下面的低價(jià)值密度UTXO所含余額圖直接顯示了這些有效措施的影響：

給定價(jià)值密度的UTXO所包含的比特幣分?jǐn)?shù)圖的注釋版本。整個(gè)市場(chǎng)的作用是增加灰塵量，無(wú)論是緩慢（囤幣期）還是快速（反彈期）。單個(gè)行動(dòng)者可以大幅增加（2015年的“壓力測(cè)試”）或減少（2018年的Coinbase）灰塵量。但灰塵的產(chǎn)生永遠(yuǎn)不會(huì)停止；注意最近增加和持續(xù)清理。

像Coinbase這樣的企業(yè)已經(jīng)制造了大量灰塵，并且在使用區(qū)塊空間方面效率低下，因?yàn)樗鼈儧](méi)有充分地批量處理客戶交易。由于Coinbase等主要交易所在2017年的反彈期間大受歡迎，這種行為影響了比特幣網(wǎng)絡(luò)的其余部分，并且被許多人正確地抱怨 。

當(dāng)交易費(fèi)市場(chǎng)在2018年初回落時(shí)，Coinbase既有激勵(lì)也有能力去減少現(xiàn)有的灰塵足跡和未來(lái)的灰塵產(chǎn)生。批量交易能為Coinbase這樣的大體量公司節(jié)約交易費(fèi)，也能減少灰塵產(chǎn)生。Antoine Le Calvez的雄文《比特幣灰塵落定時(shí)》（https://medium.com/@alcio/when-the-bitcoin-dust-settles-878f3431a71a）分析了這個(gè)“UTXO合并”期——一個(gè)UTXO集的大掃除。

比特幣生態(tài)系統(tǒng)中的其他陣營(yíng)是否同樣具有減少灰塵的激勵(lì)和能力？

用戶

用戶不會(huì)直接受到灰塵的影響。由于他們使用的錢包軟件效率低下，他們可能會(huì)產(chǎn)生灰塵，但很少有個(gè)別比特幣用戶創(chuàng)造了大量灰塵。

用戶不喜歡高額交易費(fèi)，但灰塵并不直接影響交易費(fèi)市場(chǎng)。造成灰塵的低效UTXO管理，也導(dǎo)致更多的小額交易，這是交易費(fèi)變多的一個(gè)更大原因。因此，只有適度的激勵(lì)去鼓勵(lì)用戶減少灰塵。

即使他們?nèi)狈?lì)，用戶是否有能力限制灰塵？畢竟，用戶在加密貨幣方面擁有很大的力量，因?yàn)?017年的UASF運(yùn)動(dòng)證明了這一點(diǎn)。但灰塵是一個(gè)共同的問(wèn)題，是公地悲劇，因此需要一些協(xié)調(diào)的解決方案。用戶需要開發(fā)者和/或交易所和礦工的幫助來(lái)清除他們擁有的灰塵。

個(gè)人用戶可能愿意“捐贈(zèng)”他們的灰塵，比特幣確實(shí)提供機(jī)制（例如ALL|ANYONECANPAY或NONE|ANYONECANPAY類型簽名）供用戶捐贈(zèng)他們的灰塵。如果錢包支持它，那么社交協(xié)調(diào)的公共大掃除可能是一種有趣的方式，可以為各種用戶選擇的慈善機(jī)構(gòu)或有利于比特幣生態(tài)系統(tǒng)的項(xiàng)目提供資金。

礦工

大多數(shù)礦工都不理會(huì)灰塵。

礦池中的礦工只是被付錢去做哈希運(yùn)算的；礦池運(yùn)營(yíng)者需要管理UTXO集并處理它包含的任何膨脹，但他們也可以自由地從他們的內(nèi)存池中刪除低價(jià)值密度的灰塵UTXO。無(wú)論如何，沒(méi)有用戶能把它們花掉！這將為清道夫礦池提供機(jī)會(huì)，并嘗試挖掘這些灰塵UTXO，但這仍然需要用戶采取行動(dòng)來(lái)消費(fèi)它們。用戶可能不會(huì)注意或關(guān)心。

