矿业研报:比特币挖矿的行业拐点与经济周期

以比特币为例,比特币系统内部是有博弈论的。比特币的设计非常精妙,从交易到链式数据结构,从工作量证明到网络传播,再到最长链法则,再到激励,一环一环,环环相扣。但是最为精妙的不是某一个技术设计,比特币本身是一个伟大的经济系统,最为伟大的比特币系统内置的博弈论。当比特币价格处于上升通道:市场较为火爆时,预期挖币收益提高,回本周期缩短,带动矿机售价及销量走高,新增算力持续增加;直至某个节点,新增矿机预期回本周期不具备吸引力,则会有矿机退出,达到动态平衡状态。当比特币价格处于下行阶段:市场较萎靡时,预期挖币收益降低,回本周期拉长,拉低矿机售价及销量,算力增速降低,有矿工持续退出;直至某个节点,单台矿机经济效益达到上升拐点,再次吸引矿工加入,达到动态平衡状态。比特币生态内部的博弈具体到比特币生态的内部,一般有以下几个组成,小算力的普通矿工、市场行为的矿池、占据相对主导权的大算力、矿机生产商等等。小算力的普通矿工,因为算力小,没什么发言权,要么默默的挖矿,要么加入矿池,获取更为稳定的收益。大部分的矿池都是属于正常的市场行为,受人之托,忠人之事,集中算力挖矿,挖矿之后将收益分发给每一个矿工,一般不会参与“江湖纷争”,除非是比较大的自有算力。比特币系统内部的权力主要集中在大的自有算力上,他们有能力连续出很多块,有能力决定比特币的最长链,有能力可以发动51%攻击,有能力发起分叉的提议等等。矿机生产商也是算力生态的一部分,但是在现实中,它与大的自有算力所有者基本相同。比特币生态外部的博弈在前不久的ABC与BSV算力大战中,外部生态也发挥了重要的作用。比如某交易所率先支持ABC充值提现,默认ABC为真正的BCH,无论是从舆论导向,还是对两个币种的价格,以及价格背后的资金大战都有很重要的影响。还有媒体,开发者,用户等等,都能不同的角度影响算力大战的结果,大概过程是这样的:媒体影响用户,用户影响价格,价格影响成本,成本影响算力,算力影响系统稳定性,系统稳定性直接影响交易所是否上币,交易所是否上币又在某种情况下影响了市场价格,形成一个以价格为核心的博弈循环。

