比特币采矿三体问题：十年来疯狂增长的采矿“暗林法则''是什么？

竞争的加剧将使比特币挖矿业发展成为资源密集行业，而挖矿利润的下降使挖矿业更加工业化和金融化。

作者：Leo Zhang，Anicca Research的创始人； Anicca Research是一家专注于算力和衍生产品的研究组织。作者授权连文发表该文章的中文版本。

合编：小毛

事物越透明，越神秘，宇宙本身就是透明的。只要可以看到，就可以看到尽可能远的地方，但是更加神秘。

刘次新的“三体”

比特币挖矿呈现出一种将硬件和软件，能源和金融市场结合在一起的情况。看不见的规则会影响挖矿的各个方面。每个矿工的挖矿效率取决于各种外部因素，其中大多数因素难以量化，几乎不可能总结和预测。

从宏观角度来看，我们可以确定推动整个加密挖矿业发展的三个内部主要因素：供应机制，气候周期和硬件迭代，每个因素都会影响矿工利润计算公式的不同部分：

挖矿利润

=挖矿收入挖矿成本

=（整笔奖励+手续费）*比特币价格*矿工的算力/全网算力-（电费+硬件折旧）

代币供应机制会影响区块奖励（收入）;

气候周期间接影响行业的平均电力成本（运营支出）；

硬件迭代会影响矿工的算力，效率比和硬件折旧（资本支出）。

当比特币在2012年**减半时，大多数人使用家用计算机和GPU进行挖矿，整个网络的算力去中心化在世界各地。这时，市场的主导力量还只是由比特币区块奖励减半所驱动。 。随着挖矿产出率的下降，整个网络的算力骤降，并暂时转向了利润更高的莱特币。到2016年减少一半，商用ASIC矿场机器和工业化加密矿场已经开始陆续投入使用。

在今年5月比特币第三次减半之前，加密市场的分析师对潜在结果进行了辩论。一些分析师推测，由于供需关系的影响，比特币的价格将翻倍。一些分析家推测，整个网络的算力将降低20-30％。同时，由于减半时间，气候周期向丰水期过渡的三个因素的重合以及挖矿机芯片从16 nm升级到8和7 nm的原因，这三个因素在这个减半函数中相互关联，对挖矿收益产生影响。

代币供应机制

比特币是算力的产物。挖矿业的基础是不断激励矿工投资硬件和消耗能源，以巩固比特币网络保证交易结算的能力。在缺乏活跃的区块空间市场的情况下，区块奖励是矿工的主要收入来源。多年来，由于比特币价格的上涨，挖矿收入也显着增加，这反过来又使挖矿业发展成为价值数十亿美元的产业。

与大多数有形商品不同，比特币合同明确规定了每四年减半的时间表。每天，在新的比特币代币供应中，不同比例的比特币会流回其余的比特币经济网络。由于矿工是比特币生态系统中唯一的自然供应商，也是**和最稳定的卖方群体，因此挖矿的利润率是决定比特币供应方的关键因素。

根据每区块6.25 BTC和1月至5月的价格，估计2020年6月至12月的回报，来源：blockchain.info

显然，将比特币区块奖励减半将直接降低矿工的产出率。由于功耗降低，某些较早的机器可能无法启动。在这些时期，挖矿机的销售和整合经常发生。电力资源便宜的矿工将以较低的价格批量购买一些老一代矿机，而矿机的二级市场将变得更加活跃。

矿工是比特币物理形式的双变量看涨期权。挖矿机定价的复杂性和运输的困难使二手挖矿机市场非常不透明，表现为流动性差，并且高度依赖行业人员。然而，价格发现不力有时会给一些矿工带来巨大的套利机会。例如，在2018年底，比特币的价格急剧下跌至3,000美元的水平，很大一部分算力显着下降，引发了许多讨论“比特币挖矿的死亡螺旋”的头条新闻。一些矿工借此机会发现了以****的大量蚂蚁挖矿机S9。在短短四个月内，比特币的价格进入了疯狂的牛市。这些买家不仅从他们挖出的比特币中获利，而且这些矿工的转售价也上涨了3倍。这表明，即使不可用的挖矿机硬件仍然具有选择的性质和价值。

