Grayscale：解構比特幣挖礦商業模式及可持續性

原標題：《The Power of Bitcoin Mining》

作者： Zach Pandl

編譯：Luffy，Foresight News

• 比特幣之所以能成為一個全球加密貨幣系統，得益於挖礦這一競爭性過程。挖礦機制確保了區塊鏈正常更新，並協調整個網絡的經濟激勵。如今，比特幣挖礦網絡規模龐大，每秒產生的 「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行的比特幣以及網絡交易費用。他們的支出則涵蓋設備、電力及其他運營成本。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將業務拓展至人工智能（AI）和高性能計算（HPC）服務領域。

• Grayscale Research 估計，比特幣挖礦占全球用電量的 0.2%；與其他行業相比，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於加速實現環保目標，尤其是在甲烷排放等領域。

比特幣是一個去中心化的計算機網絡，存儲著 2 萬億美元的價值。這一現代奇蹟的實現全仰賴於挖礦：網絡參與者競爭將下一個區塊添加到區塊鏈上並獲得獎勵的權利。如今，比特幣挖礦的運營規模驚人，他們將實際能源轉化為數字安全保障。用於保護比特幣區塊鏈的計算能力，就如同數字 「保險庫門」，正是憑藉這一機制，一個自治的計算機網絡才能成為一個全球數字貨幣系統。運營比特幣挖礦設施所需的專業技術、資本支出和持續運營費用，以及該行業的高度競爭性，有助於維持比特幣網絡的去中心化，同時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，能夠從區塊產出中獲取收益，並且隨著時間推移，還有望從不斷增長的網絡交易費用中獲得收入增長。實際上，大多數上市的比特幣礦企都採用多樣化的商業模式，許多企業會在資產負債表上持有挖到的比特幣，甚至在公開市場購買比特幣。目前，比特幣礦企也已開始涉足人工智能和高性能計算的數據中心運營，實現業務多元化。

現代奇蹟

儘管比特幣挖礦在技術層面十分複雜，但其概念卻很簡單。專用計算機相互競爭，猜測一個隨機數，最先猜出正確數字的計算機便贏得更新區塊鏈（即 「挖出區塊」）的權利。獲勝的礦工將獲得該區塊新發行的比特幣和交易費用（即 「區塊獎勵」）。

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字的算法，比特幣礦工只能靠蠻力競爭。這個過程可以看作是一場概率遊戲。礦工不斷猜測，直到找到正確答案，就像擲一個多面骰子，直到出現想要的數字。因此，獲勝的概率取決於礦工每秒能做出的猜測次數（「擲骰子次數」）。擁有機器數量最多和機器效率最高的運營者，猜測次數也最多，贏得區塊獎勵的機會也就最大。

從技術角度講，獲勝結果並非僅僅是隨機數，而是這個數字與其他數據結合後的 「哈希值」。在計算機科學中，哈希函數是一種數學運算，它將任意數據轉換為一串字符，即哈希值。例如，使用比特幣網絡中的哈希函數，「Bitcoin」 這個單詞的哈希值為：b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4。

因此，比特幣礦工的任務就是快速生成哈希值：猜測一個隨機數，計算其哈希值（將隨機數與其他數據結合），然後檢查是否正確。

據估計，如今約有 500 - 600 萬台比特幣礦機以驚人的規模生成哈希值（見圖 1）。在過去 90 天裡，比特幣礦工共同生成哈希值的平均速率為 765 EH/s（每秒 765 京次哈希運算）。也就是說，比特幣礦工平均每秒猜測隨機數並計算其哈希值的次數超過 700 京次。為了讓這個數字更直觀，據估算，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模生成哈希值

生成如此大量哈希值成本高昂，但這正是關鍵所在。為了競爭獎勵，挖礦運營者需要購置專門的機器和其他硬件，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，礦工提供了一種 「工作量證明」，表明他們已投入經濟資源，並且可以被信任來更新區塊鏈。

攻擊比特幣意味著要打敗現有的比特幣挖礦行業。理論上，如果惡意行為者控制了網絡 51% 的哈希率，從而能夠挖出大多數區塊，就可以擾亂網絡（例如，雙花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，對比特幣網絡發動一次持續一小時的 51% 攻擊，成本在 50 億至 200 億美元之間。實際上，沒有任何行為者有經濟動機投入這些資源，而且，比特幣網絡除了挖礦之外還有其他防禦機制。

比特幣挖礦的商業模式

比特幣礦工的收入等於挖礦新獲得的區塊獎勵，而他們的運營支出則來自運行機器和生成哈希值所消耗的電力（可能還包括維護、礦池費用等其他運營費用）。因此，比特幣礦工的目標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，按當時價格計算價值近 150 億美元。與 2014 年相比增長了約 19 倍，複合年化增長率為 34%（見圖 2）。每四年，新發行比特幣的速率會在一個被稱為 「比特幣減半」 的事件中下降。儘管以比特幣數量計算，發行量有所下降，但由於比特幣以美元計價的價格上漲，挖礦收入隨時間推移仍有所增加。未來，挖礦收入的增長可能來自比特幣價格上漲和網絡交易費用的增長。

圖 2：比特幣挖礦收入隨時間增長

礦工們承擔的運營費用，主要形式是運行機器所消耗的電力。每個運營者都會協商自己的電力購買協議，而這些協議在世界各地差異很大。為了便於說明，我們可以通過假設一個電費成本，並忽略其他成本，來構建一個簡化的比特幣礦工總體經濟狀況圖。例如，圖 3 將比特幣礦工的收入與假設電價為每千瓦時 0.05 美元時的總電力成本估算值進行了比較。收入與電力成本之間的差額可以被視為礦工運營利潤率的一個簡化衡量指標。當區塊獎勵的美元價值增加時，礦工受益；而當生成哈希值的美元成本上升時，礦工則會受到損害。