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比特币经历从牛市到熊市的反转,挖矿业也随之从狂热进入冰冻期。冬天会杀死一部分人,但会让活下来的更加强大。(决定比特币挖矿是否盈利的三个核心要素为币价、算力和电费。图/视觉中国)《财经》记者
吴杨盈荟/文
宋玮/编辑比特币矿业正在承受一场熊市危机。经历过2017年四季度比特币价格暴涨的疯狂,从2018年初开始比特币价格持续下跌,整个比特币矿业随之进入冰冻期。仅在2018年3月,比特币价格就从1万美元以上跌至7000美元以下。如果比特币价格跌破8600美元,大型矿场将面临亏本风险,全球知名投行摩根士丹利在2018年4月的一份研究报告中如此预测。散户矿工和大型矿场在这次熊市中受损最为严重。摩根士丹利分析师Charlie
Chan和其团队研究了各类型比特币矿工的挖矿成本,测算出了散户矿工、大型矿场和矿机生产商的盈亏平衡点。研究发现,矿机生产商比大型矿场或散户矿工更有抵挡比特币跌价的余裕,只要比特币价格维持在5000美元左右便不会赔本。而大型矿场和散户矿工的盈亏平衡点分别为8600美元和1.02万美元——3月比特币的价格已经跌穿了这两个临界值。比特币挖矿业形成了一条完整的产业链上下游,分别由矿机生产商、多级销售商、矿池和矿工构成。矿机生产商位于核心地位,其他各个环节都在围绕着矿机生产商构建商业模式。“你可以把矿机想成只能买多的A股。整个区块链行业全都围着比特币转,矿机也一样。”一名加拿大华裔矿场主告诉《财经》记者,“币价下跌,矿机当天价格也马上会跌。低位囤了矿机,币价上升机器价格上升,卖出就赚了。”决定比特币挖矿是否盈利的三个核心要素为币价、算力和电费。在比特币价格无可逆转地进入下行通道时,算力和电费成为事关矿场存亡的因素。谁能在算力和电费的竞赛中取得压倒性优势,谁就更可能在寒冬中存活,在下一个牛市到来时赚得盆满钵满。从比特币诞生的2009年到现在,全网算力整整涨了300亿倍。算力的暴涨让单台机器的挖矿收益几乎每两个月就将近减半。如何跟全网的算力进行竞争,以挖到更多的比特币是这场死亡游戏中的一个关键赛场。币价和机器价格双重下跌,电价则成为了盈亏核心因素。电价相差1毛钱到2毛钱,甚至可以直接关系矿场的存亡。“矿机不值钱,挖矿收益跌近电费成本,就会比谁的电费便宜。如果5毛多电费的人必须赔本卖机器,3毛钱的电还是可以开机。”一名矿池创始人说。除了市场波动,比特币矿业也面临着另一重寒冬。2018年1月2日,互联网金融风险专项整治工作小组下发文件,要求各地整治办综合采取电价、土地、税收和环保等措施,引导辖内企业有序退出“挖矿”产业。“这个行业赚钱的时候太赚钱了,但熊市得还回去,有公司熊市一来亏9个亿,牛市赚10个亿也只能花1个亿。”该矿池创始人对《财经》记者说。疯狂的矿机“目前整个行业除了研究技术的,都是资本市场的玩法。”比特币价格从2017年9月开始持续上涨,12月达到顶峰,短短三个月涨幅接近500%。根据CoinMarketCap的数据,一枚比特币价格从2017年9月的4000美元,11月就一度翻倍涨至8000美元,12月更是上涨到1.95万美元的超高峰值。随之而来的是矿机市场的疯狂。一名新疆矿场主告诉《财经》记者,2017年7月他用1万元的价格买了一批矿机,运作半年之后的旧机器在12月被人以近3万元的价格买走。这一次卖出矿机的利润,接近他半年挖币赚得的收益。市场最狂热的时候,矿机一天一个价格,市场里种种不理性行为接连发生。一名矿场主透露,有股东上午卖出机器,下午看到价格上涨又将机器买了回来,甚至机器都没来得及挪动,股东跟买家商量完回购后,直接将上涨差价给买家打去。全球数字货币挖矿占据主导地位的矿机为ASIC矿机,比特大陆占有70%-80%的ASIC矿机市场份额,这让它成为产业链中最有话语权的一方。比特大陆联合创始人詹克团在接受《商业周刊》采访时透露,比特大陆2017年营收约为25亿美元。一名接近比特大陆的人士告诉《财经》记者,实际营收只会更多。该人士透露,比特大陆不仅销售矿机,也有自己的矿池和矿场,但营收95%以上均来自矿机销售收入。尽管比特大陆宣称只从官方网站公开销售矿机,但由于矿机产能有限,市场供不应求,多级矿机分销商随之出现。《财经》记者向多名矿场主了解到,矿机生产厂商的定价不变,矿机价格的波动从一级经销商开始。一级矿业销售商从生产商拿到矿机,每天根据币价报价,后面的每一级经销商依次加价100元-300元。“矿机信息不透明,很多人在中间环节分一杯羹。所以实际你购买的经销商是几级也不一定。”上述加拿大华裔矿场主说。深圳华强北是矿机分销商聚集的地方之一。《财经》记者在深圳华强北赛格电子商城向多家矿机分销商了解到,前来购买矿机的客户来自全球多个国家,除中国外还包括俄罗斯、塞尔维亚等国家,这些国家电费相对便宜,比特币挖矿兴盛。这里的矿机销售商往往在深圳和香港都设有仓库,深圳面向国内客户发货,香港则面向海外客户发货。2018年初以来,比特币市场出现了大规模的持续低迷,矿机也在短短半年时间里从狂热跌入严寒。“矿工最怕在币价高的时候买矿机,买完币价跌了机器价也要跌。机器价格跳水,挖矿收益也变少了。”币印矿池联合创始人朱砝说。比特大陆在2018年1月17日宣布限量发售A3矿机。出厂价定为2.08万元,国内外各发售6000台,一小时内即全部售罄。由于供不应求,1月底深圳华强北的A3矿机的价格最高被炒到4.5万元的高价。但随着比特币价格一路下行,从1月26日开始A3矿机的价格也大幅跳水,一天就能跌去1000元-2000元。有客户在1月底以4.5万元的高价购买了A3矿机,在2月初拿到矿机。拿到矿机三天后,比特大陆官网的A3矿机价格就跌到了7000多元。深圳华强北赛格电子商城的一家矿机销售商向《财经》记者透露,他认识的同行里已经有两家因为承受不住亏损只能关门。受到比特币价格下跌影响,矿场也大规模削减工作的矿机。一名在新疆拥有5万台矿机规模的矿场主告诉《财经》记者,他正在以100台矿机下架90台的速度削减,目前已经将5万台矿机减少到1.5万台左右,且仍在继续。“这个行业又没什么对冲的工具,只能尽快卖出以控制风险。”一位矿场主告诉《财经》记者,很多矿机客户在采购时存在杠杆,有的只需预付30%就能订机器,放大了收益也放大了风险。“目前整个行业除了研究技术的,都是资本市场的玩法。”他说。也有胆大的人试图在熊市借机抄底,抱币死守。“现在我币价都不看了,就是屯机器挖币,币价什么时候到1万元(人民币)什么时候再说。”一名拥有100多台矿机的河南矿工说,他一个月能挖50个ETH币左右。目前正在计划等显卡矿机跌破2000元时,再购买100台矿机。“币价每天都在变,挖矿现在按每天算利润根本没有用。说白了就是拿钱去赌的。”
