比特幣:深度丨比特幣挖礦對沖新指標：CMBI比特幣算力指數與“觀測工作量”

作者?|?BenCelermajer&?CoinMetrics?Team

重點:

迄今為止，比特幣礦工作為比特幣生態中的關鍵角色一直沒有對沖工具，其完全依賴于比特幣的價格。然而，隨著挖礦市場的不斷成熟，傳統市場參與者不斷加入，這些公司將像對待其他傳統資產一樣，尋求相應機制來對沖他們的風險敞口和運營業務。

當前的算力估計方式涉及到一個計算過程，其中包括一個設定的回溯期(如48小時)，這使得設計出可以幫助礦工對沖風險的金融產品變得非常困難。

CoinMetrics設計了CMBI比特幣指數和"觀測工作量"，與傳統的算力估算相比，CMBI比特幣指數和"觀測工作量?"是一種更具有反應性、靈敏性、抗操縱性的方式。它可以來衡量挖礦活動的真實性。

觀測工作量和CoinMetrics的CMBI比特幣指數可以作為金融產品的基礎，為市場提供所需的工具，以有效和高效地交易或對沖比特幣的算力。

介紹

比特幣即將減半，關于它將對算力產生的影響，一直以來都有很多猜測。對于大多數的加密貨幣社區來說，這是一個有趣的投機行為，賭注相對較低。然而，對于挖礦社區來說，結果不僅會決定盈利能力，還會決定存活的概率。

這主要是由于缺乏一個強大的、市場上公認的對沖比特幣挖礦操作不確定性的方法。在本周的SOTN專題中，我們提出了兩個新的工具，將使金融衍生品市場能夠有效地提供對沖和推測比特幣算力的機制。

1.CMBI比特幣算力指數

2.觀測工作量

但首先，我們快速回顧一下比特幣的算力對加密資產生態系統的重要性。

比特幣算力的重要性

挖礦活動是比特幣的核心功能之一，也是中本聰的重要創新理念之一。簡單來說，如果沒有挖礦，無論是比特幣還是一般的加密貨幣都不可能有今天的存在。挖礦有助于：

聲音 | 哈爾濱市委：推進區塊鏈等技術與實體經濟深度融合:在25日召開的哈爾濱市委十四屆七次全體會議上，哈爾濱市委提出，明年重點抓好六個方面工作，緊扣全面建成小康社會目標任務，分別為堅決打好三大攻堅戰、推動經濟高質量發展、統籌推進鄉村全面振興、聚力攻堅改革開放、推進新區和自貿試驗區聯動發展和織密扎牢民生保障網。其中，推動經濟高質量發展中，要推進工業強市，大力發展數字經濟，推進互聯網、大數據、人工智能、區塊鏈技術與實體經濟深度融合。（黑龍江日報）[2019/12/26]

確保網絡的安全，防止腐敗，并抑制不良行為者篡改公共分類賬。

鑄造新的比特幣進入流通領域。

創建和廣播所有在鏈上發生的交易。

驗證并將新的交易信息添加到鏈中，允許用戶無需信任的方式進行交易。

礦工們通常可以了解到他們的成本，這些成本是硬件/設施和運行采礦設備的電力的函數，給定網絡上固定的算力，礦工可以確定自己的成本在特定的比特幣價格條件下獲利。然而，比特幣網絡上執行的哈希總數并不是恒定的或可預測的。相反，算力會隨著時間的推移而大幅波動，而且并不總是與比特幣的價格一致。

因此，礦工通過更廣泛的價格和算力情景來對沖其算力波動風險并維持盈利的能力是至關重要的。

例如，考慮一家大型機構的采礦企業正在決定是否進入市場。他們有預算來購買設備，他們的設備有足夠的挖礦能力，可以獲得1%的挖礦算力。有了這個數據，他們可以預計平均每天可以獲得18BTC的收益。在每個比特幣8000美元的價格下，如果運營成本超過14.4萬美元/天，礦工將不會獲利，因此不應該進入市場。但是，如果他們的運營成本是每天10萬美元，那么他們的利潤空間就會很不錯，應該考慮入市。