资料来源：郭锦屏

挖矿机器的贸易和整合活动已经改变了挖矿硬件市场的结构。硬件市场结构可以告诉我们整个挖矿活动消耗多少能源。尽管许多人试图以一种更简单的方式来计算矿工的“停工价”，但每个矿工的入场时间，资本金额，成本基础和风险承受能力都是不同的。因此，整个行业的成本基础实际上是一个很大的范围，出售比特币的行为会在各种价格水平上发生。

为了评估矿工在比特币网络中出售比特币的压力，我们需要了解挖矿机的组成部分。由于行业内任何一方都无法掌握挖矿机市场及其电费的全部交易信息，因此收集这些数据非常具有挑战性。 Blockware团队最近通过对诸如不同挖矿机类和电费之类的因素进行分类来实施这项研究。在3月发布的报告中，该团队预测该网络的某些组成要素如下所示：

资料来源：了解比特币减半中矿工行为的游戏过程

在今年比特币减半之后，整个比特币网络的算力从三月份的约109 EH / s下降至约94 EH / s。假设所有关闭的硬件设备都是Antminer S9，我们可以更新上面的组成部分的图表：（新的每日运营费用和每日折旧信息）

* Antminer S9i规格（13.5TH / s，1,310W，单价21美元），antminer S17 +规格（70TH / s，2,800W，单价1,232美元）; ** S9i平均寿命超过18个月，S17 +平均年龄超过36个月

根据以上数据，我们可以计算出不同价格水平下每日矿工将比特币出售至日产量的近似值，每日矿工将比特币出售至全球的每日交易量：

由于全球交易量随价格变化而发生很大变化，因此价格范围相对狭窄。 *每区块6.25 BTC。不包括交易费。 **全球交易量为11.4亿美元，来源：Bitwise

请注意，此分析中的数据仅用于说明。以上数据基于一个非常粗略的假设：所有旧挖矿机均以蚂蚁挖矿机S9表示，而新一代挖矿机则以蚂蚁挖矿机S17表示。不用说，矿工从多个Maker那里购买机器，而来自不同Maker的同一代矿工也有不同的规格。实际上，市场的组成有很大的不同。同时，此分析基于静态时间点。挖矿机的硬件组件的组成非常不稳定。在减半后市场寻求新的平衡时，挖矿机正在积极易手。即将到来的洪水季节也对大多数矿工的电力成本产生了巨大影响。此外，随着越来越多的矿工使用抵押，期货甚至计算机市场等金融工具，比特币网络矿工的销售压力将得到部分缓解或延迟。

通过观察挖矿业各个组成部分随时间的变化，可以得出一个结论，即算力的产生是“不平等的”换句话说，由于组件的不断变化，计算了比特币的每个单位。力量是****的。

气候周期

气候周期是挖矿业在地理位置上中心化的原因之一。多年来，比特币挖矿无意中受益于西南地区大规模甚至是过度的水电投资。剩余的廉价电力，巨大的发电能力，廉价的劳动力成本以及与挖矿机Maker的紧密相连使西南地区成为比特币挖矿的理想之地。据估计，全球算力的65％以上中心化在以下省份。

从五月到十月是中国西南部充水的时期，这也是加密挖矿业的“节日”大量剩余的水电供应大大降低了矿工的运营成本。对于中小矿工，高水期可将成本降低多达40％。对于具有专用设施的大矿工，洪水季节的电费甚至可以忽略不计。在汛期，在内蒙古，新疆和其他省份，超过80％的矿工将在汛期迁移到四川，云南和贵州进行挖矿。在11月的旱季到来之后，这些矿工可能会搬回或出售挖矿机。

比特币挖矿地图，来源：剑桥新兴金融中心

加密挖矿的蓬勃发展为当地发电厂业务带来了好处。许多人已经将其设施建造或改造为算力中心，以开展挖矿机器托管业务。

资料来源：微信群

逐渐地，加密挖矿已经围绕这些气候模进行了重组。就像一些古老的仪式一样，每年的洪水季节来临之前，挖矿业都会在四川省会成都举行一次大规模的加密挖矿峰会。我们还将看到一些现象，包括：一些设施仅在洪水季节对外部客户开放；挖矿机Maker在产品运输之前计划新产品的发布；矿工竞相购买****的挖矿机。

