比特幣:加密貨幣本質：挖礦產業的興起與發展

作者：ChrisDannen、LeoZhang和MartínBeauchamp，均就職于迭代資本編譯：KattGu本文節選于加密貨幣管理公司迭代資本撰寫的報告「加密貨幣現象的本質是什么？」。迭代資本是一家專注于挖礦的投資管理公司，并經營北美加密貨幣OTC交易平臺i2Trading。與發行通證、風險投資或波動率交易相比，挖礦產業較少出現在資本市場的各類營銷中，使其成為最可預測的加密貨幣投資活動。挖礦的盈利能力受到半導體周期、能源成本和加密貨幣市場整體表現的營銷。雖然礦業投資從本質上來說是一個長期投資，但只要礦工可以優化管理費用并以公平的市場價格購買機器，即可減少挖礦的成本投入。一個礦工購買硬件或支持特定網絡的決定受短期市場潮流的影響遠小于網絡協議的特性和所購買硬件的技術生命周期的影響。礦工考慮的基本因素包括但不限于以下幾點：選擇一個可行的網絡。以合理的價格從合適的硬件制造商處購買硬件。根據硬件周期調整購買時間。托管設施的能源成本和其他管理費用。托管設施的安保和人員配備。流動型獎勵管理。地方法規和稅收。推動挖礦頁市場動態的主要因素有兩個：哈希率增長和價格波動。從根本上講，這兩個因素是密切相關的。較高的哈希率增強了區塊鏈的安全性，使網絡更具價值；反過來，隨著相關貨幣的價格增長，對挖礦設備的需求也將增加，這意味著挖礦硬件供應商之間的競爭會加劇，以獲取該需求。盡管到目前為止，比特幣現貨價格急劇下跌，但比特幣網絡的哈希率一直在以驚人的速度增長。自2018年1月以來，比特幣礦工和交易者一直生活在完全獨立的世界中：礦工不斷對硬件和設施進行再投資，預計核心協議層面的工程進展將會帶來下一輪的價格上漲。因為礦工控制著流動性，這幾乎就等于一個自我實現的預言。

Kevin O'Leary：如果穩定幣受到監管，更多機構資本可能會進入加密貨幣:金色財經報道，Kevin O'Leary在接受采訪時表示，如果穩定幣有監管規則，比特幣將突破其目前的范圍。他認為，如果穩定幣得到美國政策制定者的支持，更多的機構資本可能會進入加密貨幣，推動比特幣價格上漲。

O'Leary強調了穩定幣監管的必要性，他說：“我們現在處于一個困難的領域，因為我們缺乏監管。”他補充說，除非有機構支持，否則比特幣將繼續停留在17000-22000美元的范圍內。但這種機構支持只有在穩定幣受到監管時才能出現。（beincrypto）[2022/10/9 12:49:55]

圖11：盡管比特幣價格下跌，哈希率仍在繼續增長。哈希率增長和價格波動之間的不匹配是硬件市場和資本市場不同步的結果。在正常情況下，挖礦難度可以通過半導體生產商臺積電的晶圓出貨量來預測。代工廠的交付周期比比特幣價格周期長，這意味著在比特幣價格下滑期間已經投入生產的晶圓將導致產能過剩。

圖12：由于不可持續的挖礦利潤，對臺積電晶圓需求可能下降。另一方面，由于工作量證明的累積性，更高的哈希值涌入網絡會使系統更加安全和可靠。更高的最終性意味著系統在處理交易時會更加穩定，對第三方開發者在系統上進行開發也更加方便。使用工作量證明的加密貨幣通過設計將資本市場和分布式網絡緊密的聯系到了一起。隨著比特幣價格在過去十年里不斷攀升，挖礦產業發展成為一個巨大的行業。2018年上半年，最大的加密貨幣ASIC制造商Bitmain報告了25億美元的收入和11億美元的利潤。

當前加密貨幣總市值約為5005.25億美元:據金色財經數據顯示，全球加密貨幣總市值約為5005.25億美元。加密貨幣市場中占比排名第一的是BTC，市值約合3436.81億美元，當前市值占比為68.66%；

ETH排名第二，市值約合577.72億美元，當前市值占比為11.54%；

USDT排名第三，市值約合177.03億美元，當前市值占比為3.54%。[2020/11/21 21:36:57]

