一文读懂数字资产挖矿产业全景

作者 | Chris McCann
来源 | 链闻ChainNews

截至 2019 年 7 月，包括挖矿奖励和交易费用在内，BTC矿工创造的年收入超过 60 亿美元。
在数字资产领域，为BTC和其他数字资产项目提供安全的挖矿机制很容易被忽视。然而，矿业其实是产生可观收入的核心市场之一。
在这篇文章中，我们将分享关于BTC和加密挖矿领域、支持挖矿的底层硬件和其生态系统景观的概述，并深入探讨这个领域的收入和市场规模。

数字资产挖矿如何运作？

工作量证明（挖矿）是将新交易添加到BTC区块链、以及如何就这些交易的正确顺序达成一致（共识）的过程。
我最喜欢的比方，是把这个过程想象为一个数独游戏。这是一个需要耗费大量脑力才能解决的难题，而它一旦解决，其他人就很容易验证你确实找到了正确的答案。
Youtube 上有一个不错的视频，可以帮大家更直观地理解区块如何创建、如何链成一体、交易如何被添加到区块链，以及挖矿在这个过程中如何发挥核心作用。（https://youtu.be/_160oMzblY8）
本质上，矿工，也就是分布在世界各地的计算机，竞相解决一个计算密集型的难题，即验证区块链中的下一个区块（还有区块内的底层交易）。第一个解决这一难题的矿工就能获得奖励（coinbase 奖励+交易费用）。一旦这个新区块被找到，网络上的所有矿工都能验证该区块是正确的，并继续投入链中下一个区块的解题。

矿工在BTC和加密生态系统中扮演的角色

世界上所有竞相解决下一个难题的计算机构成了挖矿生态系统。所有这些计算资源是为BTC提供基础的安全保障的核心要素之一。
通过这个网络，BTC参与者可以预期：

他们的交易将在BTC区块链上得到确认。
他们的交易将按照正确的顺序进行（防止双花）。
BTC区块链的历史将保持不变（不变性）。

作为回报，矿工得到的补偿是新铸造的BTC（coinbase 奖励），再加上与每笔交易相关的交易费用。如果参与者希望其交易被加入BTC区块链的时间有更强的保证，他们可以在为自己的交易设置费用时，提高愿意支付的金额。

挖矿使用的硬件

虽然在BTC网络的初期，使用消费级中央处理器 (CPU) 开采BTC是有利可图的，但在BTC网络发展到今日规模时，这么做已不切实际了。
BTC生态系统主要由应用特定集成电路 (ASIC) 主导。对于其他大多数数字资产，图形处理单元(GPU) 和现场可编程门阵列 (FPGA) 是主要的形态。此外也存在一些币，采用与BTC(SHA256)相同的哈希算法，与BTC挖矿的 ASIC 也是兼容的。

挖矿生态全景图

以下是挖矿门类全景图，从芯片到最终用户服务：

芯片制造
台积电 (TSMC) 和三星 (Samsung) 是两家核心半导体铸造厂，生产用于挖矿硬件的所有硅片。尤其是台湾，在芯片组供应链中占据主导份额。
例如：英伟达 (NVIDIA)、AMD、赛思灵 (Xilinx)、比特大陆 (Bitmain) 和嘉楠 (Cannan) 都将台积电作为其核心生产线。

封装、测试、组装
一旦晶圆片完成，你就需要测试它们，把它们切开，封装成最终的芯片，并再测试。整个过程通常由 OSAT 公司（外包组装和测试公司）处理，其中最大的两家是台湾的日月光集团 (ASE Group) 和艾克尔科技 (Amkor Technology)。

集成电路设计及制造商
设计和销售芯片的公司通常被称为无晶圆厂芯片公司，他们把制造环节留给芯片制造和 OSAT 公司。
在 GPU 方面，最大的两家制造商是英伟达和 AMD。而 FPGA 领域，最大的制造商是赛思灵。而专注于加密业的 ASIC 领域，排名前三的公司是比特大陆、嘉楠和神马矿机的生产商比特微（其另外一个名字是 Pangolin Miner）。
除了这三家制造商之外，该领域还有其他 IC 设计公司，包括：翼比特 (Ebang)、芯动科技(Innosilicon)、Bitfury、Obelisk 等。

