介绍gydF4y2Ba

随着比特币近年来吸引了大量的关注,其基本核心机制,即区块链技术,也迅速得到普及。由于其分散等关键特征,可审核性,和匿名,区块链被广泛认为是最有前途的和有吸引力的技术为各种不同的行业,比如供应链金融、生产运营管理、物流管理、物联网(物联网)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。尽管其承诺和吸引力,首次应用比特币网络的实际运行表明,存在一个可观的能源和碳排放的缺点与当前一致算法。因此,迫切需要解决这个问题。在这篇文章中,我们量化比特币的当前和未来的碳排放模式区块链操作在中国在不同碳政策。近年来,基于系统动力学(SD)模型被广泛引入碳排放流量估计的一个特定的领域或行业gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。同行相比,在碳排放SD模型有两个主要优势流评估:首先,通过结合存量和流量参数的反馈循环,SD能够捕捉和再现复杂系统的内生动态元素,使特定的行业操作的仿真和评估gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。此外,由于SD-based模型专注于不平衡动力学的复杂系统gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba可以调整的情况下,政策的政策效果评估。因此,基于系统动力学建模,我们开发了比特币区块链碳排放模型(BBCE)评估碳排放的流比特币在中国网络操作在不同的场景。gydF4y2Ba

本文使用碳足迹的理论来建立一个理论模型对比特币区块链碳排放评估和政策评估gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba。首先,我们建立的系统边界和反馈循环比特币区块链碳排放系统,它作为理论框架探讨碳排放机制的比特币区块链。BBCE模型包括三个相互作用的子系统:比特币区块链矿业和事务子系统,比特币区块链能源消费子系统,子系统和比特币区块链碳排放。具体来说,交易包装块时确认的正式播放比特币区块链。增加挖掘一个新的块的概率和回报,矿业投资的硬件将不断更新和网络参与者散列率较高,这将导致整个网络的整体散列率上升。网络挖掘电力是由两个因素决定的:第一,网络散列率(散列计算每秒)积极占矿业力量增加比特币区块链当散列率高矿工开采;第二,用电效率(PUE)介绍说明比特币的能源消耗效率区块链斯托尔提出的gydF4y2Ba13gydF4y2Ba。网络能量消耗的比特币采矿过程是由网络能耗和平均电价,进而影响动态行为的比特币矿工。BBCE模型收集的碳足迹比特币矿工的煤基能源和hydro-based能源地区制定的总体碳排放流整个比特币行业在中国。GDP水平变量包括比特币商的利润率和总成本,这反映了生产率的比特币区块链积累。它也作为一个辅助因素生成碳排放/国内生产总值(GDP)在我们的模型中,为决策者提供指导实施惩罚性碳税对比特币采矿行业。比特币区块链减半奖励每四年出现一次,这意味着广播一个新的块比特币的奖励区块链在2140年将为零。因此,比特币定期市场价格上涨由于减半的比特币区块链机制。最后,通过结合两种碳成本和能源成本,总成本的比特币采矿过程提供了一个负面反馈对矿工的利润率和投资策略。矿商将逐渐停止在中国矿业或迁往其他地方当矿业利润负BBCE模拟。BBCE参数的全面的理论关系是在补充图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

我们发现,比特币的年度能源消耗行业在中国将在2024年达到峰值296.59太瓦时基于基准BBCE建模的仿真。这超过了总能耗水平的意大利和沙特阿拉伯和排名12gydF4y2BathgydF4y2Ba2016年在所有国家。相应地,比特币的碳排放流操作在2024年将达到每年1.305亿吨。在国际上,这种发射输出超过捷克共和国的总温室气体排放输出和卡塔尔2016年由中情局后在基准的情况下,没有任何政策干预。在国内,采矿业的发射输出比特币将排名在前10 182个地市级城市和42个主要工业部门在中国,占大约5.41%的温室气体排放的发电在中国根据中国排放帐户和数据集(gydF4y2Bawww.ceads.netgydF4y2Ba)。此外,最大化比特币产业的碳排放/ GDP将达到10.77公斤/美元基于BBCE建模。通过情景分析,我们发现一些常见的实现碳排放政策,如碳税、相对无效的比特币的行业。相反,网站监管政策比特币矿工引导能源消费结构的变化的采矿活动能够提供有效的负面反馈比特币区块链的碳排放操作。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

