比特幣:比特幣礦業三體問題：十年野蠻生長的礦業「黑暗森林法則」是什么？?

本文于2020年6月8日發布于鏈聞，作者為AniccaResearch創始人LeoZhang。

越透明的東西越神秘，宇宙本身是透明的，只要目力能及，你想看多遠就看多遠，但越看越神秘。

——劉慈欣《三體》

比特幣挖礦呈現出一個將硬件和軟件、能源和金融市場等多因素結合的局面。看不見的規則影響礦業的各個方面。每個礦工進行挖礦的效益取決于各種不同的外部因素，這些因素大多難以量化，幾乎無法概述和預測。

從宏觀的角度來看，我們可以確定推動整個加密礦業發展的三個內部主要因素包括：供應機制、氣候周期和硬件迭代，每個因素都會對礦工利潤計算公式中不同的部分產生影響：

挖礦利潤=挖空收入-挖礦費用=*比特幣價格*礦工的算力/全網算力-

代幣供應機制影響區塊獎勵；

氣候周期間接影響行業平均電費；

硬件迭代影響礦工算力、功效比以及硬件折舊。

當2012年比特幣首次減半時，大多數人都使用家用電腦以及GPU進行挖礦，全網算力分散在世界各地，此時市場的主導力量也僅為比特幣區塊獎勵減半的驅動。隨著挖礦產出比減少，全網算力驟跌，并暫時轉向利潤更高的萊特幣。到2016年第二次減半時，商業化的ASIC礦機及工業化的加密礦場已開始陸續投入使用。

在今年五月比特幣第三次減半之前，加密市場的分析師就潛在的結果進行激辯。部分分析師臆測，由于供求關系的影響，比特幣價格將翻倍。也有分析師推測，全網算力將降低20-30％。同時，由于此次減半發生的時間、氣候周期向豐水期的過渡、以及礦機芯片從16nm向8及7nm升級三個因素重合發生，這三方面的因素在此次減半中相互作用，共同對挖礦收益產生影響。

一、代幣供應機制

動態 | 比特幣開發者Tyler Smith發布被稱為“Snowglobe”的協議規范草案:比特幣開發者Tyler Smith發布了他稱為“ Snowglobe”的協議規范草案。他表示，Snowglobe是一個使用Nakamoto共識的節點傳播協議，它使用了一個基于Avalanche的共識算法。Snowglobe”協議規范指出：“本文為Nakamoto共識網絡的節點指定了一種傳播協議，參與者在其中要積極工作以調和其本地狀態。它使節點能夠對彼此的狀態進行采樣，以確定沖突集中的哪個項當前由大多數節點選擇，并朝著選擇相同項集的絕大多數節點努力。”[2019/12/22]

比特幣是算力的產物，挖礦行業存在的基礎在于能持續激勵礦工投資硬件，消耗能源以鞏固比特幣網絡對交易結算的保證能力。在缺乏活躍的區塊空間市場的情況下，區塊獎勵是礦工的主要收入來源。多年來，由于比特幣價格的上漲，挖礦收入也顯著增長，這反過來又將礦業塑造成為一個價值數十億美元的產業。

與大多數有形的商品不同，比特幣的合約明確規定了四年一次的減半時間表。每天新的比特幣代幣供應中有不同比例的比特幣重新流入比特幣經濟網絡的其余部分。由于礦工是比特幣生態中唯一的自然供應方，也是最大、最穩定的賣家群體，因此挖礦的利潤率是決定比特幣供給端的關鍵因素。

2020年6月至12月預估回報，基于每區塊6.25BTC和1-5月的價格，來源：blockchain.info

顯而易見的是，比特幣區塊獎勵減半會直接使得礦工的產出比下降。一些老一代機器可能因為功率降低而無法開機。在這些時期，礦機的買賣和整合往往會發生，擁有便宜電力資源的礦工將以低廉的價格批量購買部分老一代的礦機，同時礦機的二級市場將變得更加活躍。

礦機是比特幣物理形式的雙變量看漲期權。礦機定價的復雜性和運輸的困難性使得二手礦機市場很不透明，具體表現在流動性差，并且高度依賴行業內人員。但是，糟糕的價格發現有時給一些礦工帶來了巨大的套利機會。例如，在2018年末，比特幣價格急劇下跌至3,000美元的水平，較大比例的算力顯著下跌，引發眾多探討「比特幣挖礦死亡螺旋」的頭條新聞。一些礦工乘此機會找到大量低價售賣的螞蟻礦機S9。之后的短短四個月內，比特幣價格就進入了瘋狂的牛市。這些買家不僅從他們挖出的比特幣中獲利可觀，而且這些礦機轉售價格也提高了3倍。這表明，即使是無法開機的礦機硬件仍然具有期權的性質和價值。

