随着加密货币的广泛应用，其能源消耗和环境负担问题引发了公众的广泛关注。作为区块链技术的主要应用，加密货币对环境可持续性的潜在影响不容忽视。以比特币为例，其年能耗估计超过 41 太瓦时，相当于新西兰全国的总能源消耗量。这种可持续性问题的根源在于比特币所采用的工作量证明（Proof-of-Work）协议。
工作量证明机制及其挑战
工作量证明是一种确保账本交易有效性的方法，要求矿工解决复杂的密码学难题才能生成新的交易区块。每当一个密码谜题被成功解决，链上就会产生一个新块，其中包含已完成的交易并将其传播到整个网络。成功生成区块的矿工会获得预定数量的代币奖励以及该区块内的交易费用。
为了争夺下一个区块的生成权和采矿奖励，矿工们消耗大量能源以保持竞争力。由于矿工可以将获得的代币兑换为法币，成功的挖矿活动往往能够抵消采矿作业的成本。
能源依赖与环境代价
在中国和蒙古等电力成本极低的国家，大规模的采矿作业主要依赖煤炭供能。使用廉价能源是推动气候变化和环境恶化的主要因素之一。此外，比特币矿工依赖电网供电的事实也带来潜在风险，因为能源供应最终受政府机构和监管部门的控制，这些机构可能决定限制能源供应或对采矿作业征收关税。
例如，中国若对能源消耗实施严格管控，可能对比特币价格造成重大打击。事实上，中国已经在加密货币领域采取了强硬措施，包括禁止首次代币发行（ICO）和关闭在线交易所。有报道称，中国官员计划在未来数周或数月内采取行动关闭国内采矿业务。
权益证明：更可持续的替代方案
即便没有政府干预，在现有工作量证明平台上挖掘比特币最终也可能变得无利可图。每隔四年，矿工获得的代币激励就会减半。预计在 2021 年至 2024 年间，矿工每块只能获得略超过六个比特币。2024 年后，这一数字将再次减半。随着激励减少，网络上的矿工数量可能下降，进而导致网络安全性脆弱化，并对比特币价格产生深远影响。
随着区块链技术的不断演进，以不可篡改的方式实现去中心化分布式共识仍然是新项目的主要目标。第三代区块链网络，如 DFINITY，正在采用权益证明（Proof-of-Stake）机制。这是一种环保的工作量证明替代方案，既能减少有效挖矿所需的计算能力，又能解决工作量证明带来的安全问题。
权益证明如何运作
权益证明共识算法根据用户在网络中持有的代币数量按比例提供采矿机会。这意味着拥有网络 10% 权益（即 10% 的代币所有权）的个人可以按其权益比例验证交易。理论上，该矿工可以挖掘总区块数量的十分之一。
权益持有者（也称为验证者）通过参与投票轮次来验证下一个交易区块。其“投票”的权重取决于其所持有代币的比例。权益证明确保网络的安全性，因为维护数字账本的完整性符合矿工的利益。此外，权益证明还对试图操纵系统的人实施惩罚。如果某人未能履行验证下一个区块的职责，惩罚措施包括网络没收验证者的权益钱包。这是因为代币不能同时用于交易和权益质押。
权益证明的优势与前景
尽管这类网络尚未经过广泛测试，但权益证明模型具有吸引力和前景。它的计算成本远低于工作量证明，并解决了采矿的经济和生态成本问题。当 DFINITY 和其他依赖权益证明的第三代区块链部署后，早期优势将包括增强的网络安全性和提高的能源效率。区块链共识算法速度的提升也将对可在网络上运行的应用种类产生广泛影响。
常见问题
什么是权益证明？
权益证明是一种区块链共识机制，根据参与者持有的代币数量和时间来决定其记账权。相比工作量证明，它大幅降低了能源消耗。
权益证明如何提高能源效率？
因为它不需要解决复杂的数学问题，从而减少了大量的计算需求和电力消耗。
权益证明是否安全？
是的，通过经济激励和惩罚机制（如罚没抵押代币），它鼓励验证者诚实行为，维护网络安全性。
权益证明能否防止中心化？
虽然权益持有量可能带来一定的中心化风险，但通过委托权益证明等机制，许多项目试图平衡参与度和去中心化。
哪些区块链使用权益证明？
以太坊2.0、Cardano、Tezos 等主流项目都采用或正在转向权益证明机制。
权益证明是否适合所有类型的区块链？
并非如此。对于高交易吞吐量或特定应用场景的链，可能需要混合其他共识机制以达到最优性能。