比特币的能源和碳排放问题在中国采矿gydF4y2Ba

虽然Proof-of-Work(战俘)共识算法使得比特币区块链操作在一个相对稳定的方式,一些意想不到的发现比特币区块链的行为:第一,比特币的有吸引力的金融激励矿业开采引起军备竞赛专用硬件gydF4y2Ba14gydF4y2Ba。通过几代矿业硬件发展。最初,矿工使用基本的中央处理单元(CPU)的通用计算机。然后,是转向图形处理单元(GPU)提供更多的权力和散列率高于CPU。最后,专用集成电路(asic)优化执行散列计算。然而,硬件的快速发展和激烈的竞争已经显著增加了比特币矿业的资本支出gydF4y2Ba15gydF4y2Ba;第二,比特币采矿活动和constant-running矿业硬件导致大型能源消耗体积。先前的文献估计比特币区块链可以每年消耗的能量作为一个中小规模的国家,如丹麦、爱尔兰或孟加拉国gydF4y2Ba16gydF4y2Ba;最后,大型能源消耗的比特币区块链产生了相当大的碳排放(见补充图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba详情)。据估计,在1月1日gydF4y2Ba圣gydF4y2Ba,2016年6月30日gydF4y2BathgydF4y2Ba,2018年,1300万公吨的有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba排放可以归因于比特币区块链gydF4y2Ba17gydF4y2Ba。虽然估计范围相差很大,他们已经表明,能源消耗的网络和相应的环境影响已经成为一个不容忽视的问题。gydF4y2Ba

不断增长的能源消耗和环境影响的比特币区块链带来的问题对许多国家,特别是中国。由于靠近专门的硬件制造商和获取廉价的电力,大部分在中国开采过程进行了矿工在中国占75%以上的比特币散列的电力网络,如无花果所示。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。作为地球上最大的能源消费国,中国是一个关键的巴黎协议的签署gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba。然而,如果没有适当的干预措施和可行的政策,在中国密集的比特币区块链操作可以快速增长视为一种威胁,可能会削弱减排努力发生在这个国家gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图1:挖掘池分配的比特币区块链。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

截至2020年4月,中国占全世界75%以上的比特币区块链操作。在中国一些农村地区被认为是理想的目的地比特币矿业主要由于便宜的电价和池建设大型未开发的土地。矿业池统计获得gydF4y2Bahttps://btc.com/statsgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

以前的工作建议gydF4y2Ba21gydF4y2Ba提出BBCE的子系统模型,我们考虑三个主要比特币政策进行不同阶段的比特币矿业,然后制定四个场景评估比特币区块链碳排放流(在表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。详细的基准(BM)场景是一个基线和当前场景的每个策略因素,这表明比特币行业继续在最小的政策干预下运行。在基准情况下,市场准入被假定为100%,这表明有利可图的比特币矿工在中国运营的效率都是允许的。所显示的实际区域统计数据比特币矿工,我们假设40%的矿工位于燃煤区域基准场景。此外,如果实施惩罚性的碳排放税将比特币产业的碳排放/ GDP大于2。在其他三个场景中,调整策略在不同的比特币采矿过程由于节能和减排问题。具体来说,比特币的矿业和事务子系统,市场准入标准效率翻倍,即,profitable miners with low efficiency are forbidden to enter the Chinese Bitcoin market in the market access (MA) scenario, and policy makers are forced to maintain the network stability of Bitcoin blockchain in an efficient manner. In the site regulation (SR) scenario, Bitcoin miners in the coal-based area are persuaded and suggested to relocate to the hydro-rich area to take advantage of the relatively lower cost of surplus energy availability in the area due to factors such as rain season, which results in only 20% of miners remaining in the coal-based area in the scenario. In the carbon tax (CT) scenario, carbon tax is increased to two-times the initial value to enforce more strict punishment for high carbon emission behaviors of Bitcoin blockchain. Utilizing the above scenarios, carbon emission flows and energy consumptions of Bitcoin blockchain are assessed, the carbon and energy reduction effectiveness of different policies are evaluated in BBCE simulations from the period of 2014–2030.

表1场景参数设置。gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

碳排放的比特币流动区块链操作gydF4y2Ba

没有任何政策干预,比特币区块链的碳排放模式将成为一个不小的障碍对中国的可持续发展努力。的年度能源消耗和碳排放峰值比特币区块链在中国预计将超过一些发达国家如意大利,荷兰,西班牙和捷克共和国。图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba报告估计年度能源消耗和碳排放的比特币流动区块链在中国。最小的政策干预下基线评估,基准场景中模拟自然比特币区块链的操作结果。在大英博物馆的场景中,比特币的年度能源消耗区块链在中国将逐渐成长,最终在2024年达到顶峰,在每年296.59太瓦时。这表明,比特币行业操作将遵循一种能源密集型的模式。事实上,在2024年中国能源消耗的比特币区块链将超过意大利和沙特阿拉伯的能源消费水平在2016年,所有国家中排名第12。关于碳税的情况下,最高的比特币行业能源需求略有减少由于碳排放惩罚,在217.37太瓦时。然而,市场准入和网站管理场景的结果表明,比特币产业的能源消费总量将达到350.11太瓦时319.80太瓦时,分别在2024年和2025年。gydF4y2Ba