行情 | 比特幣全網實時算力65.5 EH/s:據Tokenview數據顯示，截至今日十點，比特幣全網實時算力為65.5 EH/s，較昨日下降16.2%；以太坊全網算力為172.63 TH/s，較昨日下降0.34%；萊特幣全網算力為444.09 TH/s，較昨日上漲1.86%。當前比特幣全網待確認交易筆數8554筆，交易費中位數0.7327美元。[2019/8/2]

來源：JinpingGou

礦機的買賣和整合活動改變了挖礦硬件市場的結構。硬件市場結構可以告訴我們整個挖礦活動消耗多少能源。雖然很多人用較為簡單的方式嘗試計算礦工「關機價格」，但每個礦工的進入時間、資金數量、成本基礎和風險承受能力都不同。因此，整個行業內的成本基礎實際上是個很寬的范圍，賣出比特幣的行為在各種價格水平上都會發生。

為了評估比特幣網絡中礦工賣出比特幣的壓力，我們需要了解礦機的構成要素。由于行業中沒有任何一方可以掌握礦機市場的整個買賣信息及其電力成本，因此收集這些數據是非常具有挑戰性的。Blockware團隊最近通過分類不同礦機類型以及電費等因素來實現這一研究。在三月份發布的報告中，該團隊預計部分網絡的構成要素下圖所示：

今年比特幣減半后，比特幣全網算力從三月份的約109EH/s下降至約94EH/s。假設所有關機的硬件設備都是螞蟻礦機S9，我們可以更新上文的構成要素圖表：

*螞蟻礦機S9i規格，螞蟻礦機S17+規格；**S9i平均年限18個月以上，S17+平均年限36個月以上

基于以上數據，我們可以計算出各種價格水平下大致的每日礦工賣出比特幣占日產出比特幣的比例，以及每日礦工賣出比特幣占全球日交易量的比例：

由于全球交易量隨價格變動而變化較大，因此價格區間相對狹窄。*每區塊6.25BTC。不包括交易費用。**全球交易量11.4億美元，來源：Bitwise

行情 | USDT占比特幣交易比重約為77.33%:據cryptocompare數據顯示，目前比特幣交易情況按照交易幣種排名，排在第一的是USDT，占比為77.33%；排在第二的是美元，占比為9.50%；排在第三的是QC，占比為3.32%；排在第四的是歐元，占比為2.27%；排在第五的是日元，占比為2.19%。[2019/5/8]

請注意，此分析的數據僅用于說明結論。以上的數據基于非常粗糙的假設：所有老舊礦機都由螞蟻礦機S9為代表、新一代礦機由螞蟻礦機S17為代表。無須多言的是，礦工從多個制造商購買機器，而不同制造商的同一代礦機也具有不同的規格。實際上，市場的組成因素差異要大得多。同時，此分析是基于靜態的時間點，礦機硬件的構成要素組成非常不穩定，隨著減半后市場尋求新的平衡，礦機正在積極地換手中。即將到來的豐水期也對大多數礦工的電力成本產生了巨大影響。另外，隨著越來越多的礦工使用諸如抵押貸款、期貨、甚至是算力市場等金融工具，比特幣網絡的礦工賣出壓力將得到部分緩解或延遲。

通過觀察挖礦產業的構成要素隨時間的變化，可以得出的一個結論是：算力的產生是「不對等的」，換句話說，因為組成要素的不斷變化，每個單位的比特幣算力都是獨一無二的。

二、氣候周期

氣候周期是讓挖礦行業在地理上多呈現集中布局的原因之一。多年來，比特幣挖礦無意中得益于中國西南地區對水電大規模、甚至過度的投資。剩余的廉價電力、巨大的發電能力、廉價的勞動力成本以及與礦機制造商的較近距離，使中國的西南地區成為比特幣挖礦的理想場所。據估計，全球超過65％的算力集中在以下省份。

大約五月至十月是中國西南部的豐水期，這也是加密礦業的「節日」，大量的剩余水電供應大大減少了礦工的運營費用。對于中小型礦工來說，豐水期可將成本降低多達40％。對于擁有專用設施的大型礦工來說，豐水期的電費甚至可以忽略不計。到了豐水期，內蒙古、新疆等省份超過80％的礦工將成群遷徙到四川、云南及貴州以進行豐水期挖礦，這些礦工可能在11月枯水期到來后搬回或出售礦機。

動態 | 芝期所比特幣期貨9月合約將于9月20日3時45分進入結算:芝期所（Cboe）比特幣期貨9月合約將在北京時間9月20日3時45分進入結算。目前，9月合約價格為6340美元。據行情顯示，BTC現全球均價6359美元，漲幅1.14%。[2018/9/19]

