Grayscale：解構(gòu)比特幣挖礦商業(yè)模式及可持續(xù)性

原標(biāo)題：《The Power of Bitcoin Mining》

作者：Zach Pandl

編譯：Luffy，F(xiàn)oresight News

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• 比特幣之所以能成為一個(gè)全球加密貨幣系統(tǒng)，得益于挖礦這一競爭性過程。挖礦機(jī)制確保了區(qū)塊鏈正常更新，并協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。如今，比特幣挖礦網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，每秒產(chǎn)生的 「哈希值」 超過 700 京（注：1 京=1 千萬億，10^18）次。

• 比特幣礦工的收入來自新發(fā)行的比特幣以及網(wǎng)絡(luò)交易費(fèi)用。他們的支出則涵蓋設(shè)備、電力及其他運(yùn)營成本。許多礦工還在資產(chǎn)負(fù)債表上持有比特幣，而且越來越多的礦工正將業(yè)務(wù)拓展至人工智能（AI）和高性能計(jì)算（HPC）服務(wù)領(lǐng)域。

• Grayscale Research 估計(jì)，比特幣挖礦占全球用電量的 0.2%；與其他行業(yè)相比，清潔能源在比特幣挖礦所消耗的電力中所占比例更高。比特幣挖礦或許有助于加速實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)，尤其是在甲烷排放等領(lǐng)域。

比特幣是一個(gè)去中心化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)著 2 萬億美元的價(jià)值。這一現(xiàn)代奇跡的實(shí)現(xiàn)全仰仗于挖礦：網(wǎng)絡(luò)參與者競爭將下一個(gè)區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈上并獲得獎(jiǎng)勵(lì)的權(quán)利。如今，比特幣挖礦的運(yùn)營規(guī)模驚人，他們將實(shí)際能源轉(zhuǎn)化為數(shù)字安全保障。用于保護(hù)比特幣區(qū)塊鏈的計(jì)算能力，就如同數(shù)字 「保險(xiǎn)庫門」，正是憑借這一機(jī)制，一個(gè)自治的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能成為一個(gè)全球數(shù)字貨幣系統(tǒng)。運(yùn)營比特幣挖礦設(shè)施所需的專業(yè)技術(shù)、資本支出和持續(xù)運(yùn)營費(fèi)用，以及該行業(yè)的高度競爭性，有助于維持比特幣網(wǎng)絡(luò)的去中心化，同時(shí)使攻擊成本高得令人望而卻步。

投資公開上市的比特幣礦企，能夠從區(qū)塊產(chǎn)出中獲取收益，并且隨著時(shí)間推移，還有望從不斷增長的網(wǎng)絡(luò)交易費(fèi)用中獲得收入增長。實(shí)際上，大多數(shù)上市的比特幣礦企都采用多樣化的商業(yè)模式，許多企業(yè)會(huì)在資產(chǎn)負(fù)債表上持有挖到的比特幣，甚至在公開市場購買比特幣。當(dāng)前，比特幣礦企也已開始涉足人工智能和高性能計(jì)算的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)多元化。

現(xiàn)代奇跡

盡管比特幣挖礦在技術(shù)層面十分復(fù)雜，但其概念卻很簡單。專用計(jì)算機(jī)相互競爭，猜測一個(gè)隨機(jī)數(shù)，最先猜出正確數(shù)字的計(jì)算機(jī)便贏得更新區(qū)塊鏈（即 「挖出區(qū)塊」）的權(quán)利。獲勝的礦工將獲得該區(qū)塊新發(fā)行的比特幣和交易費(fèi)用（即 「區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)」）。

在這場競賽中沒有捷徑可走，比如不存在能更快找到正確數(shù)字的算法，比特幣礦工只能靠蠻力競爭。這個(gè)過程可以看作是一場概率游戲。礦工不斷猜測，直到找到正確答案，就像擲一個(gè)多面骰子，直到出現(xiàn)想要的數(shù)字。因此，獲勝的概率取決于礦工每秒能做出的猜測次數(shù)（「擲骰子次數(shù)」）。擁有機(jī)器數(shù)量最多和機(jī)器效率最高的運(yùn)營者，猜測次數(shù)也最多，贏得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的機(jī)會(huì)也就最大。