该矿工说。算力困局“矿机需求指数级增长,但产能没有指数级增加。”从2017年到2018年,比特币价格经历过两次4倍-5倍的飞跃,矿机价格也随之出现过两次跃升。但仔细研究这两个阶段,比特币对矿机价格的影响幅度却大不相同。第一次跃升,比特币价格从2017年2月的1000美元上涨到10月的5000美元,矿机价格从8000元上涨到1万元,涨幅为25%。第二次跃升,比特币价格从2017年10月的5000美元上涨到1.9万美元,矿机价格则从1万元上涨到3万元,涨幅高达200%。两次涨幅差异达到8倍之多。“两次比特币价格跌升对矿机价格影响差别很大。矿机需求指数级增长,比特币全网算力随之暴涨,但第二次产能没有跟上。”币印矿池联合创始人朱砝告诉《财经》记者。比特币是一个基于算力的竞争游戏。作为一个比特币矿工,如果你想挖到更多的比特币,意味着你的挖矿机器需要跟全网的算力进行竞争。基于区块链技术的比特币有着独特的计算规则:平均每10分钟被挖出一个区块,每个区块包含12.5枚比特币以上。为了维持出块速率,比特币会约每13天增加一次计算难度。从比特币诞生的2009年到现在,全网算力整整涨了300亿倍。全球共有200多万台矿机集合在数十家矿池,集中进行比特币挖矿。全网算力越多,单台矿机收益就越少,因为比特币产出全网是固定的。全网理论上一天能挖出144个区块,一个区块的挖矿奖金为12.5BTC,每天比特币全网挖矿总产出为1800BTC。实际上的挖矿产出会更多,约在2000BTC到2200BTC之间。你的矿机算力占全网总算力的几分之几,意味着你将在这2000多个BTC产出中分到相应比例的挖矿收益。币印矿池联合创始人朱砝指出,近一年比特币全网算力平均每12天将增长8%。2017年初全网算力为5EH/S,2018年初则翻了5倍变为25EH/S,相当于多了4倍的矿机竞争。比特大陆S9矿机的算力为13.5TH/S,如今约1000台矿机才能挖出1个比特币。不只是比特币,其他数字货币矿工也面临着算力暴涨、挖矿收益急剧下跌的困局。一名以太坊矿工告诉《财经》记者,2017年10月他的一台矿机每个月还能挖出来1个ETH。但过了两个月左右就变成只能挖0.6个ETH,到2018年3月份则只能挖到0.45个ETH了。算力的暴涨让单台机器的挖矿收益几乎每两个月就将近减半。他算了一笔账,在ETH3000元人民币的币价下,单台机器的产出平均为0.5个ETH,约为1500元人民币,每月电费需要花费800元左右,每台矿机挖矿单月利润为700元-800元。按一台机器6000元的成本算,基本要9个-10个月才能回本。而算力暴涨则让回本时间拖得更长,将超过一年。超过一年的回本时间对于矿工来说颇为危险。比特大陆的矿机平均约每1.5年推出一批新迭代产品,正常情况下,矿工会在挖矿半年时卖出手中的币和二手机器,将现金流投入购买最新型号的矿机。如果回本时间过长,这些旧矿机既无法变现,又消耗大量电费,且在算力竞争中落败挖矿收益极小,相当于“废铁”。单打独斗的时代已经过去。聪明的人们发明了“矿池”——一种可以将分散的个人算力合并联合运作的程序。当你的个人算力仅占全网算力一亿分之一时,连接到矿池后,你和其他人的算力聚集起来变成全网十分之一甚至更多,这让矿池有机会通过算力优势取得更多的挖矿收益。矿池收取3%-5%手续费后,再将收益分配给矿工。2011年5月全球第一家比特币矿池Eligius成立。2012年被称为“矿池元年”,当年所有矿池的算力已经占到了全球总算力的50%。这意味着个人使用家庭电脑挖比特币的时代结束。“有了矿池以后,单机就开始挖不到了。”币印矿池联合创始人朱砝说。矿机本质是芯片的集合,并非一台完整电脑,其系统跟路由器一样,只能执行计算操作。因此矿机挖矿时需要矿池为矿机下发任务,并在矿机完成任务后进行检验,发放收益奖励。矿池为了吸引更多的矿机加入聚集算力,会设计更为慷慨的奖励机制。一个简单的类比是,如果把挖矿抽象成掷骰子游戏,游戏规则原本应该在掷到“5”以上才有奖励,但不少矿池会设计只要掷到“3”以上就能分到小部分奖励。这让矿工更为踊跃地加入矿池,而非个人进行挖矿。“增量的算力如果矿池能抓得住,会很快崛起。”币印矿池联合创始人朱砝说。他曾经参与创办过BTC.COM。BTC.COM于2016年9月份上线,是比特大陆的内部矿池创业项目。由于把握住了2017年比特币市场的牛市红利,BTC.COM从2016年排名前十开外到2017年底成为世界第一的矿池。随着中国矿工在全球的壮大,中国的矿池亦同步崛起。考虑网络速度问题,矿工会优先选自己国家的矿池,因此矿池和矿工是一体的。据BTC.COM的实时数据显示,2018年4月全球前十大矿池中国矿池占据了八席,掌握着比特币全网算力的75%。其中比特大陆的两个矿池BTC.COM和蚂蚁矿池牢牢占据着第一、二名的位置。矿池解决了单台矿机算力不足的问题,但也引发人们的担忧——理论上只要有人能掌握全网51%的算力,就能发动“51%攻击”,控制整个比特币网络。而目前矿池排名第一的BTC.COM已经占据了全网超过30%的算力。如何制衡矿池的权力,也成为比特币矿业接下来的难题。电力博弈“矿机不值钱,就会比谁的电费便宜。”电价和机器价格是比特币挖矿的两大核心成本。在币价和机器价格双重下跌之时,电价则成为盈亏关键。电价相差1毛钱到2毛钱,甚至可以直接关系到矿场的存亡。个人矿工在挖矿时,基础设施往往不及格。一名矿工告诉《财经》记者,他在河南农村架设了100多台矿机,甚至连地线都没有接上。最开始只有20台-30台矿机时机器运行稳定,但增长到100台之后由于静电增多,不少矿机经常死机。他想出一个除静电的土办法:在院子里挖个坑,买来废弃的三角铁扔坑里,再倒上十几包盐。由于没有其他供电的方法,他挖矿只能使用市电,0.76元一度,一个月所有矿机的总电费开销就要8万多,挖矿的收益为50个ETH,按目前ETH4200元人民币计算,单月收益为21万元,扣除电费成本后利润为13万元。