關(guān)心灰塵的獨(dú)立礦工或礦池運(yùn)營(yíng)者可以選擇安排一個(gè)交易費(fèi)假期——這些礦工將故意允許零費(fèi)用交易，（只）花費(fèi)低價(jià)值密度的UTXO，可能在大掃除期間完成。這將允許用戶清理他們的錢包，同時(shí)幫助礦工和節(jié)點(diǎn)操作員大幅減少他們的UTXO設(shè)置的內(nèi)存占用。

分發(fā)選擇交易能力的BetterHash（https://github.com/TheBlueMatt/bips/blob/betterhash/bip-XXXX.mediawiki）等提案可能會(huì)鼓勵(lì)更多個(gè)體礦工離開傳統(tǒng)礦池（在這里礦池運(yùn)營(yíng)者確定要開采的區(qū)塊）并構(gòu)建自己的區(qū)塊。那么，他們可能不得不更多地處理/關(guān)心灰塵。

理論上，礦工們也可以拒絕挖創(chuàng)造灰塵UTXO的交易。但他們真的愿意犧牲短期交易費(fèi)收入來(lái)防止制造長(zhǎng)期的灰塵嗎？鑒于礦池主導(dǎo)著挖礦，而這些礦池并不特別關(guān)心灰塵，這似乎不太可能。

全節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者

全節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者——那些備份區(qū)塊鏈，傳播和驗(yàn)證交易但不挖礦的人——也對(duì)灰塵創(chuàng)建有一定的影響力。bitcoind軟件中的minRelayTxFee參數(shù)允許節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者設(shè)置最小價(jià)值密度，低于該密度，他們將忽略/刪除UTXO（以及創(chuàng)建它們的交易）。在某種程度上，這種設(shè)置已經(jīng)阻止了極低價(jià)值密度UTXO的創(chuàng)建——如果從未實(shí)施此設(shè)置，今天可能會(huì)有更多的灰塵。

但很少有節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者將其配置設(shè)置調(diào)整到這種詳細(xì)程度。因?yàn)殚_發(fā)者選擇bitcoind軟件的默認(rèn)設(shè)置，可能開發(fā)者會(huì)對(duì)全節(jié)點(diǎn)在真實(shí)環(huán)境下的運(yùn)行方式產(chǎn)生更大的影響。

開發(fā)者

在許多方面，開發(fā)者最有能力限制灰塵的生產(chǎn)。

開發(fā)者編寫錢包軟件并為其撰寫文檔。面對(duì)困難的優(yōu)化問(wèn)題，他們的權(quán)衡（和失敗）是灰塵的根本原因。在用戶需求的推動(dòng)下，從錢包到錢包的新策略和最佳實(shí)踐是減少未來(lái)灰塵生產(chǎn)的最佳方式。

開發(fā)者定義默認(rèn)節(jié)點(diǎn)設(shè)置，這些設(shè)置通過(guò)全節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者、礦工、交易所和其他企業(yè)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)滲透出來(lái)。這提供了一種抵御灰塵的群體免疫力，從惡意或低效的錢包中過(guò)濾掉灰塵交易。

通過(guò)草根運(yùn)動(dòng)（就像UASF），開發(fā)者可以直接與用戶和礦工合作，建立安排和操作大掃除和交易費(fèi)假期所需的社交軟件。

通過(guò)建立閃電網(wǎng)絡(luò)這樣的第二層，開發(fā)人員甚至可以希望完全超越灰塵問(wèn)題。

灰塵是不可避免的

但是，沒(méi)有任何陣營(yíng)或合作可以完全消除灰塵生產(chǎn)。盡管2017年對(duì)灰塵有了越來(lái)越多的認(rèn)識(shí)，并且在2018年3月試圖對(duì)其進(jìn)行清理，但灰塵仍在繼續(xù)產(chǎn)生：

· 價(jià)值密度《50聰/字節(jié)的UTXO呈現(xiàn)出持續(xù)生產(chǎn)的鋸齒曲線，然后是快速回調(diào)：有人積極制造灰塵——但至少他們自己正在清理。