圖13：比特幣礦工近年的收入。專業硬件的興起

多年來，加密貨幣的挖礦工具已經從CPU發展到GPU，再到專門的硬件，如FPGA和ASIC。由于該行業的競爭性，礦工會被激勵去購買更高效的硬件，即使這意味著需要為這些機器支付更高的前期成本。隨著一些硬件制造商升級到速度更快、效率更高的機器上，其他廠商也被迫升級，設備競賽應運而生。今天，對于比較有名的網絡來說，挖礦主要是通過ASIC進行。比特幣的sha256d相對來說是一個比較簡單的計算；比特幣ASIC的工作是每秒進行數萬億次SHA256d哈希函數的計算，這是其他類型的半導體無法做到的。于20世紀80年代首次推出市場，ASIC改變了芯片行業。在加密貨幣世界中，ASIC制造商會基于給定網絡的特定哈希算法設計芯片結構。經過多次迭代和測試后，作為所謂的「流片」過程的一部分，電路光掩模的設計圖會被發送到諸如臺積電和英特爾這樣的代工廠。直到芯片從代工廠返回后，才能知道芯片的實際性能。此時，ASIC制造商需要在產品準備好投入生產使用之前，對散列板上的散熱設計和芯片對準進行優化。特定于應用程序的硬件的興起是不可避免的，也是計算硬件周期中的必然趨勢。與黃金開采和石油鉆探技術隨著基礎商品價值的不斷提高而不斷發展的情況類似，隨著加密貨幣變得越來越重要，加密貨幣的應用特定型硬件也在迅速改進。雖然短期價格行為主要是由投機驅動的，并且已經觀察到與哈希率不相關，但從長遠來看，這兩個因素形成了良性反饋循環。

當前加密貨幣總市值為2609.49億美元:金色財經報道，全球加密貨幣總市值約為2609.49億美元。加密貨幣市場中占比排名第一的是比特幣，市值約合1753億美元，當前市值占比為67.16%；以太坊排名第二，市值約為221億美元，市值占比為8.47%；瑞波幣排名第三，總市值約為89億美元，市值占比為3.60%。其他幣種市值約547億美元，市值占比為20.97%。[2020/5/15]

圖14：2012-2020年全球區塊鏈硬件市場的市場規模，按收入和增長率劃分。

圖15：2013-2020年中國區塊鏈硬件市場規模，按收入和增長率劃分。ASIC制造的過去，現在和未來

加密貨幣礦機是一種異構計算系統，即使用多種處理器的系統。隨著摩爾定律減慢，異構計算變得越來越普遍。同名定律的創始人GordonMoore預測，半導體制造業中的晶體管密度將產生連續且可預測的硬件改進，但這些改進在達到基本物理極限之前只有10-20年的時間。第一代比特幣ASIC包括中國的烤貓礦機、瑞典的KNC以及和美國的ButterflyLabsh和Cointerra。特定于應用程序的硬件很快就顯示出了它們的前景。第一批阿瓦隆礦機于2013年2月上市。到5月，大約三分之一的網絡得到了它們無與倫比的計算能力的支持。集成電路競爭的關鍵在于一家公司能夠以多快的速度迭代產品并實現規模經濟。在沒有足夠的硬件制造經驗的情況下，由于延遲和一系列關鍵技術錯誤，烤貓很快失去了市場份額。大約在2013年的同一時期，吳忌寒和詹克團創立了Bitmain。在比特幣ASIC的早期，只需要改進上一代芯片的密度就可以提供了一個即時有效的升級。從代工廠獲得先進的技術節點總是很昂貴，所以挑戰不在于優越的技術設計，而在于籌集資金的能力。在Bitmain成立后不久，該公司使用臺積電的55nm芯片推出了AntminerS1。2014年，加密貨幣市場進入長期熊市，比特幣價格下跌近90%。到2015年市場復蘇時，AntminerS5是唯一一款仍在生產的產品。Bitmain很快確立了其統治地位。隨后，來自烤貓的工程師加入Bitmain，開發了S7和S9。這兩臺機器后來成為迄今為止銷售最成功的加密貨幣ASIC產品。半導體工業發展迅速。競爭加劇、生產創新和規模經濟意味著芯片價格將不斷下降。對于大型ASIC礦業公司來說，為了維持其利潤率，他們必須不懈地尋求更多的設計改進。硬件產業的變化