图2:预计年化场景仿真结果。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

估计年度能源消耗(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和碳排放流动(gydF4y2BabgydF4y2Ba比特币操作)在中国通过生成月度BBCE建模的仿真结果从2021年到2029年。蓝色、红色、黄色和绿色的酒吧gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba表明中国的年度能源消耗和碳排放流比特币行业基准,网站规定,市场准入,和碳税的情况下,分别。每个数据表示为平均值±SEM基于95%置信区间计算了双尾gydF4y2BatgydF4y2Ba测试(gydF4y2Ba< \ \ (p \;; 0.05 \)gydF4y2Ba)。gydF4y2BangydF4y2Ba= 204发射的观察。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

很明显,比特币产业的碳排放行为与比特币区块链能源消耗强度一致。在大英博物馆的场景中,比特币的年度碳排放行业预计在2024年达到最高,为1.305亿吨。本质上,比特币产业的碳排放模式将成为日益威胁中国温室减排目标。在国际层面上,估计比特币在中国碳排放超过捷克共和国和卡塔尔的总温室气体排放在2016年,排名36gydF4y2BathgydF4y2Ba在全球范围内。在国内层面,采矿业的发射输出比特币将排名在前十182中国地市级城市和42个主要工业部门。相比之下,比特币区块链经验所产生的碳排放量显著减少SR和CT场景,这说明这些carbon-related政策的积极影响。相反,马英九场景目击者相当增加的比特币碳排放到2025年的1.4071亿吨。gydF4y2Ba

基于场景BBCE模型的结果,基准场景表明,比特币所产生的能源消耗和碳排放行业操作模拟不断成长,只要挖掘比特币维护其在中国的盈利能力。这主要是由于正反馈回路的战俘竞争机制,这就需要先进的比特币和高能耗挖掘硬件矿工为了增加收入的概率块奖励。此外,流动和长期趋势提出的碳排放模拟系统动力学模型和几个以前的估计是一致的gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,用于精确地估计比特币区块链的碳足迹。gydF4y2Ba

巴黎协议是一个全球协议承诺限制全球平均气温的增加gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba。根据巴黎协议,中国正致力于减少碳排放/ GDP的60%基于2005年到2030年。然而,根据BBCE模型的仿真结果,我们发现,比特币区块链的碳排放模式将成为一个势垒对中国的减排目标。如无花果所示。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,年排放峰值输出的比特币矿业将使其10gydF4y2BathgydF4y2Ba最大排放部门的共42中国主要工业部门。特别是,它将占大约5.41%的排放的发电在中国根据中国发射帐户&数据集(gydF4y2Bawww.ceads.netgydF4y2Ba)。比特币产业的碳排放峰值/ GDP预计将坐在每美元10.77公斤。此外,在当前国民经济和中国的碳排放会计,比特币区块链不是上市的操作作为一个独立的部门碳排放和生产率计算。这又对决策者监控困难的实际行为比特币行业和设计精确的政策。事实上,每个事务比特币网络能耗比许多主流金融交易渠道gydF4y2Ba17gydF4y2Ba。为了解决这个问题,我们建议政策制定者建立分离占比特币行业为了更好地管理和控制其在中国的碳排放行为。gydF4y2Ba

图3:比特币行业能源消耗和碳排放的比较。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

在无花果。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,比特币工业的能源消耗和碳排放峰值比较其他国家的国家一级排放的排放以及在中国国内城市和工业领域。年度能源消耗和排名的国家gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba从中情局后(gydF4y2Bawww.cia.govgydF4y2Ba),国家碳排放和排名gydF4y2BabgydF4y2Ba收集来自全球carbonatlas (gydF4y2Bawww.globalcarbonatlas.orggydF4y2Ba)。中国城市的碳排放gydF4y2Ba(cgydF4y2Ba)和工业部门(gydF4y2BadgydF4y2Ba)从中国获得发射帐户和数据集(gydF4y2Bawww.ceads.netgydF4y2Ba)。由于未发表或丢失一些数据库中的数据,上述能源消耗和碳排放数据获得了2016年的水平。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