· 價(jià)值密度《100聰/字節(jié)的UTXO已經(jīng)增加了10％（以美元計(jì)）——這些UTXO今天不是灰塵，但如果費(fèi)用市場(chǎng)再次像2017年那樣再次上漲，它將迅速變成灰塵。

灰塵的產(chǎn)生是比特幣所固有的低效率 。

灰塵只會(huì)影響比特幣嗎？

并非所有區(qū)塊鏈都使用UTXO模型進(jìn)行交易。例如，以太坊使用了帳戶模型。

·從不同交易存入一個(gè)地址的ETH是混在一起的。

·交易費(fèi)用由廣播交易的地址支付，而不是轉(zhuǎn)移ETH的地址。

這兩種差異都大大減少了灰塵的產(chǎn)生，但并沒(méi)有消除它們。以太坊開發(fā)者們也擔(dān)心以太坊區(qū)塊鏈中的灰塵（https://github.com/ethereum/EIPs/issues/168）及其造成的膨脹。

灰塵（更一般地定義為使用不經(jīng)濟(jì)的代幣）的產(chǎn)生，似乎是區(qū)塊鏈中常見(jiàn)的低效率。

區(qū)塊鏈的熱力學(xué)？

灰塵UTXO和普通UTXO之間的區(qū)別是使用性上的區(qū)別。存放在一筆灰塵UTXO中的一聰比存放在普通UTXO中的同樣一聰難用。但它們?cè)趨^(qū)塊鏈上是相同的。

礦工為了保護(hù)區(qū)塊鏈而下注的算力保護(hù)灰塵UTXO，和保護(hù)更有用的UTXO一樣。這使得在灰塵UTXO中的幾聰顯得更加無(wú)用，實(shí)際上是浪費(fèi)能源。

對(duì)于比特幣而言，“浪費(fèi)能量”可能是一個(gè)敏感的問(wèn)題。有些人已經(jīng)在哀嘆為了確保比特幣交易工作量證明所用的能量了。如果他們知道比特幣保護(hù)的大量資金不會(huì)被使用，他們的反對(duì)意見(jiàn)會(huì)更加聲勢(shì)浩大嗎？

比特幣的安全性能效是多少？

比特幣有能效的概念嗎？使用算力保護(hù)有用經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)的效率如何？人們可以通過(guò)將其視為加熱器來(lái)簡(jiǎn)單地定義比特幣礦工的能效——但整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)的能效是否有更有趣的區(qū)塊鏈層面的定義？這個(gè)定義認(rèn)識(shí)到由于灰塵的存在，比特幣的效率低于它原本應(yīng)該的水平。

物理與經(jīng)濟(jì)學(xué)

關(guān)于能效的問(wèn)題可以用熱力學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)明，并因此可以用物理工具來(lái)回答。

近幾十年來(lái)，物理學(xué)家已經(jīng)多次嘗試使用他們的工具來(lái)模擬經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。有時(shí)候這些嘗試的簡(jiǎn)單性和應(yīng)用范圍都是驚人的：由Black-Scholes方程式（或類似于它）得出的模型管理著數(shù)十億美元，該方程式計(jì)算期權(quán)價(jià)格類似于熱量在物質(zhì)中的擴(kuò)散。

其他嘗試整合這些領(lǐng)域（“經(jīng)濟(jì)物理學(xué)”）感覺(jué)就像奇怪而孤立的東拼西湊，被他們的母學(xué)科拒絕。

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠襁m用于物理學(xué)家的定量分析和理論模型？考慮：

·比特幣雖然市值仍然很小，但現(xiàn)在已有10年的歷史，已經(jīng)足夠大，可以在用戶、投資、價(jià)格、體量和價(jià)值上展示出許多有趣的模式。

·區(qū)塊鏈也是分布式賬本，它們以匿名方式記錄其數(shù)據(jù)，但具有足夠的結(jié)構(gòu)來(lái)精確分析大規(guī)模行為（參見(jiàn)我們的囤幣潮帖子 ）。