新華國際：本輪比特幣上漲主因是知名企業參與加密貨幣市場:據新華國際消息，分析人士認為，本輪比特幣上漲主要是因為知名企業參與加密貨幣市場的利好消息提升了市場熱度，也增強了投資者對加密貨幣的信心。盡管比特幣近期表現搶眼，投資者對其后市走向看法依舊呈現分化態勢。美國區塊鏈網絡公司Concordium董事長克里斯滕森認為，比特幣市場波動性大、交易量小，無需多大努力就能把其價格推高或壓低上千美元。[2019/6/18]

過去，生產更快的芯片只需要將晶體管放在芯片基板上更近的位置。晶體管之間的距離是以納米為單位測量的。隨著芯片設計人員開始使用晶體管距離低至10nm或7nm的尖端技術節點，芯片性能的提高可能與晶體管之間距離的減少不成正比。據報道，截至2018年3月，Bitmain已嘗試在16nm、12nm和10nm下流片新的比特幣ASIC芯片。據稱，所有這些芯片的流片都出現了問題，導致該公司損失了近5億美元。2017年牛市之后，許多新的原始設備制造商正在進入比特幣ASIC領域。雖然在規模和產品銷售方面，Bitmain仍然是絕對的領導者，但該公司在核心產品的性能方面明顯落后。InnoSilicon、Canaan、Whatsminer、Bitfury和其他公司正在迅速趕上，壓縮了市場中所有玩家的利潤。隨著技術節點改進速度減慢，ASIC性能越來越依賴于公司的架構設計能力。因此，擁有一支經驗豐富的團隊來實施完全定制的芯片設計對于ASIC制造商將來的成功至關重要。從長遠來看，ASIC的設計會變得更加開源也更易訪問，從而實現商品化。

圖16：挖礦硬件與挖礦難度比特幣挖礦一開始只是業余愛好者的活動，可以通過筆記本電腦完成。從上面的圖表中，我們可以看到工業化采礦的加速發展。如今，工業化礦業集團、云挖礦提供商和硬件制造商已不再在車庫或地下室中運行挖礦設備，而是專門為加密貨幣挖礦建立或翻新數據中心。在電力充足的地方，如四川、內蒙古、魁北克、加拿大和美國華盛頓州，擁有數千臺機器的大型設施全天候運作，全年無休。在殘酷的挖礦游戲中，持續不斷的基礎設施升級要求運營商快速做出部署決策。工業礦工會在超頻、維護和更換直接與礦機制造商合作。他們托管礦機的設施經過優化，能夠以最大可能的運行時間滿負荷運行機器。同時，大型礦工會與一些發電廠簽訂長期合同，以獲取廉價電力。這是一個雙贏的局面；礦工可以接近零的電價獲得大量電力，發電廠可獲得對電網電力的穩定需求。隨著時間的推移，加密貨幣網絡會像進化中的有機體一樣，不斷尋找廉價和未充分利用的能源，并提高現有工業中心以外存在的遙遠設施的效用。使用工作量證明的加密貨幣依賴于將新的區塊添加到區塊鏈中以保持共識。多年來，許多人對比特幣生產過程中消耗的大量能源表示擔憂。中本聰本人在2010年就回應了這個問題，他說：「這與黃金和金礦開采的情況相同。金礦開采的邊際成本往往接近黃金價格。開采金礦是一種浪費，但這種浪費遠遠低于利用黃金作為交換媒介的效用。我想比特幣的情況也是一樣。比特幣所實現的交易的效用大大超過了其用電成本。因此，沒有比特幣將是凈浪費。」礦工統治時的「微妙的恐怖平衡」

美國報稅截止日期將近 投資者拋售加密貨幣致比特幣周跌幅超15% :據cnbc報道，隨著美國報稅截止日期的臨近，比特幣周跌幅超過了15%，本周更是下跌了約17％，本季度下跌超過了45％。一些分析師早先已經預計到，在新投資者意識到他們需要用現金來支付資本利得稅的時候，會在4月中旬報稅截止日期前拋售比特幣和其他加密貨幣。上周美國國稅局曾提醒納稅人需要報告加密貨幣收益。目前據coindesk的比特幣價格指數，比特幣現價為7415.4美元，最近24小時跌幅為6.57%。[2018/3/30]