同时购买矿机的总成本约为100万元,意味着要近一年才能收回成本。而算力在持续衰减,他的回本时间将会拉得更长——这还不包括币价下跌的风险。“一台矿机的收益曲线是持续下降的,当收益曲线降到跟电费相等就达到关机临界点。一般矿机是半年左右卖掉,半年回本,一年半关机。只有当你的电费特别便宜,才能够一直开着矿机。”朱砝说。渴求低廉电费和专业的基础设施,比特币挖矿业从个人矿工逐渐向规模化矿场发展。“矿场有特殊条件要求:噪音高达100分贝,矿机安放在城市里不适合。同时电费不能太高,还要配备稳压器等各种设施,散户无法来干,只适合工厂来挖。”一名新疆矿场主告诉《财经》记者。矿场分为自有和托管两种模式。由于自有模式需要前期积压大量成本投入矿机,目前大部分矿场都采取托管模式——类似于房产的物业服务,矿场寻找到电费低廉的矿场场地,为客户托管矿机。挖矿收益归属客户,矿场只收取部分管理费用。尽管如此,建设一家托管矿场的前期投资也不小。据一位拥有2万台机位的贵州矿场主介绍,托管矿场的成本为1000元一个机位。如果一家1万台机位的中小型矿场,可以节约一些成本,但也需要投入七八百万元。不过,矿场托管的收益也颇为可观。一般矿场会对客户收取一个月200元左右的服务费用,1万个机位如果全部上满,大约半年左右可以回本。在比特币进入熊市时,谁的电费更加低廉还决定着矿场能否挺过寒冬。一位矿池创始人透露,目前矿业的用电分为两档:正常工业供电为0.6元-0.7元/度,但许多矿场的电力成本只有0.3元-0.4元/度。这种低成本的电力来源有很多种,一些是不正规的,比如某个环节没有交过网费,也有一些地区没有国电,自己开矿场要去跟有售电资质的单位谈,例如新疆有兵团,内蒙古有蒙西电网。“这些地方反正电也没人要,能够谈下比较好的价格。主要是火电,风电也有。”为了寻找到低廉的电力,比特币矿场军团在全国开启了一场持续数年的寻电大迁移。一名2014年开始挖矿的矿场主告诉《财经》记者,中国最早一批挖矿的人聚集在深圳,当时用的是深圳市电,价格偏高接近1元/度,不少比特币矿工都是在深圳打工的外来务工人员,家乡在河南、安徽等地。他们随后将矿机携带返回家乡开始大规模挖矿,挖矿聚集地转移到平顶山、马鞍山等地。为了降低电费,不少人挖矿时在用电上做手脚,“基本是用一半,偷一半”。其后平顶山等地开始严控偷电行为,电费失去了低价优势,矿工们又开始向有大量水电的四川转移。四川水力发电丰富,丰水期电力供大于求。一些矿场甚至能直接包下一个小型水电站供电,电费成本最低能够达到0.1元-0.2元/度。但进入秋冬季节之后,四川电力供应不稳定,矿业迁入引发电厂激烈竞争,电力价格开始上涨。矿场军团随后从四川进一步向大西北迁移,目前不少矿场转移至内蒙古、新疆,以火力和风力发电为主。同时也有一部分更有实力的矿场开始向海外迁移,电费便宜的加拿大、俄罗斯、冰岛等国都成为了中国矿场迁移的目的地。穿越熊市“在这个领域里待得足够久的人看来,这次更像是历史的重演。”2018年初的熊市让整个比特币矿业在寒冬中瑟瑟发抖。但在这个领域里待得足够久的一些人看来,这次更像是历史的重演。比特币世界里是有周期的——一部分经历过2014年比特币熊市的人倾向做出如上判断。2018年3月底,曾为中国最大比特币矿场之一的经营者赵东在区块链社群中公开分享了对比特币周期的判断。他认为2017年11月到如今比特币大涨大跌的情况,非常类似2013年比特币涨到历史高位8000元人民币之后的阶段。“比特币大概是四年一个周期,以挖矿减半为关键时间点。如果我们把2013年看作是比特币的夏天,那么2014年是秋天,2015年是冬天。我本人就曾经冻死在了2015年的冬天。”赵东说。他以此推断,2016年比特币减半开启新一轮牛市,到2017年成为比特币的大牛市,到2018年应该进入又一个“秋天”,“冬天”则会在2019年。CoinMarketCap数据显示,2014年到2015年比特币进入震荡下行的通道,价格一直在200元-300美元低位徘徊。直到2016年比特币开始进入震荡上行阶段,新一轮牛市开启。大量的矿机公司、矿工和炒币者在这一轮暴涨暴跌中血本无归。赵东亦是其中之一。他在社群分享中提到,他在2014年因加杠杆炒币爆仓和开设比特币矿场,总亏损达到近1.5亿元人民币。2015年比特币最低跌到900元人民币,赵东为了偿还开设矿场募资的债务,只能卖掉所有的挖矿设备,原价5000万元买进的矿机不到300万元悉数卖掉。最艰难的时候,他身上只有10万元,加6000万元债务。残酷的熊市,却也成为了一些人的机会。当电费成本0.5元多的矿工急于抛售矿机时,电费成本0.3元的矿工则仍未达到停机临界值,可以一直开机挖矿。有部分矿工趁机用几百元的价格低价大量抄底矿机,一直挖到2017年,在新一轮牛市中暴富。目前全球矿机市场份额第一的比特大陆,也是2014年比特币“寒冬”的幸存者。一名接近比特大陆的人士告诉《财经》记者,2013年-2014年比特币大跌,两三千元成本的矿机只能卖不到几百元,如果不卖就是废铁。市场上当时存在数十家矿机制造商,在币价大跌时多数都因资金链断裂倒闭,或者勉强撑过也不得不缩减研发成本,由于比特大陆一直强调成本控制,在这一轮熊市中脱颖而出。比特大陆在2014年相继推出了蚂蚁S3和S4等型号的矿机。S3矿机销量不错,但受到市场低迷影响,S4矿机的销售情况惨淡,公司损失不小。所幸由于成本控制较好,比特大陆在低谷期仍然能支持新一代矿机研发。2015年1月,比特大陆推出新一代蚂蚁矿机S5。在对手们大多因熊市缩减研发的情况下,蚂蚁矿机S5在市场上获得成功。比特大陆联合创始人詹克团在接受《商业周刊》采访时表示,公司会为熊市准备三年的现金流。“比特大陆靠S5矿机挺过了那一轮,熊市是帮它跑到第一的机会。挺有意思的是,比特大陆偶数型号的矿机都比较赔钱,单数都很成功。所以后来只有S7、S9、S11,没有S8。比特大陆在S4之后再也不出偶数了。”该名接近比特大陆的人士说。2018年4月以来,比特币的价格开始出现了回升的迹象,从7000美元左右上涨至9000美元以上。数字货币业界有人判断这是比特币重回牛市的征兆,也有人认为熊市将持续一年或更长时间——不同的判断,将决定他们不同的命运。无论如何,只有预见寒冬并为之早做准备的人,才更有看见下一个牛市的可能。