汛期比特币算力的增长：

资料来源：coinmetrics.io

今年初，由于宏观经济的不确定性，投资者和矿工恢复了更为谨慎的投资方式。由于新皇冠疫情对供应链的影响，新矿工的生产也被暂停。比特币减半后，更多的挖矿机被关闭，使得挖矿机的托管供应量超过需求。四川和云南的许多工厂很难找到客户，这种情况继续降低了货币价格。与去年的0.24-0.26元/ kWh的电费相比，年初预计的平均成本可低至0.10-0.20元/ kWh。

电力成本的降低将部分抵消比特币区块奖励减半的影响，许多矿场必须与发电厂签署合同，承诺将电力消耗降至**。为了吸引业务，一些公司提供了“联合挖矿”计划，其中，矿工每月支付**费用，以将其部分挖矿收入分配给托管服务提供商，从而有效地将一些市场风险转移给了托管人。

但是，采取上述措施并不意味着我们可以**保证降低运营成本。尽管在洪水季节水力发电设施便宜，但这些矿场通常位于更偏远的地区，电力供应和互联网连接可能不稳定，有时甚至会有因山洪暴发而造成损失的风险。

另一个风险是地方政府的政策风险。在2018年之前，大多数当地官员都不知道什么是挖矿。加密挖矿设施通常以大数据或云计算项目数据中心的名义向政府报告。 2018年，中国互助金修复办公室将加密货币挖矿确定为“伪创新”，理由是加密挖矿非常浪费资源。监管机构要求所有地区积极指导其管辖范围内的企业有序撤出挖矿业务。确实，一些矿场在这种压力下关闭了业务。但是，在2019年下半年，国家发展和改革委员会将从“行业外”中删除“虚拟货币挖矿”值得注意的是，国家发改委负责监督能源行业。洪水季节大量浪费的水力资源是一个长期存在的问题，官员们可能开始意识到，比特币挖矿是将多余的当地资源转化为全球数字商品的有效途径。

几个月前，四川宣布宣布首批“水电消费示范企业”，其中包括多家比特币矿业公司。坏消息是，尽管有更多的加密挖矿设施开始运营，但预计今年的降雨量不会很大。在撰写本文时，随着夏季酷暑的来临，水力发电厂的电力主要用于确保四川居民的使用。

但是，四川一个名叫木里县的地区最近在5月21日发布了《关于申报虚拟货币“挖矿”活动的通知的通知》。尽管许多当地人不愿执行该命令，但这也表明风水未来能源形势的复杂性，并不是**药可以降低洪水季节矿工的电费。

在加密货币挖矿的现阶段，气候周期是一个相当独特的现象。如果将来挖矿业务转移到更多不同的位置，而不是只关注单一电源，那么气候周期因素将不再扮演如此重要的角色。

挖矿硬件的迭代

矿机Maker一直在竞争制造市场领先产品的竞争。长期以来，Bitmain生产的蚂蚁挖矿机S9曾经占领了市场。根据比特币在2018年提交的IPO文件，比特大陆生产的矿机占市场上所有ASIC矿机的约74.5％。但是在过去的两年中，Bitwei的神马矿机和Jianan Yunzhi的Aalon矿机等竞争对手正在迅速侵蚀比特币大陆的市场份额。

2017年，神马矿机售出9万台，占年底网络总算力的7.2％。 2018年末，神马矿机的新算力占年底网络总算力的9％。到今年年底，它占整个网络算力的35％。

挖矿机产品是一种商品。尽管某些因素可以帮助挖矿机Maker脱颖而出，例如客户服务，交货时间，供应链管理等，但是竞争迫使挖矿机Maker不懈地专注于两个关键指标：价格和能效比。

挖矿机的能效比通过每单位算力的功耗来衡量。指数越低，挖矿消耗的功率越少。每一代挖矿硬件都通过提高挖矿机的能效比来定义新产品。

*截至2020年5月31日; **基于6.25 BTC区块奖励，15,138,043,247,082挖矿难度，9,500 BTC价格

挖矿机的能效比的提高对收益有重大影响。使用当前的比特币难度和二手蚂蚁挖矿机S9i的平均价格（每台机器21美元，能效比97.0J / TH），我们可以计算出不同价格水平下的投资回收天数：

