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文| 小派克运营| 盖遥 编辑|郝方舟

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。

出品| Odaily星球日报

分析师 | 小派克

当人们决定要买比特币时,第一个问题是:它多少钱?在交易平台上看到价格后,第二个问题是:它的价格为什么这么高?紧接着是一连串的问题:比特币的生产成本是多少?谁在生产它?我也可以挖吗?

编辑 | 郝方舟

其实,在不同国家挖出一枚比特币需要的成本差异非常大,为此,我献上这份“全球比特币挖矿成本图”,enjoy~
这张图是怎么算出来的?

出品 | Odaily星球日报研究院

我们的基础思路是,计算出每挖出一枚比特币所需算力和每单位算力的真实耗电量。同时,上图中的数据基于以下已知条件和假设:

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%。

全网算力取 2019 年 4 月 23 日 14 点 30 分的 46.31EH/S;

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”。

比特币系统平均每十分钟出一个块;

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。

当前每个块的奖励为 12.5 BTC,手续费奖励为区块奖励的 3.27%;

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?

硬件参数取市场上主流的蚂蚁 S9i 矿机,算力 14T、功率 1320W;

目录

冷却功耗比率取 30%;

一、比特币挖矿的基本原理

各国家地区电价参考 Global Petrol Prices 数据。

二、影响比特币挖矿的三大因素

另外,图中成本专指电力成本,未加入基建、矿机等固定投入。

2.1 算力

与其去伊朗,不如在中国

2.2 算力难度

是的,你没看错,中国是挖矿成本最低的国家。但你也会发现,中国的电价是分段的。

2.3 比特币价格

在上份研报中,我们介绍,中国的电力价格比较复杂,电力资源分布不均匀,电价在
0.06 – 0.5 元间浮动,因此我们把它分成三个档位,对应的挖矿电力成本分别为
507.6 美元、1711.01 美元、4277.53 美元。

2.4 算力、算力难度、价格之间的反馈周期

另据官方数据,平均上网电价对应的挖矿成本为 4562.7 美元,比较比特币现价
5546.44 美元,说明在中国挖矿即便用 0.5 元作为电价也是盈利的。

三、比特币挖矿主要成本——电力价格

至于矿友们心心念念的“挖矿天堂”伊朗,挖矿成本还要高于中国中等电价的成本。

3.1 电力产业关系与采购渠道

另外,需要强调的是,我们经常看到的各国算力分布,并非算力的物理分布,而是算力联网
IP所在国家的数据。目前矿池主要集中在中国、捷克共和国、美国、印度、冰岛、以色列、俄罗斯。

3.2 最低电价浮动空间

通过上图可以看出,捷克共和国、美国、以色列都属于挖矿成本高地,因此只能推测运行在这几个国家的矿池服务器比较多,但在这些国家部署矿机并不划算。
矿池算力在不同国家的分布占比,来源:

四、比特币挖矿硬件基础——矿机

Bloomberg New Energy Finance. Country refers to country of ownership
中国的挖矿成本

4.1 矿工视角:矿机性价比

如果将范围缩小在中国,并设置一个平均电力价格,那么历史时间下的挖矿成本会形成一条曲线,如下图。

4.2 厂商视角:矿机的定价法则

这条曲线说明什么?

五、当前主流挖矿方式——矿池

红线与三条蓝线间的距离则代表挖矿毛利润。图中的 4 个点分别代表以下信息:

5.1 矿池的运行规则

2018 年 9
月初起,红线开始低于托管电价成本曲线,说明这个时点后,若仍使用高于 0.54
元/度的电费挖矿,将不再盈利。

5.2 挖矿收益结算模式

2018 年 11
月中起,红线开始低于最高火电裸电成本曲线,说明这个时点后,若仍使用高于
0.45 元/度的电费,挖比特币变得无利可图。

5.3 矿池的分类

2019 年 4 月初起,红线开始高于最高火电裸电成本曲线,说明这个时点后,以
0.45元/度或更低的电费挖矿,可以产生利润。

5.4 矿池算力分布

2019 年 4 月 20 日起,红线开始高于托管电价成本曲线,说明这个时点后,以
0.54 元/度的电费挖矿重新开始获利。

六、比特币产业链概览

实际上,我在月初的研报《比特币挖矿的行业拐点与背后的经济周期》中也讲过,影响比特币挖矿的关键因素是算力、算力难度和电价。其中,电价因矿场合同通常以年为单位,而波动不大,可看做常量。而算力和算力难度的大幅变动一般有两种原因:挖矿设备或方式的变革,比特币出块奖励减半。除此之外,比特币挖矿涨跌幅度不会高于价格的涨跌幅度。

七、比特币挖矿所处的阶段

因此,若比特币价格持续走高,比特币挖矿将有望重回暴利行业。

八、参考及感谢

本文首发于微信公众号:一个区块链从业者的日常。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。

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。

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