在比特幣等非許可的加密貨幣系統中，大型礦工也是潛在的攻擊者。他們與網絡的合作是以盈利為前提的；如果攻擊變得有利可圖，那么大礦主很可能會嘗試進行攻擊。那些關注比特幣近年發展的人都知道，對于礦工壟斷這個話題是存在爭議的。一些參與者認為ASIC會以各種方式破壞網絡的健康。在哈希率集中的情況下，社區害怕礦工們會聯合起來發動所謂的51%攻擊，即占大部分哈希率的礦工可以使用這種計算能力來重寫交易，獲將同一筆資金花費兩次。這種攻擊在較小的網絡中很常見，因為在這些網絡中實現51%的哈希率的成本較低。任何擁有超過51%哈希率的礦池都擁有網絡中的「核武器」。這實際上是利用哈希率將社區扣為人質。這一情景讓人想起冷戰時期的核戰略家AlbertWohlsetter關于微妙的恐怖平衡的觀點：「平衡不會自動產生。首先，由于熱核武器為侵略者提供了巨大的優勢，因此在任何給定的核技術水平上，都需要極大的智慧和現實性來設計一個穩定的平衡。其次，這項技術本身正以驚人的速度發生變化。威懾需要緊急和持續的努力。」雖然大型礦工理論上可以發起攻擊，將共識歷史扭轉到對他們有利的方向，但他們也可能將市場推向至一個對他們不利的境地，導致通證價格突然暴跌。這樣的價格暴跌會使礦工的硬件投資和過去賺來長期持有的貨幣變得一文不值。在制造高度集中的情況下，秘密的51%攻擊會更容易實現。

圖17：礦池的礦工集中度在過去的幾年里,bitmain以哈希率集中和制造集中的形式主導了市場。在撰寫本文時，SanfordC.Bernstein＆Co.的分析師估計，Bitmain控制著加密貨幣挖礦芯片市場的85％。.核心開發人員統治下的「無結構暴政」

雖然惡意礦工會對非許可的加密貨幣系統構成持續的威脅，但核心軟件開發人員的支配地位可能同樣不利于系統的完整性。在由少數精英技術人員控制的網絡中，運行代碼的礦工和全節點運營者可能無法輕易檢測到對代碼的虛假更改。社區采取了各種方法來對抗礦工的巨大影響。Siacoin的團隊在得知Bitmain的Sia礦機后決定生產自己的Asic礦機。Zcash等社區對ASIC持謹慎的歡迎態度。.GRIN等新項目將其哈希算法設計成了RAM密集型，從而提高了ASIC的制造成本。一些像Monero這樣的項目采取了更為強硬的措施，改變了其哈希算法只是為了讓一個制造商的ASIC機器不能工作。這里的根本分歧不在于「去中心化」，而在于哪個派系控制著市場所重視的生成coinbase獎勵的方式；這是一場爭奪對「金鵝」控制權的斗爭。由于去中心化網絡的高度動態性，迅速對礦工周圍的權力集中采取行動可能會導致相反的極端:頭部開發商周圍的權力集中。這兩種權利的集中都是十分危險的。后一種極端可造導致無結構的暴政，即在沒有正式權力等級的錯誤前提下，社區會以個人崇拜中的方式崇拜主要提交者。這個詞來自社會理論家JoFreeman，他在1972年寫道：「只要群體的結構是非正式的，如何作出決策的規則就只為少數人所知，并且對權力的認識也僅限于那些知道規則的人。那些不知道規則，也沒有被選為啟蒙者的人，必須保持困惑，或陷入一些他們不太清楚的事情正在發生的偏執妄想中。」缺乏正式的結構會成為新進貢獻者看不見的障礙。在加密貨幣的背景下，這意味著盡管存在為團隊帶來更多的開發人才的動機，我們在上一節中討論的開放式分配治理系統仍可能會出錯。礦工或開發者的支配地位可能導致開發路線圖的改變，這可能會破壞整個系統。其中一個例子是那些「大區塊黨」們做出的錯誤決定。由于一些礦工一意孤行的支持更大的區塊容量，比特幣網絡在2017年8月1日分裂成了兩個，從而導致全節點運營者的成本增加。而對于使用工作量證明的區塊鏈來說，這些運營者在執行其規則方面發揮著至關重要的作用。較高的成本可能意味著網絡上的全節點運營者的數量會減少，這反過來又使礦工們更容易為自身的利益而破壞權力平衡。另一個失衡的例子是以太坊基金會。雖然以太坊擁有一個由DAPP開發人員組成的強大社區，但核心協議僅由一小部分項目領導者確定。為了準備以太坊的君士坦丁堡硬分叉，開發人員決定在不詢問礦工意見的情況下將挖礦獎勵降低了33%。隨著時間的推移，疏遠礦工會使網絡失去一個主要利益相關者群體的支持，并為礦工攻擊網絡牟利或報復創造了新的動機。

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