以下是**蚂蚁挖矿机S19 Pro的计算结果（每台机器$ 2,407，每台机器的能源效率比为29.5 J / TH）：

目前，在大多数情况下，蚂蚁挖矿机S9不能盈利，但是具有极低成本电力资源的矿工仍然可以盈利。比较上面的两个表，我们可以看到，低于$ 0.04 / KwH，使用S9挖矿的矿工的投资回收期更快。由于廉价的电源，当新一代挖矿机产品投放市场时，上一代产品可能不会立即退出市场。 Coin Metrics团队基于随机数分布总结了一段时间内蚂蚁矿工S7和S9的估计使用量。可以看到，随着S9的普及，Ant Miner S7的利用率不仅会呈现下降趋势：

来源：Coin Metrics第51期网络状态

如上文“代币供应机制”部分所述，电力资源便宜的矿工将以低价批量购买一些老一代矿工，以赚取更高的利润。这种套利机会通常在算力相对较高且比特币价格相对较低时出现。尽管算力的价值在很大程度上取决于比特币的价格，但由于硬件市场对金融市场趋势的延迟响应，算力和价格之间存在差异。制造定制芯片会产生一次性工​​程成本。矿工Maker及其供应链合作伙伴需要根据制造的芯片数量分摊一次性成本。除非挖矿机Maker是拥有大量订单的长期合作客户，否则在大多数情况下，铸造厂将要求挖矿机Maker全额支付备用晶圆的订单。

晶圆订单的生产周期通常为12到13周，这使Maker制定前瞻性业务计划更具挑战性。截至2017年底，许多Maker在牛市期间没有足够的库存向市场出售产品，因此他们错误地判断了牛市的持续时间。包括Nidia在内的Maker高估了2018年的订单，并不得不在今年下半年逐渐清理库存以弥补亏损。

资料来源：BitInfoCharts

一旦挖矿市场完成了从16nm芯片到7nm芯片挖矿机的升级，后端产品技术的竞争将长期停止。新挖矿机的平均寿命将从过去的2年延长到3-4年，而挖矿机设备的故障率将成为一个更重要的因素。实际上，故障率，价格和能效比都被认为是关键的挖矿机评估指标。

保修期内结束后，频繁发生的挖矿机故障将降低挖矿机的算力，并迅速增加维护成本。严重的故障意味着维护将损失部分收入。例如，由于散热设计上的缺陷，Antminer S17系列的损坏率高达20％-30％。失败的原因是散热器松动或移动，导致计算板短路并关闭。尽管Ant Miner S17系列基于先进的制造工艺，但修复该故障的成本却非常昂贵，但该产品并不令人满意。

更先进的挖矿机器硬件意味着更高的前期资本支出，这反过来又促使了加密挖矿的进一步工业化。不久，更多的数据中心将定义自己的基础架构，以满足其特定的挖矿需求。多余的天然气能源挖矿，浸没式液体冷却和内部监控解决方案将开始出现。

另外，我们是否应该担心“工业化”会进一步使加密货币挖矿更加中心化？

硬件制造是一种**过程，可以主动消除对基因突变的需求。在当前状态下，硬件制造受益于标准化和中心化管理。加密挖矿的工业化是不可阻挡的，去中心化挖矿**要注意下游算力的投票权，例如去中心化挖矿协议Stratum V2支持的“工作协商”模。 （Chain News注：Stratum V2是下一代挖矿池挖矿协议，它将提高挖矿数据传输的效率和安全性，并减少挖矿所需的硬件设施，它还引入了三个新的子协议，让矿工自己选择交易是通过与矿池的协商过程确定的，矿工决定将哪些交易添加到区块而不是矿池中。）

经过十年的残酷增长，加密货币挖矿正处于发展的十字路口。供应机制，气候周期和硬件迭代，这三种力量的纠缠产生了不可预测的短期变化，但从长远来看，随着比特币和加密经济的其他部分越来越深入地融合，加密挖矿将变得越来越多。竞争，并且往往是资源密集产业。过去，矿工只需要保持尽可能低的运营成本。展望未来，挖矿利润的下降将迫使矿工更加意识到现金流和风险管理的重要性，并且未来加密货币挖矿将变得更加“工业化”和“金融化”