碳政策的有效性评价gydF4y2Ba

政策诱导采矿活动的能源消费结构的变化可能是更有效的比直观的惩罚性措施限制能源消耗和碳排放的总量的比特币区块链操作。图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba介绍了关键参数的值由BBCE模拟模型。大英博物馆场景的碳排放/ GDP在中国比其他所有的场景在整个模拟时间,最大达到10.77公斤/ USD 2026年6月。然而,我们发现,马和CT场景下的政策效果相当有限降低碳排放强度,即。,thepolicy effectiveness of Market access is expected to reduce in August 2027 and that of Carbon tax is expected to be effective until July 2024. Among all the intended policies, Site Regulation shows the best effectiveness, reducing the peak carbon emission per GDP of the Bitcoin industry to 6 kg per USD. Overall, the carbon emission per GDP of the Bitcoin industry far exceeds the average industrial carbon intensity of China, which indicates that Bitcoin blockchain operation is a highly carbon-intense industry.

图4:BBCE场景评估比较。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba我gydF4y2Ba每月的网络能耗(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba(国内生产总值),碳排放gydF4y2BabgydF4y2Ba),碳排放流(gydF4y2BacgydF4y2Ba)、网络散列率(gydF4y2BadgydF4y2Ba),矿工累积利润(gydF4y2BaegydF4y2Ba),块散列困难(gydF4y2BafgydF4y2Ba),能源消耗成本(gydF4y2BaggydF4y2Ba),矿商利润率(gydF4y2BahgydF4y2Ba)和碳排放成本(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba)在每个目的政策模拟和计算BBCE框架。基于BBCE退化参数的模型,整个样本步伐网络碳排放评估涵盖从2014年1月至2030年1月。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

在大英博物馆的场景中,比特币矿工的利润率将下降到0 2024年4月,这表明比特币矿工将逐渐停止在中国矿业和迁移操作。然而,重要的是要注意,整个搬迁过程不会立即发生。矿工与高沉没成本往往停留在操作超过这些沉没成本较低,希望最终获利。因此,总体能源消耗与比特币矿业保持积极,直到2030年底,那时几乎所有矿工将会迁移到其他地方。相应地,网络计算散列速度达到每秒1775呃大英博物馆场景和矿工最多总成本达到12.68亿美元。对比场景结果三个策略,挖掘比特币在中国预计的盈利能力恶化更快的CT的场景。另一方面,比特币区块链能保持长期的盈利能力和SR场景。gydF4y2Ba

一些有吸引力的结论可以得出基于BBCE模拟的结果:虽然马场景提高市场准入标准增加比特币矿工的效率,它实际上提出了,而不是减少,排放输出基于仿真结果。在马的场景中,我们观察到的现象提出的激励效应以前的作品,这是发现在其他领域的工业政策,如货币政策、交通法规,公司投资策略gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba26gydF4y2Ba。从本质上说,市场准入政策的目的是为了限制低效比特币的采矿作业矿工在中国。然而,幸存的矿工都致力于压缩更多的网络散列率的比例,使他们保持盈利的时间较长。此外,中国产生更多的比特币产业有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba排放在马的情况下,可以主要归因于Proof-of-Work(战俘)算法和profit-pursuit比特币矿工的行为。马情况表明,市场相关政策的结果可能不是很有效处理高碳排放行为的比特币区块链操作。gydF4y2Ba

碳税收政策被广泛公认为最有效和最常见的碳减排政策执行gydF4y2Ba27gydF4y2Ba。然而,CT场景的仿真结果表明,碳排放税只提供有限的比特币行业的有效性。CT的碳排放模式场景符合大英博物馆场景直到比特币矿工意识到他们挖掘利润的影响惩罚性碳税对比特币矿业。相反,SR场景的证据表明,它能够提供一个负面的反馈比特币区块链的碳排放操作。在我们的模拟中,最大化每比特币产业GDP碳排放减半的SR场景相比,在大英博物馆的场景。有趣的是,尽管峰值年能源消耗成本的比特币矿业在SR场景中高于在大英博物馆的场景中,一个更高比例的矿工搬迁进行比特币在SR hydro-rich地区采矿工作的场景。因此,这自然降低了相关的碳排放成本相比,大英博物馆的场景。gydF4y2Ba

一般来说,比特币区块链的碳排放强度仍然远远超过中国的平均工业排放强度在不同政策干预措施,包括限制比特币矿业访问,矿工改变能源消费结构和实施碳排放税。这个结果表明稳定的高碳排放特性的比特币区块链操作。然而,到达的结论,而令人惊讶的是新引入cryptocurrency基于破坏性区块链技术有望成为一个能源和碳密集型行业在不久的将来。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