從技術(shù)角度講，獲勝結(jié)果并非僅僅是隨機(jī)數(shù)，而是這個(gè)數(shù)字與其他數(shù)據(jù)結(jié)合后的 「哈希值」。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，哈希函數(shù)是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算，它將任意數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一串字符，即哈希值。例如，使用比特幣網(wǎng)絡(luò)中的哈希函數(shù)，「Bitcoin」 這個(gè)單詞的哈希值為：b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4。

因此，比特幣礦工的任務(wù)就是快速生成哈希值：猜測一個(gè)隨機(jī)數(shù)，計(jì)算其哈希值（將隨機(jī)數(shù)與其他數(shù)據(jù)結(jié)合），然后檢查是否正確。

據(jù)估計(jì)，如今約有 500 - 600 萬臺(tái)比特幣礦機(jī)以驚人的規(guī)模生成哈希值（見圖 1）。在過去 90 天里，比特幣礦工共同生成哈希值的平均速率為 765 EH/s（每秒 765 京次哈希運(yùn)算）。也就是說，比特幣礦工平均每秒猜測隨機(jī)數(shù)并計(jì)算其哈希值的次數(shù)超過 700 京次。為了讓這個(gè)數(shù)字更直觀，據(jù)估算，地球上大約有 7.5 京粒沙子和 10 京只昆蟲。

圖 1：比特幣礦工以龐大的規(guī)模生成哈希值

生成如此大量哈希值成本高昂，但這正是關(guān)鍵所在。為了競爭獎(jiǎng)勵(lì)，挖礦運(yùn)營者需要購置專門的機(jī)器和其他硬件，并支付持續(xù)的電力和維護(hù)成本。因此，通過生成正確的哈希值，礦工提供了一種 「工作量證明」，表明他們已投入經(jīng)濟(jì)資源，并且可以被信任來更新區(qū)塊鏈。

攻擊比特幣意味著要打敗現(xiàn)有的比特幣挖礦行業(yè)。理論上，如果惡意行為者控制了網(wǎng)絡(luò) 51% 的哈希率，從而能夠挖出大多數(shù)區(qū)塊，就可以擾亂網(wǎng)絡(luò)（例如，雙花比特幣或?qū)彶槟承┙灰祝?。在一篇論文中，研究人員估計(jì)，截至 2024 年 2 月，對比特幣網(wǎng)絡(luò)發(fā)動(dòng)一次持續(xù)一小時(shí)的 51% 攻擊，成本在 50 億至 200 億美元之間。實(shí)際上，沒有任何行為者有經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)投入這些資源，而且，比特幣網(wǎng)絡(luò)除了挖礦之外還有其他防御機(jī)制。

比特幣挖礦的商業(yè)模式

比特幣礦工的收入等于挖礦新獲得的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，而他們的運(yùn)營支出則來自運(yùn)行機(jī)器和生成哈希值所消耗的電力（可能還包括維護(hù)、礦池費(fèi)用等其他運(yùn)營費(fèi)用）。因此，比特幣礦工的目標(biāo)是以盡可能低的成本每秒生成最多的哈希值。

2024 年，礦工們總共獲得了約 23 萬枚比特幣，按當(dāng)時(shí)價(jià)格計(jì)算價(jià)值近 150 億美元。與 2014 年相比增長了約 19 倍，復(fù)合年化增長率為 34%（見圖 2）。每四年，新發(fā)行比特幣的速率會(huì)在一個(gè)被稱為 「比特幣減半」 的事件中下降。盡管以比特幣數(shù)量計(jì)算，發(fā)行量有所下降，但由于比特幣以美元計(jì)價(jià)的價(jià)格上漲，挖礦收入隨時(shí)間推移仍有所增加。未來，挖礦收入的增長可能來自比特幣價(jià)格上漲和網(wǎng)絡(luò)交易費(fèi)用的增長。