聲音 | 新加坡工程院院士：推動區塊鏈等與交通行業深度融合是行業市場未來趨勢:新加坡工程院院士、佳都科技副總裁、全球智能技術研究院院長李德紘在接受采訪時表示：“政策的落地，其實已經為市場指明了方向。《交通強國建設綱要》中提到，強化前沿關鍵科技研發。瞄準新一代信息技術、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿，加強對可能引發交通產業變革的前瞻性、顛覆性技術研究；大力發展智慧交通。推動大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈、超級計算等新技術與交通行業深度融合。這是行業市場未來的趨勢。”（證券日報）[2019/9/30]

3個月后，設備到達工廠，比特幣已經漲到了1萬美元/個幣，但比特幣的算力卻翻了一番。現在，他們將只有0.5%的算力，代表著平均每天9個BTC的獎勵。按每BTC1萬美元計算，他們每天將有9萬美元的凈收入，假設每天的運營成本為10萬美元，則每天凈虧損1萬美元。這對于他們的業務的長久發展來說，并不是一個好兆頭。

但是，如果他們能夠通過交易算力衍生產品來對沖采礦業務的風險敞口，就可以最大限度地降低哈希匯率的宏觀變動風險。

設計算力金融產品所需的工具

在像采礦這樣的分布式過程中，要從礦工中獲得可靠的算力數字幾乎是不可能的。因此，目前推導出算力的最佳做法是，從區塊在給定難度下的生產率中生成一個隱含值。這種方法可能就像石油期貨交易員用加油站的可觀察到的價格來計算全球石油開采量一樣。從本質上說，這是從歷史數據中推導出現在的價格。

對于算力來說，這在創建金融產品時引入了很多不良的問題。CoinMetrics發現，算力指數有三個關鍵問題必須克服：

1.短期水平的可預測性。

由于算力的計算依賴于過去的數據，因此用于生成短期未來水平的數據大部分都是已知的。例如，如果使用48hr的回看窗口來計算算力，那么在48hr的數據點中，你已經有47hr的數據點將在一個小時內會被用來計算算力。因此，這個短期內的未來算力是相對可預測的。

聲音 | 房愛卿：要促進電商技術創新 使區塊鏈等技術電子商務深度融合:據每日經濟新聞報報道，全國政協經濟委員會副主任房愛卿指出，要促進電商技術創新，使物聯網、人工智能、大數據和云計算、區塊鏈等技術與電子商務深度融合，為電商提供更為高效、安全的技術手段和交易方式。[2019/8/24]

2.鑒于隨機區塊生成過程，隱含的算力傾向于遵循一種振蕩模式。

這給合約帶來了兩類結算風險。首先，合約是否會在震蕩的頂部或底部進行結算是隨機的，這可能會對交易結果產生重大影響。其次，這種速率的可操縱性很強，一些大的礦商控制了相當一部分的算力。

3.算力上的固定合約長度并沒有考慮到合約開盤和收盤之間發生的事情。

想象一下，一個為期3個月的合約開盤和收盤都在同一水平。如果一個礦工想通過做多這個合約來對沖他們的頭寸，他們在結算時將賺取0美元。但是，如果這段時間內的算力平均比開倉/平倉率高20%，他們也將實現比預期更低的收益。這是被較少考慮的，因為從理論上講，人們可以在整個合約中進行交易來克服這個問題，但也可以通過一些創新的設計來克服。

開發金融衍生產品以投機和對沖算力的另一種方法是利用挖礦難度。雖然挖礦難度在算力衍生指數之上提供了一些好處，但它也有一些需要克服的問題。

1.難度每隔2,016塊才會調整一次。這意味著，在合同的早期階段，定價非常困難，因為估計未來的難度基本上是不可能的，而且會出現很大的波動。

2.長期難度合約不考慮整個合約期間的難度水平。難度可以在合約開盤和收盤時保持同一水平，但如果在整個合約的中間階段難度較高，則不能起到有效的對沖作用。

中高會區塊鏈產業聯盟與挖時科技達成深度戰略合作:據悉，于5月9日在北京，中國高科技產業化研究會區塊鏈產業聯盟與挖時科技達成深度戰略合作。雙方就海南打造區塊鏈特色小鎮項目進行深度交流洽談。會后，挖時科技聘請聯盟秘書長張正帥擔任發展顧問；同時，聯盟聘請挖時科技作為副秘書長單位。[2018/5/10]