当前Proof-of-Work共识算法中使用的比特币区块链可能破坏广泛实现和破坏性的操作可持续性区块链技术。总的来说,比特币是一个典型的区块链和开创性的实现技术。其分散的交易特点和共识算法为信任机制建设提供一个新颖的解决方案,可以是有益的和创新的各种工业发展和远程交易。近年来,区块链技术引入了通过丰富的传统产业,在现实世界中寻求优化操作过程gydF4y2Ba28gydF4y2Ba,如供应链融资gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,聪明的合同gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba、国际商务和贸易gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba,以及制造业务gydF4y2Ba32gydF4y2Ba。此外,国家基于区块链技术的数字货币,即数字货币电子支付(DCEP)计划,由中国人民银行设计,预计替换当前paper-currency-based M0供应量在中国。gydF4y2Ba

然而,当前的比特币共识算法,即Proof-of-Work,产生的散列率比赛比特币矿工之间的潜在的奖励,吸引了越来越多的矿工参与军备竞赛,提高整个比特币区块链的能耗量。因此,尽管战俘是为了分散比特币交易,防止通货膨胀,我们发现它将成为一个能源和碳密集型的协议,最终导致了高碳排放的比特币区块链操作模式在中国。比特币区块链操作的证据表明,扩大用法和区块链技术的应用,新协议应设计和计划以一种环境友好的方式。这种变化是必要的,以确保network-after的可持续性,没有人想要见证一场破坏性的和有前途的技术,成为碳密集型技术,阻碍了世界各地的减少碳排放的努力。区块链的可审计的和分散的事务属性为信任机制建设提供一个新颖的解决方案,它可以是有益的和创新的各种工业发展和远程交易。然而,比特币区块链的高温室气体排放的行为可能构成障碍全球温室气体排放管理的努力在不久的将来。因此,上面的权衡是未来值得探索和调查。gydF4y2Ba

不同于传统产业,新兴产业的碳排放流比特币区块链操作等下落不明在当前GDP和碳排放计算。没有适当的会计和监管,而是挑战来评估这些新产业的碳排放流量使用传统的工具,如投入产出分析。通过系统动力学建模、分析构造排放反馈回路以及捕获碳排放模式。此外,我们能够进行排放评估和评估各种潜在可实现政策的有效性。通过情景分析,我们表明,远离当前的惩罚性的碳税政策共识网站监管(SR)政策导致能源消费结构的变化采矿活动更有效地限制碳排放的总量的比特币区块链操作。总的来说,我们的结果表明,系统动力学建模是一种很有前途的方法来调查在新兴产业的碳流机制。gydF4y2Ba

与此同时,我们承认我们的研究存在一些局限性,概述研究未来的发展方向。首先,以反映比特币的真实设计基本价值Nakamoto目的,我们的模型假设长期比特币价格主要是受到减半的比特币矿业奖励机制和受到一个线性增加每次出现奖励减半。虽然每个奖励之间的历史平均比特币价格减半发生通常遵循这种模式自2014年以来,这是极其动荡的市场操作和受到其他投资者预期等因素的影响。因此,一定程度的不确定性是否线性价格假设,特别是随着比特币市场继续成长为未来。此外,我们的网站监管(SR)场景不承担任何成本矿工从迁移到clean-energy-based地区。在现实中,可能有某些相关费用,如运输。因此,虽然我们的研究结果表明,一个网站监管(SR)政策可能更有效,目前惩罚性的碳税政策共识在限制碳排放的总量的比特币区块链操作,重要的是要注意,这些都是模拟引起的系统动力学建模和受限于上述假设。gydF4y2Ba

第二,比特币区块链操作的预计碳排放相关电力生产取决于源用于它的一代。除了网站的所有监管(SR)的情况下,我们不考虑中国能源行业的潜在变化在未来,这意味着矿工将主要在燃煤区域操作。虽然这是当然与当前中国的电力混合主要是由煤炭、一系列的努力激励电力生产可再生能源的基础上(gydF4y2Bawww.iea.orggydF4y2Ba)和政策,增加发电的价格的基础上实现了煤炭。因此,这些可再生能源相关措施和政策可能影响电力消费和随后,有关碳排放的数量从比特币区块链生成操作。gydF4y2Ba