比特幣采礦地圖，來源：劍橋新興金融中心

蓬勃發展的加密礦業為當地的發電廠業務帶來了利好，許多人建造或者將其設施改造成算力中

逐漸地，加密礦業圍繞著這些氣候模式進行結構調整。就像某種古代的儀式，每年在豐水期來臨之前，挖礦行業都會在四川省會成都市舉行大規模加密礦業峰會。我們還會看到的現象包括：部分設施僅在豐水期期間向外部客戶開放；礦機制造商在產品運輸前就計劃好新產品的發布；礦工競相購買最新、最好的礦機。

豐水期比特幣算力的增長：

來源：coinmetrics.io

今年年初，由于宏觀經濟的不確定，投資者和礦工恢復了更加謹慎的投資方式。由于新冠疫情對供應鏈造成沖擊，新型礦機也曾暫停生產。比特幣減半后，更多的礦機關機，使得礦機托管供應大于需求。四川和云南等地區許多工廠很難找到客戶，這一情況也繼續降低幣價，與去年的電費0.24-0.26元/千瓦時的成本相比，年初預計的平均成本可低至0.10-0.20元/千瓦時。

更低的電力成本將部分抵消比特幣區塊獎勵減半的影響，許多礦場必須與發電廠簽訂合同，承諾使用電力的最低限度。為了吸引業務，一些公司提供「聯合挖礦」的計劃，礦工每月支付最少的費用，把部分自己的挖礦收益分配給托管服務商，有效地將部分市場風險轉移給托管商。

但是類似上述的舉措并不意味著絕對可以保證降低運營成本。雖然水電設施在豐水期較便宜，但這些礦場通常位于較偏遠的地區，電源供應和互聯網連接可能不穩定，有時甚至有山洪爆發造成損失的風險。

南非調查8000萬美元的比特幣騙局:據路透消息，南非當局正在調查一起加密貨幣詐騙行為，該行為詐騙了10億蘭特（8000萬美元）的投資者，并承諾從未實現巨額回報。稱，欺詐調查涉及一家名為BTC Global的公司，該公司告訴客戶他們每天可以賺取2％，每周14％和一個月50％的收入。目前，在互聯網上搜索該公司顯示其服務已被暫停。該網站列出史蒂文吐溫為“主要交易商”。路透社發送郵件，暫未得到回復。[2018/5/25]

另一個風險是地方政府的政策風險。在2018年之前，大多數當地官員都不知道什么是挖礦，加密礦業設施通常以大數據或云計算項目數據中心為名上報政府。在2018年，中國的互金整治辦將加密貨幣挖礦認定為「偽創新」，理由是加密挖礦極其浪費資源，監管層要求各地積極引導轄內企業有序退出挖礦業務，部分礦場的確在該壓力下關閉業務。但是在2019年下半年，國家發改委將「淘汰產業」中「虛擬貨幣挖礦」刪除。值得注意的是，國家發改委負責監督能源行業。豐水期大量浪費的水電資源是一個長期存在的問題，官員們或許開始意識到，比特幣挖礦是一種將多余的本地資源轉換為全球數字商品的有效方法。

幾個月前，四川公布首批「水電消納示范企業」公布，含多個比特幣挖礦公司。壞消息是，盡管有更多的加密礦業設施開始運營，但今年的降雨量卻沒有預期得大。在撰寫本文時，隨著夏季酷暑的來臨，水力發電廠的電力首要用于保證四川居民使用。

但近期四川一個叫木里縣的地區于5月21日發布了《關于報送虛擬貨幣「挖礦」活動情況的通知》，盡管很多當地的人士不希望執行該命令，但這也表明豐水期能源形勢的復雜性，期望豐水期降低礦工電費并不是隨叫隨到的萬能藥。

在加密貨幣挖礦的這一階段，氣候周期是一個相當獨特的現象。如果將來挖礦業務遷移到更多不同的地點，而不再集中于單一電源供應，則氣候周期的因素將不再發揮如此重要的作用。

三、挖礦硬件的迭代

礦機制造商不斷競爭以制造在市場中領先的產品。長期以來，比特大陸生產的螞蟻礦機S9一度占領市場。根據比特幣在2018年提交的IPO文件，比特大陸生產的礦機占據市場上所有ASIC礦機約74.5％的份額。但是在過去兩年中，比特微的神馬礦機和嘉楠耘智的阿瓦隆礦機等競爭對手正在迅速蠶食比特幣大陸的市場份額。

