jakiro
來源：Grayscale；編譯：五銖，比特鏈視界
摘要
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比特幣之所以能夠充當全球數字貨幣系統，是因為比特幣挖礦：用於更新區塊鏈並協調整個網絡的經濟激勵的競爭過程。如今，比特幣挖礦網絡的規模非常龐大，每秒產生「哈希」的速度超過 700 萬億。[1]
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比特幣礦工通過發行新比特幣和網絡交易費獲得收入。他們還需要承擔資本設備、電力和其他運營成本的費用。許多礦工還在資產負債表上持有比特幣，而且越來越多的礦工正在向人工智慧 (AI) 和高性能計算 (HPC) 服務領域多元化發展。
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Grayscale Research 估計，比特幣挖礦僅佔全球電力使用量的 0.2%；清潔能源在比特幣挖礦所消耗的電力中所佔的份額也可能高於其他行業。比特幣挖礦可能有助於加速實現環境目標，特別是在甲烷排放等領域。
比特幣是一個去中心化、開放的計算機網絡，價值 2 萬億美元。[2] 這一現代奇蹟之所以成為可能，是因為比特幣挖礦：網絡參與者競爭將下一個區塊添加到區塊鏈並獲得獎勵的權利。如今，比特幣礦工的運營規模令人難以置信，將真實資源轉化為數字安全。用於保護比特幣區塊鏈的計算能力是其數字「保險庫門」：自主計算機網絡可用作全球數字貨幣系統的機制。運營比特幣挖礦設施所需的技術專長、資本支出和持續運營費用，以及業務的高度競爭性，有助於保持比特幣網絡的去中心化和攻擊成本。
投資公開交易的比特幣礦工可以獲得區塊生產的收入，以及隨著時間的推移網絡交易費上漲帶來的潛在收入增長。實際上，大多數上市的比特幣礦工都遵循不同的商業模式，許多礦工將開採的比特幣保留在資產負債表上，甚至在公開市場上購買比特幣。比特幣礦工也開始多元化發展，運營用於人工智慧和高性能計算（HPC）的數據中心。
現代奇蹟
儘管技術上很複雜，但比特幣挖礦的過程在概念上很簡單。專用計算機競相猜測一個隨機數，最先猜出正確數字的機器將獲得更新區塊鏈的權利（「挖礦區塊」）。獲勝的礦工將獲得新發行的比特幣和交易費（「區塊獎勵」）。[3]
這場競賽沒有捷徑可走——例如，沒有任何算法可以幫助更快地找到正確的數字——比特幣礦工靠蠻力競爭。這個過程可以看作是一個機會遊戲。礦工們不斷猜測，直到找到正確的解決方案——就像擲一個多面骰子，直到出現所需的數字。因此，獲勝的概率是礦工每秒可以進行的猜測次數（「擲骰子」）的函數。擁有最多機器和/或最高效機器的操作員將做出最多的猜測，並最有可能獲得區塊獎勵。
從技術角度來說，獲勝結果不僅僅是隨機數，而是該數字與其他數據相結合的「哈希值」。在計算機科學中，哈希函數是一種數學運算，可將任意數據轉換為一串字母和/或數字，稱為哈希值。例如，使用比特幣網絡中的相同哈希函數，「比特幣」一詞的哈希值為：
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因此，比特幣礦工的目的是快速生成哈希值：猜測一個隨機數，計算其哈希值（將隨機數與其他數據相結合），然後檢查它是否正確。
如今，估計有 500 萬到 600 萬臺比特幣挖礦機[4] 以驚人的規模生成哈希值（圖 1）。在過去 90 天裡，比特幣礦工們總共以平均每秒 765 艾哈希 (EH/s) 的速度產生了哈希值。[5] 艾哈希等於一千萬億 (10^18) 個哈希值。因此，簡單地說，比特幣礦工平均每秒猜測一個隨機數並計算其哈希值超過 700 千萬億次。為了將這個數字放在上下文中，估計地球上大約有 7.5 千萬億顆沙粒和 10 千萬億隻活著的昆蟲。[6]