第三,重要的是要注意,尽管我们的研究结果表明,与扩大使用和应用,区块链技术可能成为碳密集型技术,阻碍了碳减排的努力在世界各地,与任何预测模型一样,许多无法预见的未来可能发生的不确定性,可能导致现实偏离的预测。虽然的确区块链技术,比特币作为它的一个应用程序,是越来越多将在经济中发挥重要作用,最终采用的选择和使用这种技术在于人类的手中。因此,我们应该仔细评估之前权衡这有前途的技术应用到各种行业。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

本文构造一个BBCE模型来调查比特币的反馈循环区块链和模拟了碳排放流在中国的业务。针对比特币区块链操作的复杂性和碳排放过程中,比特币的BBCE建模碳排放评估主要是基于以下假设:(1)电力消耗的比特币挖掘过程主要包括两种类型的能量:燃煤能源和hydro-based能量。(2)比特币价格剧烈波动的市场操作,这是不适合长期评估BBCE模型。指的是历史的比特币价格数据,我们假设长期比特币价格主要受减半的比特币矿业奖励机制。(3)矿工逐渐停止或选择其他目的地矿业如果比特币在中国采矿过程不再有利可图。(4)比特币政策符合中国整体碳排放流动。换句话说,政策,如市场准入的比特币矿工和碳税的比特币区块链操作可以根据不同的排放强度水平。(5)矿工保持完整的投资强度在操作,任何减少个人投资强度将矿工的劣势和危害的机会挖掘新块和接收奖励。gydF4y2Ba

通过调查系统的内部反馈回路和伤亡,BBCE建模能够捕捉相应的动态行为的系统变量基于提出的场景gydF4y2Ba33gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba。补充图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示了完整的BBCE结构建模。整个BBCE参数的定量关系中演示了补充方法。利用BBCE系统的流程图见附加图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba详细的反馈循环和流的比特币区块链子系统进行了讨论和澄清。的类型、定义、单位和相关辅助图的每个变量的引用。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba报告补充表吗gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

比特币矿业和事务子系统gydF4y2Ba

比特币区块链利用Proof-of-Work(战俘)共识算法生成新的块和验证交易。比特币矿工获得奖励,如果目标块的散列值计算他们的硬件验证所有网络参与者。另一方面,交易包装块时确认的正式播放比特币区块链。增加挖掘一个新的块的概率和回报,投资矿业硬件将不断更新和网络参与者的散列率较高,这将导致整个网络的散列率上升。为了保持持续10分钟/新的块生成过程,生成一个新的块的难度调整基于当前散列的整个比特币网络。gydF4y2Ba

减半的块奖励机制的目的是控制总比特币流通(最多2100万比特币),防止通货膨胀。每四年减半奖励发生,这意味着广播一个新的块比特币的奖励区块链在2140年将为零。因此,比特币定期市场价格上涨由于减半的比特币区块链机制。比特币的日益普及和扩大交易范围,总交易和交易费/块可能稳步增长,推动其他源比特币商的利润率。总的来说,比特币挖掘的利润可以被减去总成本计算的能源消耗和碳排放块奖励和交易费用。矿工将停止在中国投资和更新挖掘硬件时,总成本超过了利润率。因此,整个网络散列收到负面反馈由于投资率强度降低。gydF4y2Ba

比特币能源消费子系统gydF4y2Ba

网络挖掘电力是由两个因素决定的:第一,网络散列率(散列计算每秒)积极占矿业电源增加比特币网络当矿工散列率高投资。然而,更新后的比特币矿工也试图减少能源消耗/散列,即。,我mprove the efficiency of Bitcoin mining process, which helps to reduce the network mining power consumption. In addition, policy makers may raise the market access standard and create barriers for the low-efficiency miners to participate in Bitcoin mining activities in China. In terms of the energy consumption of the whole network, the power usage effectiveness is introduced to illustrate the energy consumption efficiency of Bitcoin blockchain as suggested by Stoll13gydF4y2Ba。最后,网络能量消耗的比特币采矿过程是由网络能耗和平均电价,进而影响动力学行为比特币商的投资。gydF4y2Ba

比特币碳排放子系统gydF4y2Ba

选址策略直接决定所消耗的能源类型矿工。尽管独特的能量的电力成本或多或少是相同的,其碳排放模式可能会有所不同根据各自的碳排放强度指数。矿工位于hydro-rich地区相比,矿工位于燃煤区域产生更多的碳排放流动下类似的采矿技术和能源使用效率由于更高的煤基能源碳排放强度gydF4y2Ba17gydF4y2Ba。提出BBCE模型收集的碳足迹比特币矿工在燃煤和hydro-based能源地区制定的总体碳排放流在中国整个比特币区块链。gydF4y2Ba