圖 2：比特幣挖礦收入隨時(shí)間增長

礦工們承擔(dān)的運(yùn)營費(fèi)用，主要形式是運(yùn)行機(jī)器所消耗的電力。每個(gè)運(yùn)營者都會(huì)協(xié)商自己的電力購買協(xié)議，而這些協(xié)議在世界各地差異很大。為了便于說明，我們可以通過假設(shè)一個(gè)電費(fèi)成本，并忽略其他成本，來構(gòu)建一個(gè)簡化的比特幣礦工總體經(jīng)濟(jì)狀況圖。例如，圖 3 將比特幣礦工的收入與假設(shè)電價(jià)為每千瓦時(shí) 0.05 美元時(shí)的總電力成本估算值進(jìn)行了比較。收入與電力成本之間的差額可以被視為礦工運(yùn)營利潤率的一個(gè)簡化衡量指標(biāo)。當(dāng)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的美元價(jià)值增加時(shí)，礦工受益；而當(dāng)生成哈希值的美元成本上升時(shí)，礦工則會(huì)受到損害。

圖 3：礦工運(yùn)營利潤率反映了區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)與電力成本之間的差距

鑒于全球礦工面臨的電力成本各不相同，一個(gè)更直觀的衡量指標(biāo)可能是每消耗一定電量所獲得的美元價(jià)值，例如每兆瓦時(shí)（MWh）的礦工收入。挖礦行業(yè)參與者經(jīng)常提到與之密切相關(guān)的 「哈希價(jià)格」 概念，它是通過每日礦工收入與網(wǎng)絡(luò)哈希率的比率計(jì)算得出的。盡管概念非常相似，但隨著礦工效率的提高，哈希價(jià)格往往會(huì)呈下降趨勢。因此，相對于電力消耗的礦工收入可能更準(zhǔn)確地反映礦工經(jīng)濟(jì)狀況隨時(shí)間的變化。圖 4 顯示了每日每兆瓦時(shí)的比特幣礦工收入。在過去兩年中，盡管在 2024 年減半前后波動(dòng)較大，這一估計(jì)值大致保持穩(wěn)定。

圖 4：過去兩年，每兆瓦時(shí)的礦工收入大致穩(wěn)定

投資比特幣礦企

投資公開上市礦企的股票，可以通過證券市場涉足比特幣經(jīng)濟(jì)。比特幣礦企的商業(yè)模式可能日益多樣化，但它們都涉及生成哈希值、挖掘區(qū)塊和獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的核心業(yè)務(wù)。由于電力成本、非電力運(yùn)營費(fèi)用及其他因素的差異，每個(gè)礦企獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的實(shí)際成本各不相同。2024 年第三季度，最大的幾家上市礦企生產(chǎn)比特幣的平均成本在 3.4 萬美元至 5.9 萬美元之間（見圖 5）。而該季度比特幣的平均價(jià)格為 6.1 萬美元。

圖 5：不同礦企的生產(chǎn)成本各異

比特幣礦企在資產(chǎn)負(fù)債表上持有比特幣的方式也有所不同。一些礦企會(huì)立即清算區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，一些會(huì)保留區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，還有一些甚至?xí)诠_市場購買更多比特幣。自然地，當(dāng)比特幣價(jià)格發(fā)生變化時(shí)，資產(chǎn)負(fù)債表政策的差異可能會(huì)對上市礦企的財(cái)務(wù)表現(xiàn)產(chǎn)生重大影響（見圖 6）。話雖如此，許多因素都會(huì)影響單個(gè)礦企的風(fēng)險(xiǎn)狀況，資產(chǎn)負(fù)債表上比特幣持有量相對較高的礦企，并不一定比清算區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的礦企風(fēng)險(xiǎn)更高。

圖 6：一些礦企在資產(chǎn)負(fù)債表上持有比特幣

最近，比特幣礦企開始涉足人工智能和高性能計(jì)算（HPC）服務(wù)等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的需求迅速增長。例如，高盛的研究估計(jì)，2023 年至 2030 年間，數(shù)據(jù)中心的電力需求（不包括加密貨幣相關(guān)部分）可能會(huì)增長 160%。比特幣礦企在向人工智能 / 高性能計(jì)算市場供貨方面可能具有競爭優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兡軌颢@得低成本電力及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。2024 年初，市值第三的上市礦企 Core Scientific，宣布與專門的人工智能基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商 CoreWeave 簽訂了一份長期合同。自 2024 年 6 月 Core Scientific 與 CoreWeave 的交易宣布以來，其他幾家上市礦企也已采取措施，向人工智能 / 高性能計(jì)算領(lǐng)域拓展業(yè)務(wù)。