圖 1：比特幣礦工大規模生產哈希值
生成所有這些哈希值的成本很高——這就是重點所在。為了爭奪獎勵，挖礦運營商需要購買專用機器和其他硬體，並支付持續的電力和維護成本。因此，通過生成正確的哈希值，礦工提供了「工作量證明」：證明他們已經花費了經濟資源並且可以信任他們更新區塊鏈。
攻擊比特幣意味著破壞現有的比特幣挖礦行業。 從理論上講，如果惡意行為者控制了 51% 的網絡哈希率，從而可以挖掘大多數區塊，他們就可以破壞網絡（例如，雙重支付比特幣或審查某些交易）。在一篇論文中，研究人員估計，截至 2024 年 2 月，對比特幣網絡進行一小時 51% 攻擊的成本將達到 50 億至 200 億美元（取決於攻擊者如何獲取挖礦機）。[7] 實際上，沒有任何行為者有經濟動機去花費這些資源，而且無論如何，除了挖礦之外，網絡還有其他防禦機制。[8]
比特幣挖礦業務
比特幣礦工的收入等於挖出新區塊的獎勵，並且他們還需要支付運行機器和產生哈希值的電力費用（以及可能的其他運營費用，如維護、礦池費用等）。因此，比特幣礦工的目標是以儘可能低的成本每秒產生最多的哈希值。
2024 年，礦工們總共賺了約 230,000 比特幣，價值近 150 億美元（按同期價格計算）。[9] 這比 2014 年增長了約 19 倍，年複合增長率為 34%（圖表 2）。 新發行的比特幣的速度每四年就會下降一次，這一事件被稱為比特幣減半。儘管以比特幣計算的發行量有所下降，但由於以美元計算的比特幣價格升值，挖礦收入隨著時間的推移而增加。未來，採礦收入的增長可能來自比特幣價格上漲和/或網絡交易費用的增長。
圖 2：比特幣挖礦收入隨時間增長
礦工會產生運營費用，主要以運行機器所需的電力形式產生。[10] 每個運營商都會協商自己的購電協議，而這些協議在世界各地會有很大差異。為了進行啟發式分析，我們可以通過使用假設的電力成本並忽略其他成本來創建比特幣礦工總體經濟狀況的簡化圖景。例如，圖表 3 將比特幣礦工的收入與假設電價為每千瓦時 (kWh) 0.05 美元的總電力成本估計值進行了比較。收入和電力成本之間的差額可以被視為礦工營業利潤率的簡化衡量標準。當區塊獎勵的美元價值增加時，礦工會受益，而當生產哈希值的美元價格增加時，礦工會受損。
圖 3：礦工營業利潤率反映了區塊獎勵和電力成本之間的差價
鑑於全球礦工面臨的電力成本差異，更直觀的衡量標準可能是給定電力消耗所獲得的美元價值——例如礦工每兆瓦時 (MWh) 的收入。挖礦行業參與者經常提到密切相關的概念「哈希價格」，其計算方式為每日礦工收入與網絡哈希率之比。儘管概念非常相似，但隨著礦工效率的提高，哈希價格將趨於下降。因此， 礦工收入相對於電力消耗的比例可能更準確地反映礦工經濟隨時間的變化。 圖 4 顯示了比特幣礦工每兆瓦時的每日收入。這一估計值在過去兩年中基本保持穩定，儘管在 2024 年減半前後出現了顯著波動。
圖 4：過去兩年礦工每兆瓦時收入基本保持穩定
投資比特幣礦工
投資公開交易的礦工的股票可以通過股票市場工具接觸比特幣經濟。比特幣礦工的商業模式可能越來越多樣化，但所有礦工都參與生產哈希值、挖掘區塊和賺取區塊獎勵的核心業務。由於電力成本、非電力運營費用和其他因素的差異[11]，每個礦工以不同的有效價格獲得區塊獎勵。在 2024 年第三季度，最大的公開交易礦工生產比特幣的平均成本為 3.4 萬美元至 5.9 萬美元（圖表 5）。相比之下，本季度比特幣的平均價格為 6.1 萬美元。