2017年，神馬礦機售出9萬臺，占年底全網算力7.2%，2018年，神馬礦機新機算力占年底全網算力9%，2019年，該公司新機算力占年底全網算力的35%。

礦機產品是一種商品，盡管有特定因素可以幫助礦機制造商脫穎而出，例如客戶服務、交貨時間、供應鏈管理等，但競爭迫使礦機制造商不懈地專注于兩個關鍵指標：價格和能效比。

礦機能效比通過單位算力功耗來衡量，該指標越低，說明挖礦所消耗的電量就越少，每一代挖礦硬件都通過改善礦機能效比來定義新產品。

*截至2020年5月31日；**基于6.25BTC區塊獎勵，15,138,043,247,082挖礦難度，9,500BTC價格

礦機能效比的改善對收益有重大影響。使用當前的比特幣難度和二手螞蟻礦機S9i的平均價格，我們可以計算出各種價格水平下的回本天數：

以下是最新的螞蟻礦機S19Pro回本天數計算：

目前在大多數情況下，螞蟻礦機S9無法盈利，但是擁有極低價格電力資源的礦工仍然可以獲利。比較上面的兩個表，我們可以看到在$0.04/KwH以下，礦工使用S9挖礦的回本周期更快。得益于廉價的電源，當新一代礦機產品投放市場時，前代產品不一定會立即退出市場。CoinMetrics的團隊根據隨機數分布匯總了一段時間內螞蟻礦機S7與S9的預計使用量。正如我們所看到，隨著S9的普及，螞蟻礦機S7的使用率不會僅僅呈現下降趨勢：

來源：CoinMetrics第51期StateoftheNetwork

如同在前文「代幣供應機制」部分中所述，擁有便宜電力資源的礦工將以低廉的價格批量購買部分老一代礦機，從中賺取較高的利潤。這種套利機會通常在算力相對較高而比特幣價格相對較低時出現。盡管算力的價值在很大程度上取決于比特幣的價格，但由于硬件市場對金融市場動向的反應延遲，算力和價格之間存在差異。制造定制化的芯片會產生一次性工程成本，礦工制造商及其供應鏈合作伙伴需要按制造的芯片數量來攤銷這種一次性成本費用。除非礦機制造商是擁有大量訂單的長期合作客戶，在多數情況下，晶圓代工廠會要求礦機制造商全額支付儲備晶圓的訂單。

晶圓訂單的生產周期通常為12到13周，該時間周期使制造商制定具有前瞻性的業務計劃變得更加有挑戰性。在2017年底，許多制造商在牛市期間沒有足夠的庫存，無法向市場出售產品，因此錯誤地判斷牛市持續的時間。包括Nvidia在內的制造商高估了2018年的訂單量，并不得不在下半年逐漸虧本清倉庫存。

來源：BitInfoCharts

一旦礦業市場完成從16nm芯片到7nm芯片礦機的升級，后端產品技術的競賽將停止很長時間。新型礦機的平均壽命將從之前的2年延長到3到4年，礦機設備的故障率將成為更加重要的因素。實際上，故障率與價格、能效比都被認為是關鍵的礦機評估指標。

頻繁的礦機故障會降低礦機的算力，并在保修期結束后內迅速增加維護費用。嚴重的故障意味著維護將損失一部分收入。例如，由于散熱設計的缺陷，螞蟻礦機S17系列的壞損率高達20%-30%。故障原因是散熱片松動或移位導致算力板短路停擺，這個故障修復的成本非常昂貴——盡管螞蟻礦機S17系列基于先進的制造過程，產品卻不盡如人意。

更先進的礦機硬件意味著更高的前期資本支出，這反過來又促使加密礦業進一步工業化。不久后，更多數據中心將自己定義其基礎架構，以適應于特定的挖礦需求。富余的天然氣能源挖礦，沉浸式液冷和內部監控解決方案將開始出現。

另外，我們是否應該擔心「工業化」將進一步使得加密礦業更加中心化？

硬件制造是一種再生產過程，可以主動消除對基因突變的需求。在當前狀態下，硬件制造受益于標準化和集中管理。加密礦業的工業化勢不可擋，而去中心化挖礦最好可以關注下游算力投票權，例如去中心化挖礦協議StratumV2支持的「工作協商」模型。

經過十年的野蠻增長，加密礦業正處于發展的十字路口。供應機制、氣候周期和硬件迭代，這三種力量的糾纏產生不可預測的短期變化，但是從長期來看，隨著比特幣與加密經濟的其他部分越來越深入地融合，加密礦業將變得更加競爭，并傾向于資源密集性型產業。過去，礦工只需保持盡可能低的運營費用。而展望未來，不斷下降的挖礦利潤率將迫使礦工更加意識到現金流和風險管理的重要性，加密礦業未來將更加趨向「工業化」和「金融化」。

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