GDP水平变量包括比特币商的利润率和总成本,这意味着生产力的比特币区块链。它也作为一个辅助因素生成碳排放/国内生产总值(GDP)在我们的模型中,为决策者提供指导对比特币工业实施惩罚性的碳税。最后,通过结合两种碳成本和能源成本,比特币采矿过程的总成本为矿工提供负面反馈的利润率和投资策略。gydF4y2Ba

BBCE模型参数化和量化设置gydF4y2Ba

BBCE模型建造Vensim软件(比如版本8.2.1)。从获得的与时间相关的比特币区块链时间序列数据gydF4y2Bawww.btc.comgydF4y2Ba,包括网络散列率、块大小、交易费用和困难。此外,辅助网络流碳排放评估参数和macroenvironment变量集和被认为是通过各种指南。例如,不同能量的碳强度由程等建议。gydF4y2Ba35gydF4y2Ba。中国的平均能量消耗和碳税收收集来自世界银行。比特币在中国矿工的网站比例设置基于比特币的地区统计数据挖掘池gydF4y2Bawww.btc.comgydF4y2Ba。此外,每月利用历史数据的比特币区块链为与时间相关的参数回归和模拟期间的2014年1月至2020年1月通过占据软件(版本14.1)。基于退化参数,整个样本步伐网络碳排放评估从2014年1月至2030年1月在这项研究中,供场景下调查不同的比特币政策。静态参数的初始值在BBCE模型补充表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba的实际值,采用参数化报告补充方法,和关键定量设置每个子系统,分别运行如下:gydF4y2Ba

根据剑桥比特币的指导电力消耗指数(gydF4y2Bahttps://www.cbeci.orggydF4y2Ba)和Kufeoğlu OzkurangydF4y2Ba16gydF4y2Ba,比特币采矿设备需要更新和剩余投资盈利能力。很明显,挖掘比特币的硬件网络由各种设备和它们的规格。因此,比特币的投资强度区块链的平均价格计算盈利矿业硬件组合。投资强度和时间之间的定量关系可以表示为如下形式:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{投资}}\;{\ mathrm{强度}}= \α_1 \ * {\ mathrm{时间}}\ * {\ mathrm{比例}}\;{\ mathrm的{}}\;{\ mathrm{中国}}\;{\ mathrm{矿工}}$ $gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba

在情商。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),参数gydF4y2Ba\ \(α_1 \)gydF4y2Ba作为投资强度函数系数时间和中国矿工的比例,据估计,由比特币区块链操作的历史数据制定的2014年1月- 2020年1月。然后比特币商利润积累的利润率和投资强度流,可以获得如下:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{矿工}}\;{\ mathrm{累积}}\;{\ mathrm{利润}}_t = {\ int} _0 ^ t{\离开({{\ mathrm{矿工}}\;{\ mathrm{利润}}\;{\ mathrm{率}}- {\ mathrm{投资}}\;{\ mathrm{强度}}}\右)}{\ mathrm {d}} t $ $gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba

正如上面所讨论的,比特币矿业硬件投资的目的是改善矿工的散列率和广播一个新的块的概率。比特币区块链的统计数据,利用哈希的比特币网络退化,方程是:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{哈希}}\;{\ mathrm{率}}= e ^{\β_1 + \α_2 {\ mathrm{投资}}\;{\ mathrm{强度}}}$ $gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba\ \(β_1 \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\(α_2 \ \)gydF4y2Ba代表网络散列速率常数函数系数和系数对投资强度,分别。同样,比特币的平均块大小符合时间由于越来越受欢迎的比特币交易和投资。块大小的估计时间和说明如下:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{块}}\;{\ mathrm{大小}}= e ^{\βα_2 + \ _3 {\ mathrm{时间}}}$ $gydF4y2Ba
(4)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba\(β_2 \ \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\ (alpha _3 \ \)gydF4y2Ba表明块大小时间常数系数和系数函数,分别。比特币采矿过程中中国矿工的比例会逐渐减少如果挖掘比特币在中国不是有利可图。所以,BBCE模型中的参数比例设置如下:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{比例}}\;{\ mathrm的{}}\;{\ mathrm{中国}}\;{\ mathrm{矿工}}= {\ mathrm{如果}}\;{\ mathrm{然后}}\;{\ mathrm其他{}}({\ mathrm{矿工}}\;{\ mathrm{累积}}\;{\ mathrm{利润}}\;\ \ < 0,0.7 - 0.01 \ * {\ mathrm{时间}},\;$ $ 0.7)gydF4y2Ba
(5)gydF4y2Ba