矿业将迎来新的转折,变为向其他领域提供基础算力的产业。

分析师 | 小派克

编辑 | 郝方舟

出品 | Odaily星球日报研究院

摘要:熊市持续压缩着加密货币市场各环节的利润空间,扮演加密货币生产者角色的矿业也不例外。以占加密货币半壁江山的比特币为例,其
2019 年 2 月的整体挖矿收入仅为 1.90 亿美元,比年初下降 10%。

即便如此,企业化运作的矿业公司仍然保持着高盈利。据 Diar
research,“大矿工”在 2018 年 10 月的利润率维持在
59%。与“大矿工”形成对比的是,“个人矿工”从 2018 年 9 月开始便“无利可挖”。

从上图,我们发现比特币挖矿的规模效应已逐渐显现:有雄厚资源的大矿工拥有更强的盈利能力,处在盈亏平衡边缘的小矿工或是撤出或是抱团。

在现象背后,比特币经济体系有自己的周期性。随大量矿工因无利可图退场,全网算力下降,计算难度减小,挖矿成本变低,盈利空间增大,继而又吸引新的算力入场……如此循环,直至挖出最后一聪比特币。
挖矿的本质是什么?产业链上各环节是如何传递价值的?它们遵循着什么样的核心逻辑?影响挖矿收益的关键因素有哪些?市场正处于哪个阶段?比特币还能挖多久?

目录

一、比特币挖矿的基本原理

二、影响比特币挖矿的三大因素

2.1 算力

2.2 算力难度

2.3 比特币价格

2.4 算力、算力难度、价格之间的反馈周期

三、比特币挖矿主要成本——电力价格

3.1 电力产业关系与采购渠道

3.2 最低电价浮动空间

四、比特币挖矿硬件基础——矿机

4.1 矿工视角:矿机性价比

4.2 厂商视角:矿机的定价法则

五、当前主流挖矿方式——矿池

5.1 矿池的运行规则

5.2 挖矿收益结算模式

5.3 矿池的分类

5.4 矿池算力分布

六、比特币产业链概览

七、比特币挖矿所处的阶段

八、参考及感谢

一、比特币挖矿的基本原理

比特币是一个点对点的电子现金系统,每笔交易记录分布存储于整个网络中,而非传统的唯一的中央数据库。

为保证所有参与节点拥有一致的交易记录,比特币系统规定竞争记账。具体规则如下:

  1. 竞争者通过 SHA-256
    运算,在一堆随机数中找到符合要求的数值。谁的算力大、运算速度快,谁就有更大概率先找出“答案”。

  2. 比特币系统平均每 10
    分钟将交易数据分组。先找到“答案”的竞争者获得记账权,同时获得比特币作为奖励。系统会根据全网算力调整挖矿难度,保证平均每
    10 分钟出一个块。

  3. 挖矿难度每 2016 个区块调整一次。区块高度为 2016
    整数倍的区块,即系统调整挖矿难度时所对应的区块。

4.
比特币挖矿的收入包括区块奖励和交易手续费。区块奖励最初为50个BTC,系统规定,每
21 万个区块,出块奖励减少一半,直到少至比特币最小单位 1 聪。因此,2012
年后区块奖励调整为 25 个 BTC,2016 年为12.5 个,下次减半将在 2020 年。

5.
交易手续费,由转账者支付给矿工,用于奖励后者提供足够的算力以保证网络系统安全。交易手续费一般在当天区块奖励的
0.5%-2% 之间浮动。由于区块奖励每 4
年减半,交易手续费将逐渐成为矿工的主要收入。比特币预计在 2140
年被全部挖出,届时挖矿收益等于交易手续费。

6.
每笔交易的手续费取决于该笔交易的大小。当网络拥堵时,更多人在同一时段提交记账需求,用户可通过提高手续费来激励矿工优先打包,以缩短交易确认时间。比如,2017
年末比特币交易量暴涨,平均手续费一度高达 40
美元/笔,矿工手续费高达当月区块奖励的 30%。

7.
交易大小同时也跟转入转出的数额大小有关,即交易数额越大,手续费/千字节越高。

二、影响比特币挖矿的三大因素

算力、算力难度和比特币价格是影响挖矿成本及收入的关键因素。关注这三个指标,并理解它们之间的关系,将有助于判断市场趋势。

2.1 算力

算力,指每秒计算哈希值的次数,用于衡量矿工的计算能力。算力越高,挖到区块的概率越大。

比较直观的是,算力的常用单位,已从最初的每秒哈希值变成 KH/s 、MH / s
、GH/s、TH/s (万亿hash)、PH/s (千万亿hash/s)、EH/s (百亿亿hash/s)。

目前,比特币的全网算力已达 47 EH/s
。这意味着对采矿硬件的算力和电力支出要求较高。比特币网络算力一旦超过 500
EH/s ,将带领硬件的处理能力迈入 zetahash 时代。

总的来说,挖矿方式和硬件设备的迭代推动了比特币网络算力增长和挖矿成本的攀升,算力增长和价格的上涨又倒逼前者不断进化。回顾历史,比特币挖矿经历了
CPU GPU FPGA ASIC 矿池的发展过程。

ASIC 矿机芯片是矿机的核心,也是整台设备的关键。ASIC 矿机芯片的出现使
ASIC
矿机开始大面积应用,除了最初的蝴蝶实验室之外,出现十几家不同的公司提供定制的
ASIC 矿机,同时出现矿机托管模式。如今全球算力的增长可以说直接归功于 ASIC
矿机的应用。

2.2 算力难度

比特币挖矿算力难度,是对挖矿困难程度的度量,挖矿难度越大,挖出区块就越困难。比特币系统通过调整区块头中的难度目标值来控制挖出区块所需平均时间。

Target 是个长度为 256 比特的字符串,换句话说 Target 约有 2^256
种可能的取值。

调整 Difficulty 就是调整 Target 在整个输出空间的占比, Difficulty
越高,Target
越小。举例说明:挖矿就如射击,所有射出去的子弹都会落在一个很大的靶子上。Target
就是这个大靶子上圈出一个范围,范围越小,被射中的难度就越高。调节
Target,就是调节这个圈在整个靶子上的占比。