圖 5：不同礦工的生產成本存在差異
比特幣礦工在資產負債表上持有比特幣的方式各不相同。一些礦工立即清算區塊獎勵，一些礦工保留區塊獎勵，一些礦工甚至在公開市場上購買額外的比特幣。當然， 當比特幣價格發生變化時，資產負債表政策的差異可能會對上市礦工的相對財務表現產生重大影響 （圖 6）。話雖如此， 許多因素都會影響個體礦工的風險狀況，那些擁有相對較高的比特幣資產負債表持有量的礦工並不一定比那些清算區塊獎勵的礦工風險更大。
圖 6：一些礦工在資產負債表上持有比特幣
最近，比特幣礦工開始向其他人工智慧和高性能計算 (HPC) 服務領域進軍，這些服務對數據中心基礎設施的需求迅速增長。例如，高盛的研究[12]估計，數據中心的電力需求（不包括加密貨幣）在 2023 年至 2030 年間可能會增長 160%。比特幣礦工在供應人工智慧/高性能計算市場方面可能具有競爭優勢，因為他們已經獲得了低成本電力和相關基礎設施的使用權。2024 年初，按市值計算的第三大上市礦工 Core Scientific 宣布與專門的人工智慧基礎設施服務提供商 CoreWeave 籤訂長期合同。[13]自 2024 年 6 月宣布 Core Scientific/CoreWeave 交易以來，其他幾家上市礦工已採取措施向人工智慧/高性能計算領域進軍。
比特幣挖礦和可持續性
比特幣挖礦消耗實際經濟資源——電力——來創建去中心化的數字安全。 比特幣作為數字貨幣系統的成功意味著挖礦現在消耗了大量的電力。比特幣是一種獨特的能源消耗者，已經使用了相當一部分清潔能源資源，Grayscale Research 認為它可以隨著時間的推移為綠色能源轉型做出積極貢獻。
使用 Coin Metrics 的 MINE-MATCH 算法的數據，我們估計比特幣網絡在過去 12 個月內以約 175 太瓦時 (TWh) 的速度消耗電力。[14] 這與劍橋替代金融中心的估計值相當（圖 7）。根據 2023 年（最新可用年份）的數據，比特幣的能源消耗佔全球總用電量的 0.2%（考慮到傳輸過程中的電力損失）。[15]根據劍橋替代金融中心的數據，數據中心每年消耗約 200 TWh 的電力，預測表明，由於使用 AI 模型，數據中心的能源消耗可能會上升。[16]
圖 7：比特幣挖礦消耗電力來創造數字安全
與典型的住宅或商業用戶相比，比特幣是一種獨特的能源消費者。比特幣挖礦具有模塊化和便攜性、位置無關、可中斷且對電價變化高度敏感等特點。因此，礦工通常可以在清潔能源資源成本低廉的地方開展業務。據估計，比特幣挖礦行業使用的電力中約有 50%-60% 來自可持續能源（包括核能）。[17] 對於美國和整個世界而言，可持續發電份額約為 40%。[18] 使用 2023 年（最新可用年份）的數據，並假設比特幣電力消耗的可持續份額為 50%-60%，我們估計比特幣挖礦佔全球與發電相關的二氧化碳排放量的 0.2%-0.3%。[19]
Grayscale Research 認為， 比特幣挖礦有助於在未來幾年加速可再生能源生產的採用。 由於其獨特的屬性，比特幣挖礦激勵了對可再生能源基礎設施開發的投資，特別是在沒有傳輸到主要熱門中心的地方。 比特幣挖礦還可以幫助穩定電網需求 ——否則電網需求會因消費模式和天氣而波動——就像德克薩斯州電力可靠性委員會 (ERCOT) 系統所做的那樣。[20] 另外，像可持續比特幣協議這樣的初創公司已經創建了基於市場的機制，以激勵清潔能源的使用並獎勵減少甲烷排放的努力。解決甲烷排放問題可能成為比特幣礦工為環境目標做出貢獻的一個特別重要的方式。甲烷是由燃燒的氣體或燃燒石油生產產生的天然氣而釋放出來的。像 Crusoe Energy 這樣的公司已經開發出捕獲過量天然氣而不是將其釋放的方法，然後將其轉化為電能並為比特幣礦工供電。