·最有趣的是，通過(guò)使用大量的能量，比特幣錨定了物理世界。這為物理學(xué)家提供了考慮區(qū)塊鏈熱力學(xué)的手柄。

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙Y(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)和物理學(xué)洞見(jiàn)的前所未有的機(jī)會(huì)。

區(qū)塊鏈作為熱引擎

這些屬性的結(jié)合表明我們可能想要更加認(rèn)真地對(duì)待“灰塵UTXO是浪費(fèi)能源”的隨意聲明——事實(shí)上，更確切地說(shuō) ：UTXO是一種能源“浪費(fèi)”，因?yàn)樗鼈儧](méi)有為任何人做任何有用的“功”。這降低了我們尋求衡量的效率。

物理學(xué)家為了理解熱量、功和廢物（熵）與機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)系，定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的框架：熱力學(xué)的經(jīng)典理論。

像這樣的熱力學(xué)方程將輸入能量和發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功與其內(nèi)部能量改變及其產(chǎn)生的熵量相關(guān)聯(lián)。這個(gè)特定的等式僅僅是暗示性的；目前尚不清楚如何為區(qū)塊鏈定義這些術(shù)語(yǔ)。

沒(méi)有經(jīng)典引擎是完美的；有用功的提取總是伴隨著熵的增加，通常表現(xiàn)為系統(tǒng)中的廢熱：分布在反應(yīng)室空氣和燃料分子里的焦耳能量比發(fā)動(dòng)機(jī)熱排氣中隨機(jī)振動(dòng)的分子里的相同焦耳能量更有用。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是發(fā)動(dòng)機(jī)避免產(chǎn)生廢熱的程度，有利于有用的機(jī)械功。

灰塵UTXO無(wú)用，但無(wú)論如何它們都是安全的，就像發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的廢熱無(wú)用但無(wú)論如何都要生產(chǎn)一樣。正如工程師們?cè)O(shè)計(jì)出巧妙的系統(tǒng)來(lái)避免產(chǎn)生廢熱并迅速擺脫它，區(qū)塊鏈工程師正在開發(fā)更智能的錢包軟件，區(qū)塊鏈公司正在“冷卻”他們自己的灰塵，以提高鏈的效率（特別是，冷卻UTXO按照“粒度”的順序進(jìn)行——企業(yè)在低價(jià)值密度之前清理更高價(jià)值密度的灰塵，如Antoine Le Calvez在《比特幣灰塵落定時(shí)》中所示 ）。

灰塵和廢熱之間的更精確類比是一項(xiàng)挑戰(zhàn)?？刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)的相同熱力學(xué)定律適用于任何系統(tǒng)——包括基于工作量證明的區(qū)塊鏈。困難在于應(yīng)用它們的定義。什么是比特幣交易語(yǔ)境下的“功（work）”？如何衡量區(qū)塊鏈的“內(nèi)部能量”？比特幣處于均衡狀態(tài)嗎？將系統(tǒng)視為一堆制造物理廢熱的計(jì)算機(jī)是對(duì)的，但無(wú)趣且過(guò)度精簡(jiǎn)。比特幣的域數(shù)據(jù)（交易、UTXO、價(jià)格、體量、交易費(fèi)等）是否可以被視為熱力學(xué)系統(tǒng)？

如果我們對(duì)工作量證明區(qū)塊鏈的熱力學(xué)有了更好的理論，我們或許可以回答這些問(wèn)題，并為比特幣定義“能效”以及用能源使用、交易量、UTXO創(chuàng)建、價(jià)格數(shù)據(jù)、交易費(fèi)市場(chǎng)等實(shí)際數(shù)據(jù)去計(jì)算它的方法論。

區(qū)塊鏈的熱力學(xué)理論將是經(jīng)濟(jì)學(xué)和物理學(xué)的進(jìn)步?；卮稹暗V工投入為比特幣做哈希運(yùn)算的能量去了哪里？”這個(gè)問(wèn)題以一種幫助我們使用熱力學(xué)語(yǔ)言去理解比特幣經(jīng)濟(jì)學(xué)的方式，可能是一個(gè)非常強(qiáng)大的理解世界的新框架。