3.挖礦難度很容易被過度操縱。例如，在合約關閉前幾天，礦工們可以通過故意關掉設備來大大影響下一次難度調整的結果。

通過設計以下工具，CoinMetrics減少了許多此類問題的影響，這些工具可以共同構成有效的衍生產品市場算力產品的基礎。

1：CMBI比特幣算力指數

目前還沒有確切的方法來了解比特幣網絡中貢獻了多少算力。相反，隱含的算力可以通過查看礦工們最近生產區塊所需的歷史時間。

比特幣的平均區塊時間為10分鐘。每兩周，比特幣的難度會進行調整以維持10分鐘的平均區塊時間。由于求解比特幣區塊是一個隨機過程，遵循泊松分布，所以區塊之間的時間會有很大的差異。

這可能導致網絡上的算力出現波動。迄今為止，行業標準一直是使用24小時回溯來查看算力。然而，對于一個結構化的金融產品，CoinMetrics認為這太難預測且不穩定。因此，我們已經引入并將利用CMBI比特幣算力指數的48小時回溯。

尤其是在9月份的24小時內有3個區塊用了50多分鐘挖礦，導致行業標準隱含24小時算力下降超過30%。然而，這很可能只是一個隨機的低概率事件。雖然48小時的回溯期也受到了影響，但其下跌幅度小于20%。

更一般而言，在上圖中，您可以觀察到48小時回溯所產生的波動比其24小時回溯少得多。

2：觀測工作量

如上所述，考慮到傳統算力計算的短期可預測性，隨機性和可交易性問題，僅發布算力指數是不夠的。因此，我們創建了“?觀測工作量”。

區塊鏈發展過程6階段 社會認知廣度已有但深度不足:IT時代專欄發文稱，區塊鏈已成全球經濟熱點，但區塊鏈的成功應用寥寥，這個新興產業還遠未成熟。作者將區塊鏈的歷史與趨勢發展劃分為六個階段：

1.技術實驗階段（2007—2009）

2.極客小眾階段（2010-2012）

3.市場醞釀階段（2013-2015）

4.進入主流階段（2016-2018）

5.產業落地階段（約2019-2021）

6.產業成熟階段（約2022-2025）

同時作者還認為，我們當前仍處在社會認知廣度已有，深度尚不足，需要深入推進區塊鏈知識的研究和普及，為產業發展成熟奠定基礎。[2018/3/13]

傳統的鏈上工作計算是根據當前的難度，為每個區塊分配一個固定的哈希值。

為了更好地反映礦工所做的工作量和在固定時間段內進行的Hash計算量，CoinMetrics的觀測工作量的方法如下。

觀測工作量=×(生成最新的區塊所花費的時間)

通過引入隱含的算力水平和找到最新的區塊所花費的時間，與鏈上工作計算相比，這種工作量的表示方式更符合挖礦活動的實際情況。

CoinMetrics提議的觀測工作量期貨合約

從上面回憶一下，礦工知道他們的設備可以產生的算力數，但不知道其他礦工可以和未來會產生多少哈希數。根據隱含的算力，礦工了解他們目前在總算力中的份額，從而了解他們的預期收入/區塊獎勵份額。

觀測工作量是為金融服務機構打造結構化金融產品而開發的。

供市場參與者對算力進行推算。

對于礦工來說，通過對沖一段時間內觀察到的算力來有效地管理其算力風險。

比特幣的難度級別可讓您深入了解網絡在每個2,016個區塊時代的算力預期。因此，一個利用"觀測工作量?"的金融產品可以讓用戶有效地將對算力數的期望與固定時間段內算力變動的未知性進行交易。

以下是觀察工作量50分鐘合同的理論示例，假設：

1.在t=0時刻，市場期望算力是每秒100exahash

2.?比特幣白皮書中定義的每個比特幣區塊預計將花費600秒

在合約開盤時，合理的預期結算價為300,000exahashes。然而，如下文所示，盡管隱含的算力在開盤時的收盤價與開盤價持平，但隨著時間的推移，該合約將進行調整，收盤價將高于預期，為308,050exahashes。