圖 3：礦工運營利潤率反映了區塊獎勵與電力成本之間的差距

鑒於全球礦工面臨的電力成本各不相同，一個更直觀的衡量指標可能是每消耗一定電量所獲得的美元價值，例如每兆瓦時（MWh）的礦工收入。挖礦行業參與者經常提到與之密切相關的 「哈希價格」 概念，它是通過每日礦工收入與網絡哈希率的比率計算得出的。儘管概念非常相似，但隨著礦工效率的提高，哈希價格往往會呈下降趨勢。因此，相對於電力消耗的礦工收入可能更準確地反映礦工經濟狀況隨時間的變化。圖 4 顯示了每日每兆瓦時的比特幣礦工收入。在過去兩年中，儘管在 2024 年減半前後波動較大，這一估計值大致保持穩定。

圖 4：過去兩年，每兆瓦時的礦工收入大致穩定

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濟。比特幣礦企的商業模式可能日益多樣化，但它們都涉及生成哈希值、挖掘區塊和獲取區塊獎勵的核心業務。由於電力成本、非電力運營費用及其他因素的差異，每個礦企獲取區塊獎勵的實際成本各不相同。2024 年第三季度，最大的幾家上市礦企生產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格為 6.1 萬美元。

圖 5：不同礦企的生產成本各異

比特幣礦企在資產負債表上持有比特幣的方式也有所不同。一些礦企會立即清算區塊獎勵，一些會保留區塊獎勵，還有一些甚至會在公開市場購買更多比特幣。自然地，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企的財務表現產生重大影響（見圖 6）。話雖如此，許多因素都會影響單個礦企的風險狀況，資產負債表上比特幣持有量相對較高的礦企，並不一定比清算區塊獎勵的礦企風險更高。

圖 6：一些礦企在資產負債表上持有比特幣

最近，比特幣礦企開始涉足人工智能和高性能計算（HPC）服務等領域，這些領域對數據中心基礎設施的需求迅速增長。例如，高盛的研究估計，2023 年至 2030 年間，數據中心的電力需求（不包括加密貨幣相關部分）可能會增長 160%。比特幣礦企在向人工智能 / 高性能計算市場供貨方面可能具有競爭優勢，因為它們能夠獲得低成本電力及相關基礎設施。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設施服務提供商 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採取措施，向人工智能 / 高性能計算領域拓展業務。

比特幣挖礦與可持續性

比特幣挖礦消耗實際的經濟資源 ------ 電力，來創建去中心化的數字安全保障。比特幣作為數字貨幣系統的成功，意味著挖礦如今消耗了大量電力。比特幣是一種獨特的能源消耗者，它已經使用了相當比例的清潔能源資源。Grayscale Research 認為，隨著時間推移，挖礦可能會對綠色能源轉型做出積極貢獻。

根據 Coin Metrics 的數據，我們估計在過去 12 個月裡，比特幣網絡的電力消耗速率約為 175 太瓦時（TWh，注：1TWh=1 百萬 KWh）。這與劍橋替代金融中心的估計相當（見圖 7）。根據 2023 年（最新可得年份）的數據，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）。據劍橋替代金融中心稱，數據中心每年消耗約 200 太瓦時的電力，並且預計由於人工智能模型的使用，數據中心的能源消耗可能會上升。

圖 7：比特幣挖礦消耗電力以創建數字安全保障

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耗者。比特幣挖礦具有模塊化、可移動、不受地理位置限制、可中斷且對電價變化高度敏感的特點。因此，礦工通常可以在擁有低成本清潔能源資源的地方開展業務。據估計，比特幣挖礦行業所使用的電力中，大約 50% - 60% 來自可持續能源（包括核能）。就美國和全球範圍而言，可持續能源在發電中所占比例約為 40%。使用 2023 年的數據，並假設比特幣電力消耗中可持續能源占比為 50% - 60%，我們估計比特幣挖礦占全球與發電相關的二氧化碳排放量的 0.2% - 0.3%。

灰度研究認為，未來幾年比特幣挖礦有助於加速可再生能源生產的應用。由於其獨特的屬性，比特幣挖礦激勵對可再生能源基礎設施開發的投資，特別是在那些沒有輸電線路連接到主要人口中心的地區。比特幣挖礦還可以幫助穩定電網需求，否則由於消費模式和天氣原因，電網需求會出現波動，就如它在德克薩斯州電力可靠性委員會系統中所起到的作用一樣。另外，像 Sustainable Bitcoin Protocol 這樣的初創企業，已經創建了市場機制，以激勵清潔能源的使用，並獎勵減少甲烷排放。解決甲烷排放問題，可能成為比特幣礦工為實現環保目標做出貢獻的一個特別重要的途徑。還有，像 Crusoe Energy 這樣的公司，已經開發出利用多餘天然氣而非將其排放的方法，它們將天然氣轉化為電力，提供給比特幣礦工。

未來幾年，技術應用的增長將對電力產生巨大需求，來自數字資產、人工智能及其他行業皆是如此。Grayscale 認為，比特幣有助於全球電力基礎設施的健康運行，並且與許多其他行業相比，比特幣在加速向可再生能源轉型方面具有獨特的優勢。