另外,难度目标上调和下调的范围都有 4
倍的限制。举例说明:假设上一个难度目标调整周期内的 2016
个区块,由于算力暴涨,只用 7
天就全部挖出来了,通过难度目标调整,将难度目标缩小一倍,可以将平均出块时间维持在
10 分钟左右,但如果算力暴涨,前 2016 个区块全部挖出只用了 1
天,那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。

2.3 比特币价格

很多人将比特币比作数字黄金,除了它有限的供应量类似黄金外,其价格也同黄金一样受供需关系的影响。

我们认为,算力大小和挖矿难度决定了比特币的供应部分,而对比特币的认知、受欢迎程度、各国政策等决定了比特币的需求部分。

如果需求部分高且供应不满足,则会导致比特币价格飙升,由于比特币数量有限,因此供应量有限,在大众看好比特币的前提下,价格会持续上涨。但具体影响比特币价格的因素主要有以下几点:

社区共识

信任因素在加密货币环境中起着至关重要的作用,比特币社区开发者的共识是导致价格波动的重要影响因素。可以通过关注、研究比特币论坛来与社区的想法保持同步,这有助于了解价格走向。

技术更新

技术创新也会影响比特币的价格。比如隔离见证、闪电网络方案的推行将提高比特币系统的转账效率。

各国政策的政策

因为比特币不受任何政府的监管,因此反而成为了政府努力监管的对象。只要有关于数字货币监管的官方声明,比特币价格就会波动。例如,日本自2017年4月起,加密货币被视为合法付款,有几家商店开始接受比特币,因此引发了比特币价格上涨。

“巨鲸”活动

有时价格波动的背后是因为有资金充足的持有者,又称巨鲸。这些巨鲸规模大、数量小,他们的行动会影响比特币价格的涨跌,但可以通过跟踪他们的行动来做预防措施。

安全事件

如黑客入侵交易所会打击用户对加密货币的信心,导致价格暴跌。

舆论影响

大众传媒对加密行业的态度影响着潜在投资者和商家。比如有关比特币的炒作有可能导致价格飙升,而负面新闻则会导致价格下降。

2.4 算力、算力难度、价格之间的反馈周期

因为比特币系统的自我调节机制和市场经济规律,算力、算力难度和价格之间存在一个反馈周期。

在基础设施保持不变的前提下,比特币价格越高,挖矿的吸引力越强,全网算力增多,矿工竞争愈加激烈,挖矿难度变高,同时成本变高,挖矿变得不再有利可图,小矿工退出或被兼并。

随之全网算力下降,挖矿难度也跟着下降,此时已退出市场的矿工有抛售倾向,比特币价格随之下降。由于难度变小,挖矿利润增多,挖矿的吸引力重新变大,新矿工加入,竞争回归激烈,以此循环。

从图 9
可以看出,算力曲线和难度曲线的走势基本一致,算力越大难度越大。2018
年比特币价格下跌,但是加入挖矿的算力增多,导致难度增多。

我们可以借助“算力难度/价格”这一指标,来比较“收入因素”和“成本因素”变动的幅度,进而判断挖矿的盈利空间。

图 9 中,当 2018
年价格下降、算力和难度都增长时,“难度/价格”曲线呈上升趋势,2018 年 12
月有部分算力在高成本的逼迫下撤出,全网算力下降,挖矿难度下降,比特币价格也下降。反而使“难度/价格”曲线下降,挖矿利润增长。

长期来看,“难度/价格“曲线整体走高。但短期来看,2017
年这条线整体下降,说明 2017
年价格增长速度超过算力难度的增长速度,迎来矿工繁荣。而 2018
年走势掉头向上,算力难度增长速度远超比特币价格增长速度,迎来矿工衰退。值得注意的是,在
2018 年年初之前,这个系数总是低于 0.5。从 2018 年 9
月份开始,系数开始大于 1,直到 12
月到达顶峰,迎来矿业最糟糕的时刻,即矿难。从 2018 年 12 月到 2019
年年末,此系数下降,比特币挖矿重新变得有有利可图,矿工重新加入挖矿。

三、比特币挖矿主要成本——电力价格

比特币采矿需要输出大量的算力,而算力需要机器和电力来运维,因此我们可以把比特币看做一种由电力能源转换成的数字产品。因此,机器和电力价格实际上构成比特币开采的主要成本,当然除此之外,还有基建等固定成本。

其中基建等固定成本,分摊到每台机器上面大概每台矿机 700 元-800
元;矿机则属于一次性投入,只要找到市场上“性价比”最高矿机就行;而电力价格是最大的可变成本,也因此成为影响比特币采矿的主要因素。

根据彭博 BNEF 数据,比特币 78%
的算力来自中国,因此中国电价的浮动空间、采购渠道和相关政策是比特币矿工需要重点关注的对象。

3.1 电力产业关系与采购渠道

从生产流程角度将电力生产分为五个环节,但是从整个电力行业来说,普遍认为电力系统分为四个环节,即发、输、配、售。发电就是由发电厂发出电能,输电是长距离的输送电力,配电是直接与用户相连并向用户分配电能的环节,售电顾名思义就是你要买电我把电卖给你。

这四个环节构成了庞大的电力系统,发电环节在发电厂中完成,其余三个环节都需要依托电网,最终将电能送到用户手中。

电力采购渠道包括,发电厂、电网公司、售电公司、以及售电中介。

需要注意的是,发电场直供电交易的对象是年用电量 1000
万千瓦时的大用户和售电公司及电网。而售电公司交易的对象是一千万以下的用户和不自主选择发电企业的大用户。两者的用户不同,竞价也有根本区别。

以蚂蚁 S9j 型号的矿机粗略计算,年度用电 1000 万千瓦时需要 850
台矿机规模的矿场,因此矿场规模大于 850
台以上的矿场理论上都能从发电厂直接购电。但是直接购电竞争激烈且涉及政府关系,因此政府资源是非常重要的因素。