建议的矿业池统计来自BTC.com,中国占全世界大约70%的比特币区块链操作。因此,我们中国矿工比特币的初始比例设置为70%。此外,中国矿工比特币的比例会逐渐减少,如果比特币在中国采矿过程不再有利可图。gydF4y2Ba

每个哈希将减少能源消耗。,themining efficiency of the Bitcoin blockchain will improve, when updated Bitcoin hardware is invested and introduced. Moreover, the market access standard for efficiency proposed by policy makers also affects network efficiency. Consequently, the mining efficiency can be calculated as follows:

$ $ {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{效率}}= e ^{\β_3 + \α_4 \ {\ mathrm{投资}}\;{\ mathrm{强度}}\ * {\ mathrm{市场}}\;{\ mathrm{评估}}\;{\ mathrm{标准}}\;{\ mathrm{为}}\;{\ mathrm{效率}}}$ $gydF4y2Ba
(6)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba\(β_3 \ \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\ (alpha _4 \ \)gydF4y2Ba作为矿业投资效率函数常系数和系数强度和效率,市场准入标准。上面的函数系数BBCE参数退化,制定基于实际的比特币区块链操作数据从2014年1月至2020年1月期间,和每个参数的具体值报告补充方法。gydF4y2Ba

矿业的比特币区块链可以通过网络获得散列率和开采效率。采矿权的方程如下所示:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{权力}}= {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{哈希}}\;{\ mathrm{率}}\ * {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{效率}}$ $gydF4y2Ba
(7)gydF4y2Ba

最后,整个能源消耗的比特币区块链可以表达的矿山电力和电力使用效率:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{网络}}\;{\ mathrm{能源}}\;{\ mathrm{消费}}= {\ mathrm{矿业}}\;{\ mathrm{权力}}\ * {\ mathrm{权力}}\;{\ mathrm使用{}}\;{\ mathrm{有效性}}$ $gydF4y2Ba
(8)gydF4y2Ba

采用区域数据的比特币矿业池,燃煤和hydro-based能源的比例被独特的比特币池。比特币区块链的总碳流是衡量的和每月的燃煤和hydro-based能源碳排放增长。总碳排放的集成:gydF4y2Ba

总额$ $ {\ mathrm {}} \; {\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{发射}}_t = {\ int} _0 ^ t {{\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{发射}}\;{\ mathrm{流}}\;{\ mathrm {d}} t} $ $gydF4y2Ba
(9)gydF4y2Ba

此外,介绍了碳排放/ GDP调查的总体碳排放强度比特币在中国采矿过程,这是由以下方程:gydF4y2Ba

$ $ {\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{发射}}\;{\ mathrm {/}} \; {\ mathrm {GDP}} = {\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{发射}}/ {\ mathrm {GDP}} $ $gydF4y2Ba
(10)gydF4y2Ba

建议由世界银行数据库,我们引入工业碳排放的平均税收比例(1%)作为初始碳排放税BBCE建模中的参数。此外,比特币区块链上的惩罚性的碳税将由政策制定者,我。e,thec一个rbon taxation on the Bitcoin blockchain will be doubled, if the carbon emission per GDP of the Bitcoin blockchain is larger than average industrial carbon emission per GDP in China (2 kg/GDP). As a result, the carbon tax of Bitcoin blockchain is set as:

$ $ {\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{税收}}= 0.01 \ * {\ mathrm{如果}}\;{\ mathrm{然后}}\;{\ mathrm其他{}}({\ mathrm{碳}}\;{\ mathrm{发射}}\;{\ mathrm {/}} \; {\ mathrm {GDP}} > 2、2、1) $ $gydF4y2Ba
(11)gydF4y2Ba

验证和健壮性测试gydF4y2Ba

为了测试BBCE建模系统的适应性和鲁棒性的结构和行为,介绍了三个模型验证实验,在我们的研究中,例如,结构适用性测试(见补充图。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),现实和统计检验(见补充图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),灵敏度分析(见补充图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。三个测试的验证结果报告补充讨论。总的来说,BBCE提出的模型验证结果表明,该模型能有效地模拟因果关系和比特币行业碳排放系统的反馈循环,和BBCE模型参数有显著的一致性与实际操作时间序列数据比特币。此外,BBCE模型的灵敏度分析还表明,略微不同的BBCE参数不会导致显著的变化模型的行为或预期的碳减排政策的排名,从而表明该BBCE模型具有良好的行为的鲁棒性和稳定性。gydF4y2Ba

报告总结gydF4y2Ba

进一步的实验设计中可用的信息gydF4y2Ba自然研究报告摘要gydF4y2Ba与本文有关。gydF4y2Ba