比特幣挖礦與可持續(xù)性

比特幣挖礦消耗實(shí)際的經(jīng)濟(jì)資源 —— 電力，來創(chuàng)建去中心化的數(shù)字安全保障。比特幣作為數(shù)字貨幣系統(tǒng)的成功，意味著挖礦如今消耗了大量電力。比特幣是一種獨(dú)特的能源消耗者，它已經(jīng)使用了相當(dāng)比例的清潔能源資源。Grayscale Research 認(rèn)為，隨著時(shí)間推移，挖礦可能會(huì)對綠色能源轉(zhuǎn)型做出積極貢獻(xiàn)。

根據(jù) Coin Metrics 的數(shù)據(jù)，我們估計(jì)在過去 12 個(gè)月里，比特幣網(wǎng)絡(luò)的電力消耗速率約為 175 太瓦時(shí)（TWh，注：1TWh=1 百萬 KWh）。這與劍橋替代金融中心的估計(jì)相當(dāng)（見圖 7）。根據(jù) 2023 年（最新可得年份）的數(shù)據(jù)，比特幣的能源消耗占全球總用電量的 0.2%（已考慮輸電過程中的電力損耗）。據(jù)劍橋替代金融中心稱，數(shù)據(jù)中心每年消耗約 200 太瓦時(shí)的電力，并且預(yù)計(jì)由于人工智能模型的使用，數(shù)據(jù)中心的能源消耗可能會(huì)上升。

圖 7：比特幣挖礦消耗電力以創(chuàng)建數(shù)字安全保障

與典型的住宅或商業(yè)用戶相比，比特幣是一種獨(dú)特的能源消耗者。比特幣挖礦具有模塊化、可移動(dòng)、不受地理位置限制、可中斷且對電價(jià)變化高度敏感的特點(diǎn)。因此，礦工通?？梢栽趽碛械统杀厩鍧嵞茉促Y源的地方開展業(yè)務(wù)。據(jù)估計(jì)，比特幣挖礦行業(yè)所使用的電力中，大約 50% - 60% 來自可持續(xù)能源（包括核能）。就美國和全球范圍而言，可持續(xù)能源在發(fā)電中所占比例約為 40%。使用 2023 年的數(shù)據(jù)，并假設(shè)比特幣電力消耗中可持續(xù)能源占比為 50% - 60%，我們估計(jì)比特幣挖礦占全球與發(fā)電相關(guān)的二氧化碳排放量的 0.2% - 0.3%。

灰度研究認(rèn)為，未來幾年比特幣挖礦有助于加速可再生能源生產(chǎn)的應(yīng)用。由于其獨(dú)特的屬性，比特幣挖礦激勵(lì)對可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的投資，特別是在那些沒有輸電線路連接到主要人口中心的地區(qū)。比特幣挖礦還可以幫助穩(wěn)定電網(wǎng)需求，否則由于消費(fèi)模式和天氣原因，電網(wǎng)需求會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，就如它在德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)系統(tǒng)中所起到的作用一樣。另外，像 Sustainable Bitcoin Protocol 這樣的初創(chuàng)企業(yè)，已經(jīng)創(chuàng)建了市場機(jī)制，以激勵(lì)清潔能源的使用，并獎(jiǎng)勵(lì)減少甲烷排放。解決甲烷排放問題，可能成為比特幣礦工為實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)做出貢獻(xiàn)的一個(gè)特別重要的途徑。還有，像 Crusoe Energy 這樣的公司，已經(jīng)開發(fā)出利用多余天然氣而非將其排放的方法，它們將天然氣轉(zhuǎn)化為電力，提供給比特幣礦工。

未來幾年，技術(shù)應(yīng)用的增長將對電力產(chǎn)生巨大需求，來自數(shù)字資產(chǎn)、人工智能及其他行業(yè)皆是如此。Grayscale 認(rèn)為，比特幣有助于全球電力基礎(chǔ)設(shè)施的健康運(yùn)行，并且與許多其他行業(yè)相比，比特幣在加速向可再生能源轉(zhuǎn)型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。