3.2 最低电价浮动空间

对于矿工来说,最关心的问题莫过于如何找到最便宜的电价。知道最低电价的浮动空间就可以知道挖矿利润空间。

电力价格因不同的发电模式而有很大差异,但中国电力主要是煤炭发电和水力发电,其中煤电是主要的电力输出,2018
年市场交易电量 10459 亿千瓦时,占市场总销量 76%,水电 2056
亿千瓦时,占市场总销量
15%。且水电主要在丰水期发电,输出电力小且不持续,但因为发电成本低因而更便宜。

发电产业又因涉及多个环节,因而形成不同的电价,如上网电价、输电电价、配电电价、售电电价。其中上网电价是指电网购买发电厂的电力价格;输电电价和配电电价是指运输到各大变电站的时候因为损耗而增加了单价的电价;售电电价就是指从售电公司买到的电力价格。

上网电价销售电价,所以矿工主要关注的是上网电价。

在比特币挖矿产业链中,大多数矿工会将矿机托管在大矿工那里,因此除了上网电价之外,还有托管电价。下面我们将分析上网电价和托管电价的最低电价浮动空间。

上网电价:

据公开资料,煤电的上网电价一般在每度 0.27 元-0.47
元,水电的上网电价一般在0.2 元-0.4 元。

另外,就火电而言,还有一种“坑口电”,即煤炭从矿场采出后直接投入到旁边的电场进行发电,坑口电价边际成本低,上网电价相当于水电价格。经调查,坑口电的成本电价一般在每度
0.16 元-0.18 元,上网电价在每度 0.26 元-0.28 元。

坑口电站主要分布在煤炭资源丰富的地区,如内蒙古、山西。以内蒙为例,蒙东地区在
2014 年开始组织电力直接交易,目前大用户准入条件要求电压等级在 10
千伏以上,年用电量门槛为 1
亿千瓦时,交易已相对成熟,加上政府给予补贴丰厚,可以 0.06
元的电价,且不对售电公司开放。

仍以蚂蚁 S9j 型号矿机粗略计算,9000
台矿机以上的规模才能在蒙东地区的坑口发电站旁边建厂,除此之外还需要相应的政府资源。

蒙西地区已开展电力交易近 8 年, 2017 年大用户准入条件要求用户年用电量
1000
万千瓦时以上,且均由政府出面达成用户与发电厂间撮合交易,同样未放开售电公司进入市场。仍以蚂蚁
S9j 型号矿机粗略计算,大约 850
台矿机以上规模的矿场就能在蒙西地区建厂,政府资源同样成为核心竞争力。

综合以上情况,矿场能拿到的火电最低价格浮动空间为每度 0.06 元-0.47
元。

而水电站成本电价为每度点 0.04-0.09
元,而部分国电不收的水电销售价格可低至每度 0.12
元,即水电最低价格浮动空间为 0.12-0.4
元,但需要考虑法律风险及电力稳定性。

托管电价

托管电价即矿工把矿机托管在矿场时,和矿场主签订的合同价,托管电价根据比特币价格而变动,比特币价格降低,电价升高,比特币价格升高,电价降低,但总之不会低于上网电价。当比特币价格降到边际成本,电价会涨到关机电价,目前平均在每度电
0.38 元。

实际上,每年追赶丰水期的矿工都是出于比特币挖矿成本边缘的小矿工,找到坑口电价的大矿工处于持续的盈利状态,因此电力资源是大矿工的核心竞争力。
四、比特币挖矿硬件基础——矿机

上文,我们介绍除了电力价格,比特币挖矿成本中还包含矿机投入。矿机既符合工业部件的基础逻辑,又因和加密货币市场强相关而多了金融属性,我们将以市面上主流的
ASIC 矿机为例展开介绍。

4.1 矿工视角:矿机性价比 4.2 厂商视角:矿机的定价法则

随着比特币价格上升,拉动矿机需求,上游矿机供应商在寡头垄断的情况下,对矿机有绝对的定价权,矿机价格也水涨船高。2018
年年初,蚂蚁矿机 S9 在华强北一度卖出 30000
元的期货单价。那么,矿机究竟该如何定价?

根据国盛证券研究所的模型:当期矿机价格 P =固定回本周期 D ×
当期挖矿日收益。即当期矿机价格与当期挖矿日收益呈正比关系。

根据以上公式和线性回归结果,国盛证券认为可以得出矿机供应商的定价策略:固定回本周期为
180 天左右,根据当期的挖矿收入动态地调整矿机价格。

值得注意的是,这样的定价策略基于未来的日挖矿收益维持不变的假设之上,才可以保证回本周期为
180
天。若未来币价上涨导致日挖矿收益增加,则实际回本周期变短,反之则变长。

另外,矿机实际计算静态回本周期时往往与 180 天有偏差,主要由于:

矿机价格调整相对挖矿收益和比特币价格变动较为低频,致使静态回本周期发生偏离。因此,同款矿机在一个月内可能发出三批货,所以一个月内调整三次价格。

矿机供应商在实际定价时,也会考虑到未来挖矿收益的预期变化。尤其在行情上扬的情况下,会对未来挖矿收益作乐观判断,从而提高矿机价格,导致静态回本周期变长。

矿机供应商在挖矿收益下降的情况下,不愿压缩自身利润空间。价格下调幅度小于挖矿收益下降幅度时,静态回本周期变长。

将以上观点进一步提炼,即矿机可以看作比特币价格的“看涨期权”。矿工买入矿机的时候,以确定的代价获得了未来数量相对确定的比特币,而矿工购买矿机的动力来源于其预测未来比特币价格将高于现在,相当于未来以低于市场的价格购买比特币,从而获得超额收益。

五、当前主流挖矿方式——矿池

随着算力增加,挖到比特币的概率越来越小,目前全网算力已经达到
47Eh/s,为了追求持续稳定的收益,矿池已经成为目前主流的挖矿方式。简单来说,矿池就是算力的集合,大家把算力集中到矿池,能挖到区块的概率就会大大增加,然后把收益根据每个人的算力占比去分配。矿池的核心工作是给矿工分配任务,统计工作量并分发收益。和
Solo 模式相比,矿工收益的期望值没有变,但收益更加持续稳定。