技術使用的增長將在未來幾年產生對電力生產的巨大需求——來自數字資產、人工智慧和其他行業。 Grayscale 認為， 比特幣有助於全球電力基礎設施的健康運轉，與許多其他行業相比，比特幣具有獨特的優勢，可以幫助加速向可再生能源的過渡。
注釋
[1] 來源：Coin Metrics。數據截至 2025 年 1 月 31 日。
[2] 來源：Coin Metrics。數據截至 2025 年 1 月 31 日。
[3] 這個數字被稱為「nonce」（只使用一次的數字），並不是純隨機的。例如，請參閱「比特幣 Nonce 模式之謎」，BitMEX Research，2019 年。
[4] 來源：Grayscale Research 根據報告的網絡哈希率和對礦工平均生產力的估計進行計算。對於後者，我們使用 125 TH/s 的中心估計值，該估計值基於 Coin Metrics 的 MINE-MATCH 數據以及對不同哈希價格和電力價格組合下單個採礦機盈利能力的分析。
[5] 來源：Coin Metrics。數據截至 2025 年 1 月 31 日。
[6] 來源：「地球上的沙粒數量和天空中的星星數量哪個更大？」，NPR，2012 年 9 月；「昆蟲數量（物種和個體）」，史密森尼學會。
[7] Nuzzi、Waters 和 Andrade，「打破 BFT：量化攻擊比特幣和以太坊的成本。」2024 年 2 月 15 日。
[8] 例如，請參閱「分析比特幣共識：協議升級的風險」，Ren Crypto Fish、Steve Lee 和 Lyn Alden，2024 年 11 月。
[9] 來源：Coin Metrics。
[10] 在任何給定時間都有許多不同類型的採礦機在運行。數據提供商 Coin Metrics 已經開發出識別積極為網絡貢獻哈希率的機器類型的技術。我們使用這些數據來估算電力消耗和網絡上活躍機器的數量。
[11] 例如，礦工可能會產生其他成本，例如礦池費用，並且收入可能因特定區塊的費用收入而有所不同。
[12] 來源：「代際增長——人工智慧/數據中心的全球電力激增及其對可持續性的影響」，高盛，2024 年 4 月 30 日。
[13] 來源：「Core Scientific 與人工智慧公司籤署 12 年協議，預計總收入為 35 億美元」，The Block，2024 年 6 月 4 日。
[14] 在截至 2025 年 1 月 31 日的 365 天內，該方法意味著年化電力消耗為 177.8 TWh；這應該被視為具有很大不確定性的估計值。
[15] 來源：基於能源研究所世界能源統計評論和劍橋替代金融中心的數據進行灰度計算。
[16] 資料來源：劍橋替代金融中心；「人工智慧和加密貨幣的碳排放量激增，稅收政策可以提供幫助」，Shafik Hebous 和 Nate Vernon-Lin，IMF 博客，2024 年 8 月 15 日。
[17] 資料來源：例如，請參閱 Daniel Batten 的《比特幣能源與排放可持續性追蹤》和「比特幣挖礦委員會調查證實可持續電力和技術效率逐年提高」，比特幣挖礦委員會，2023 年 8 月。
[18] 資料來源：基於能源研究所世界能源統計評論數據的灰度計算。
[19] 資料來源：基於能源研究所世界能源統計評論數據的灰度計算。
[20] 資料來源：美國能源信息署。