矿工和矿场
芯片生产出来后，就可以用来为数字资产挖矿。ASIC 是专门为某一算法（最典型的是 SHA256 和BTC）的挖矿而设计的，而 GPU 则有更多的灵活性。
矿工包括：使用一台机器挖矿的人，小型挖矿作业（5-10 台机器），中型矿场（10-100 台机器），大型挖矿作业（100- 1000 台机器）到工业规模的挖矿基地（1000 +台机器）。
到目前为止，我听过的最大规模操作，是分布在多个地理位置的 10 万台机器挖矿。
除了设计芯片，一些制造商自己也挖矿，比如比特大陆、嘉楠、微比特。比特大陆每月都会公开披露他们的「自挖矿」记录。
任何规模的挖矿作业都可以指向一个矿池（稍后将详细介绍），或者如果规模足够大，它们也可以自己挖矿——聚合所有的哈希算力来直接找到区块，无需将它们的哈希率与其他矿工混合。
有争议的是，挖矿芯片制造商可能在出售自己的矿机前先用机器挖矿。不过，如果你真的拥有一款能够带来收入的设备，你就没有理由把它闲置在库房中，而是会利用它，直到你能把它卖掉。
矿池（单币种和多币种）
对于个人和非工业矿工来说，加入一个矿池比自己挖矿在经济上更合理。矿池将许多矿工的哈希算力聚合在一起，以平滑每个矿工的回报曲线。矿池负责优化所有算力、运行挖矿记录、收集和分发奖励，并为服务收取额外费用。

有一些矿池专注于特定的数字资产，比如星火矿池主要挖 ETH 和 Grin，另一些矿池则覆盖所有主流数字资产，比如蚂蚁矿池、F2Pool、币印矿池、Slushpool 等。所有这些矿池开始都是专注于一种数字资产，通常是BTC，此后才扩展到覆盖所有形式的数字资产。
我最喜欢的一个类比是，矿池的运作可以想象为办公室彩票池。通过把办公室所有同事的彩票汇到一起，所有人（矿工）就能在获得奖励方面有更好的赢面（区块奖励）。
与此同时，用了矿池，你就得相信他们的服务既报告了准确的收益，也报告了矿池中每个人拥有的准确票数。在透明度方面，有 PoolWatch 等服务商在跟踪和比较不同矿池的报告。

哈希算力市场
作为一个矿工，除了使用自己的哈希算力进行挖矿外，还可以选择将自己的算力卖给其他人。通常，这是在一个交易市场上完成的，最大的市场叫 NiceHash。有家规模较小的 P2P 市场，叫Mining Rig Rentals。
在这些市场上，人们可以在任何一组给定的挖矿算法上，为各种类型的数字资产，销售算力，也可以购买算力。
人们购买算力的原因很多，其中最主要的原因是，购买算力是从匝道进入数字资产高速路的一种方式。
很多时候，人们使用哈希算力来投机各种数字资产，例如，购买 SHA256 哈希算力，并将其用来挖 Bitcoin SV (BSV) 而非BTC。这是一种糟糕的生意……
云挖矿
云挖矿是消费者可直接购买哈希算力合约、而不需亲自操作任何硬件的服务。它类似于云挖矿服务之上的算力市场，通常由一个中央供应商来运作。
这一领域最大的两家公司是美国的 Genesis Mining 和亚洲的比特小鹿 (Bitdeer)。同样，与上面类似，用户购买哈希算力最主要的原因之一是希望快速进入数字资产领域。通过这种方法，人们可以使用法币直接购买BTC和其他数字资产，而无需通过交易所。
智能矿工
智能矿工是一个新兴的类别。其背景是，挖矿是一项复杂的工作，参与者需要了解硬件、网络、能源、哈希率预测、特定算法优化等。最关键的是，所有这些输入每天都在不断变化，新的长尾数字资产不断出现和消失。
像 Honeyminer 这样的智能矿工，其目标是优化所有这些因素，不管是消费者级别还是专业矿工都能通过他们拥有的哈希算力尽可能的多赚一点。
另两个类似的产品是哈鱼矿工 (HashFish) 和 Cudo Miner。
在很短的时间内，这些产品已经聚集了相当数量的市场供应端的哈希算力。

挖矿市场的规模和收入概况

加密挖矿行业创造的年收入超过 80 亿美元。
收入来自两部分，一是区块奖励，二是所有工作量证明型的区块链上每个区块包含的交易费用。根据 CoinMetrics 在 2019 年 6 月 25 日发布的挖矿奖励的最新数据，以下是挖矿的周、月和年营收运行率。

在数字资产挖矿领域，BTC仍占主导地位，仅BTC网络就创造了 75% 的挖矿收入。
这也与BTC的市值主导地位相匹配，根据 CoinMarketCap 的数据，截至 2019 年 7 月 1 日，BTC占所有数字资产总市值的 60%。
然而，挖矿业产生的总收入，其实是与相关数字资产的价格直接挂钩的，因此它和基础数字资产市场是相互映射的，所以华尔街也就很难理解该行业的公司的估值了。下面我们还会深入介绍这一点。

理解挖矿行业的盈利能力

挖矿业参与者的总收入、总成本和盈利性取决于几个关键因素。
资本支出 (Capex)
对矿工来说，主要的资本支出是矿机本身的成本，加上运营所需的所有设施 / 建筑物的成本。
例如，如果你想购买 1 万台比特大陆最新的 S17 机型，按零售价计算，这将花费 1,600 万美元。大型矿商可以获得特价折扣；然而，当矿机供不应求时，连供应都很难保证，更不用说价格谈判了。
这还没有考虑到兴建挖矿设施的成本，这些设施已经从业余活动发展成为真正的专业化、工业化规模的经营。
运营支出 (Opex)
对矿工来说，主要的运营支出是每天为机器供电的电费。
举例来说，如果你每周 7 天每天 24 小时运行 1 万台比特大陆 S17 矿机，如果每度电的能源成本为 5 美分，那么你每天的电费就是 3.6 万美元，每年大概是 1,300 万美元——而这仅仅是为矿机供电。
平均电费相差悬殊，取决于你在哪里、使用何种电力来源。