分析整個過程：

區塊1需要600秒才能被發現，因此隱含的算力沒有變化，觀察到的60000exahashes的工作量等于預期的工作量。

區塊2在10秒內找到，由于區塊時間小于協議定義的600秒，這將增加隱含算力。在t=0時，10秒內的預期工作量是1,000個exahashes。然而，由于算力上升，觀測工作量增加到1,050。

同樣的，區塊3是一個快速區塊，因此隱含的算力上升，觀測工作量也比時間0時的預期要高。

區塊4是第一個慢塊，耗時超過600秒，因此隱含的算力降低到每秒105次的exahashes。這仍然高于我們在時間0時預期的每秒100個exahashes，這導致這個區塊的觀測工作量也比預期的高。

區塊5是另一個慢塊，導致隱含的算力為每秒100個exahashes，與算力開始時的速度相同。考慮到這一點，這個區塊的觀測工作量等于預期的工作量，產生了119,000個exahashes。

這種情況在比特幣協議中并不少見。最近的一個非常清楚地證明了這個結果的時期是今年一月中旬。可以觀察到，隱含的算力在2,016區塊周期內開盤和收盤的值大致相同。盡管如此，由于算力在大部分時間里都高于預期水平，難度還是增加了5％。如果礦工在本合約期內持有較長的算力頭寸，他們將無法從挖礦中獲得期初預期的回報，因為平均算力高于預期。此外，他們將在多頭算力期貨合約上獲利甚少，因為算力在開盤時的水平附近收盤。

但是，探索在此期間為期兩周的工作期貨合約將如何執行，從下面的情況可以看出：

礦工在整個期間內的工作總量高于預期。

如果礦工以每秒固定的哈希值為基準，那么整個期間內的收益率將低于他們的預期。

如果礦工看漲這一合約，他們將從整個期間的觀測工作量增加中獲利。

這可以在較長的合約長度上進一步建模，以提供長期風險敞口和可能需要的算力對沖。下面是2020年第一次難度調整后的3個月觀測工作合約的例子。可以直觀地觀察到，隨著更多信息的出現和合同結算日期的臨近，這樣的合同的期望將如何隨著時間的推移而變化。

結論

從上面的例子中，我們可以看到，這樣的結構化金融產品將克服前面討論過的許多阻礙算力產品成功的問題。

1.?可預測性?

在合約期間進行的工作量總是在增加，這使得它不容易受到算力因其波動模式而面臨的可預測性問題的影響。此外，雖然預期的工作量是很好理解的，但觀測工作量是高度依賴于區塊時間的隨機性加上算力的波動。在這種情況下，預期工作量和觀測工作量之間的差異比短期的算力波動更難預測。

2.?衡量合約在持續時間內的表現

算力合約可能在震蕩的頂部或底部收盤，這給交易者引入了不需要的隨機風險。此外，算力水平并不能反映出該指標在合約持續時間內的行為。觀測工作量反映了整個合約期間內的"工作"歷史，并不像算力的震蕩模式那樣受到影響。

3.?可操縱性

鑒于一些礦工擁有大量的算力，他們可能會對算力和難度產生顯著而迅速的影響。觀測工作量可以通過添加遵循隨機泊松分布的時間加權維度來提高算力產品的抗操縱性。

挖礦是比特幣的核心功能和創新之一，它讓我們所有人都能從去中心化、分布式、無主權的貨幣中受益。因此，算力是一個非常重要的鏈上指標，它為市場和網絡參與者提供了網絡強度和安全性的指標。

迄今為止，礦工的關鍵作用一直沒有被對沖，完全依賴于比特幣的價格。然而，隨著礦機市場的不斷成熟，風投支持的業務和傳統市場參與者的加入，這些公司將像對待其他傳統資產一樣，尋求機制來對沖他們的風險敞口和業務。

CMBI比特幣算力指數和觀測工作量希望共同成為金融產品的基礎，這些金融產品最終可以為市場提供有效地、高效地交易或對沖比特幣算力所需的工具。

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