5.1 矿池的运行规则

我们将通过一些基本概念介绍矿池是如何运作的:

矿池协议:

“矿池”通过一种专有的协议,来协调成百上千个矿工。矿工在建立矿池账号后,设置他们的矿机连接到矿池服务器。矿机在线上运行挖矿时,需要保持和矿池服务器的连接,和其他矿工同步工作。常用协议包括:Stratum
GetBlockTemplate和已经过时了 GetWork。

矿池中的矿工:

按照算力贡献份额来赚取相对稳定的奖励。

矿池管理员:

收取一定比例的手续费,矿池管理员也可以作为 Solo 矿工参与算力贡献。

矿池准入条件:

矿池对所有矿工开放。矿池中的某一个矿工成功挖矿之后,出块奖励支付到矿池的固定比特币钱包地址。奖励不属于挖到矿的矿工,而属于整个矿池。

奖励分配机制:

矿池会设置一个奖励分配的“阈值”,这个阈值是针对每次计算的 TargetHash
值的难度目标,通常不到比特币网络难度的
1/1000。比如,全网的挖矿难度为开头连续 10 个 0 的 Hash
值,矿池设置的难度阈值为开头连续 7 个 0 的Hash
难度;矿池中的某一个矿工成功挖到矿后,那些成功进行 Hash
计算并且达标矿池难度阈值的矿工可以分享到奖励。

奖励的分配,并不是挖到一个矿之后,立即分配的,而是当挖矿奖励累积到矿池设定的一定量之后,进行一次奖励的分配,或者按照固定时间进行结算。

矿池的幸运值:

比特币挖矿本质上是概率性的,出块速度时快时慢,幸运值在理论值矿池爆块存在一定概率因素,爆块速度时快时慢;幸运值在理论值
100%
上下浮动,当幸运值高时,矿池的收益会增大,反之减小,但这只会影响选择
PPLNS 收益模式的用户。

5.2 挖矿收益结算模式

市场上存在多种收益结算模式,主流挖矿模式包括:

PPS、PPLNS、PPS+和SOLO 模式。 5.3 矿池的分类

市场上主要有托管矿池和 P2P 矿池,由于 P2P
矿池的效率低,所以这种模式渐渐淡出市场。

5.4 矿池算力分布

矿池算力可分为比特币大陆系和非比特大陆系,BTC.COM、AntPool、BTC.TOP、ViaBTC
均属比特大陆系,占全网算力 46%,其他非比特大陆系占 54%。

去年年初,比特大陆系的矿池占据全网算力 53%,如今已经下降到了
39%,另外,据 Dir 数据,不知名矿工正在改变矿池算力分布。2018 年 12
月,神秘矿工在挖出了比特币网络 22% 的区块,而去年年初这一比例仅为
6%,这一改变使矿池的主导地位下降。目前神秘矿工控制着 BTC22% 以上的算力。

矿池最基本的职能就是将矿工的算力聚集起来一起去挖矿,在技术上的差异很小,现阶段比拼的是算力和服务质量。比特大陆系矿池矿有着矿机价钱优惠、获取矿机的速度快等先天优势;非比特大陆系的矿池则凭借自己的口碑及差异化服务获得矿工的支持,国内以
F2Pool 为代表,国外则以 SlushPool 为代表。

六、比特币产业链概览

至此,我们已经对矿机、矿池行业有了基本的了解,下图将把矿业作为一个产业,描绘出参与方的全貌和环节之间的关系。

七、比特币挖矿所处的阶段

最后,我们要试着回答关于“终局”的问题,即比特币还能挖多久?

有人说比特币交易很像商品,这一点不完全准确。因为当商品停止生产时,商品的交易仍可以进行,但当矿工停止挖矿后,比特币会立即死亡,因为无人验证交易,比特币无法流通,而无法流通的货币是没有价值的,即“死亡螺旋”。这就是说,如果采矿利润降为零,比特币的价值也将归零。

目前,各环节都在为足够多的矿工保留利润空间,以确保比特币系统免受攻击。但当区块奖励完全转为交易手续费后,被抬高的交易手续费将阻止用户使用比特币转账,届时将交易手续费稳定在合理的平衡点将成为新的重点。矿业也会迎来新的转折变为向其他领域提供基础算力的产业,机会会倾向于有电力资源和运营实力的大型企业。

理论上讲这个转折点是 2140 年,但从比特币减半时间表可以看到,2048
年比特币出块奖励不足 0.1
BTC,少于平均交易手续费,届时要么比特币价格涨到足够支撑挖矿成本,要么有更加便宜的电力能源。否则比特币或将真的面临“死亡螺旋“。

另外,根据图 2,从去年 9 月份小矿工开始无利可挖,可以将彼时的价格 7193
美元看做边际价格,目前出块奖励 12.5 BTC,粗略估算 2048
年后若比特币价格无法涨过 125 倍即约 90
万美元,比特币挖矿将变得不再有吸引力。

八、参考和致谢

参考资料:

Bitcoin Developer Reference, Target nBits

How is difficulty calculated?

精通比特币 第 8 章 挖矿与共识

区块链入门|和比特币相关的 10 个数字

什么决定了比特币的价格

电厂、电网、电力公司、供电局、发电集团之间的关系?

发电企业上网竞价与售电企业售电价格的区别?

计算机行业:加密数字货币挖矿市场专题报告

比特币矿石行业深度报告:芯片竞赛新战场,共识缔造新载体

Decrypting Cryptocurrencies: Technology, Applications

And Challenges

比特币全网算力突破每秒 1 Petahash

特别感谢:

矿海学院COO王孝一、 Rawpool CEO David Li
、Rawpool市场总监耿磊、中国地质大学产业经济博士严丹霖、ETM公链CEO Aaron
Yuan、比特大陆产品经理杨鑫。

本文首发于微信公众号:Odaily。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

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