矿工天生就有动力去寻找世界上最便宜的能源，这就是 Coinshares 估计BTC网络 75% 的能源来自可再生能源，其中主要是水力发电的原因。
除了矿机的用电成本，其他运营成本包括：冷却、人工、维护、安全和一般设施运营。一般的经验法则是，按能源成本的 1.5 倍来粗略估计当前的运营成本。
按照我们上面的例子，一个矿场运行 1 万台比特大陆 S17 矿机，成本方面的粗略估计如下：

1,600 万美元资本支出+ 300 万美元（进口税）+ 400 万美元（设施+安全）；
2,000 万美元运营成本（每年）；
6,700 万美元可能收入（基于今天的BTC价格）。

这只是一个粗略的估算，只是为了说明矿工需要应对的因素的规模。真正的成本将高度依赖于你的地理位置和建成因素等。
然而，这些因素也总是基于市场因素而不断变化，我们往下继续讨论。

影响行业的市场因素

尽管运营成本和资本支出是矿工可以控制的两个因素，但各种市场力量终究在发挥作用，它们在很大程度上决定了挖矿的盈利可能。
矿工成本和可用供应
与许多传统产品不同，挖矿制造商（比特大陆、嘉楠、神马矿机等）将根据矿机的盈利性（BTC价格）来调整矿机的价格。
大规模拉升时期，基础数字资产和矿机本身的价值都可能剧烈波动。在疯狂时期，整个二级市场都致力于购买更多的硬件，而且旧机器都会再次变得有利可图。
一般来说，我总是希望机器的价格能够接近机器在那个时间点产生的公允价值。
除此之外，挖矿硬件往往供应受限，尤其是较新款的机器。就以比特大陆 S17 为例，这些矿机已完全售罄。
哈希算力
矿工解决下一个区块的几率，与他们的算力在整个BTC网络的算力的占比成正比（为简单起见，以BTC为例）。
举个可能有点简化的例子来说明这一点，如果你是一名矿工，控制着BTC算力的 1%（与BTC的整体算力相比），那么你有可能获得BTC网络总回报的 1%。

然而，BTC的整体哈希率总是在变化，因此每个矿工的盈利能力取决于有多少矿工进入或离开这个生态系统。BTC协议有一个关于难度级别调整的内部方法（欲知更多信息，可参考这里：https://en.bitcoin.it/wiki/Difficulty）。
BTC价格
因为区块奖励是用该区块链的数字资产支付的。例如，如果你正在挖BTC，你所获得的区块奖励将以BTC支付。所以，奖励金额直接与BTC本身的价格挂钩。
BTC价格越高，挖矿奖励的价值就越高。既然从事挖矿，你从根本上是在做多你正在开采的数字资产，因为你的盈利能力依赖于它。
BTC之所以成为占主导地位的数字资产，一个主要原因在于BTC透明、公开和公平的供应时间表。从创世区块开始，BTC就以固定的供应时间表进行固定的供应——BTC的总量上限只有 2,100 万枚。
挖矿是新BTC被创造和释放到世界的方式。今天，每个BTC区块的奖励是 12.5 个BTC；然而，这个奖励每过 21 万个区块就会减少一次。在到达#630000 区块高度（估计在 2020 年 5 月 24 日左右）时，这个奖励将下降到 6.25 个BTC——这被称为减半事件。
要了解以前的减半事件如何影响BTC和其他数字资产网络，可以参考 CoinMetrics 一篇出色的博文，它梳理了此前的减半事件。（https://coinmetrics.substack.com/p/coin-metrics-state-of-the-network-43a）
如果你想进一步了解BTC的供应时间表，以及在所有BTC都创建完之后会发生什么，可以阅读这两篇关于BTC供应和总体安全预算的帖子：
文章一：https://en.bitcoin.it/wiki/Controlled_supply文章二：https://blog.picks.co/bitcoins-security-is-fine-93391d9b61a8.
简而言之，BTC的价格和BTC的供应时间表，极大地影响了挖矿本身的盈利性。

最值得记住的信息

在深入研究数字资产的挖矿领域之后，我得出的主要结论如下：

尽管挖矿业和底层硬件经常被忽视，但它们在区块链网络中扮演着非常重要的角色。
哈希率 = 数字资产 = 金钱。对许多人来说，哈希率是进入加密世界的关键通道。
就像我们看到BTC的金融化一样，我预计我们也将看到哈希率的类似金融化。