什麼是比特幣挖礦？ 它是如何工作的以及如何讓它付出代價

儘管加密貨幣的價格劇烈波動且環境問題日益嚴重，但北美的比特幣開採正在蓬勃發展。 尤其是德克薩斯州，自中國於 2021 年禁止該行業以來，已開始成為震中，引發了該國的礦工外流。 據報導，該禁令將中國對比特幣採礦業的控制從 2021 年 4 月全球行業的三分之二減少到 2021 年 7 月的零，為北美公司，特別是能源行業的公司創造了一個新的機會，讓他們更加熟悉使用比特幣挖礦並將其納入他們的商業模式。

對於那些不熟悉比特幣內部運作的人來說，“挖礦”是區塊鏈驗證交易的方式。 它本質上是一場向加密貨幣不斷擴展的區塊鍊網絡添加區塊或記錄的加密競爭。 作為這項服務的交換，獲勝的礦工將獲得比特幣 (BTC) 的報酬，比特幣在 2021 年 11 月達到了超過 68,000 美元的創紀錄價格。

在中國禁令之後，總部位於北美的公司，包括 Riot Blockchain 和 Marathon Digital Holdings，正在籌集創紀錄的資金，以提高產量並擴大其工業規模運營。 與此同時，中國公司加入了所謂的北美礦業大遷移，投資美國設施並建造自己的大型倉庫，配備數千台專門用於開採多種加密貨幣的小型計算機，其中最受歡迎的是比特幣。

我從為探索這一蓬勃發展業務的加拿大客戶進行可行性研究的經驗中學到的是，新進入者，特別是能源公司，也正在通過合資企業和其他合作夥伴關係以實質性的方式進入該行業。 電力成本是加密貨幣挖礦中最重要的因素之一。 這意味著能夠獲得可靠、低成本電力（尤其是可再生能源）的公司有機會在北美行業發展過程中發揮核心作用。

在本文中，我將深入了解比特幣挖礦的基本原理，並展示如何計算成本和回報，這可能是巨大的。 我還解決了該行業的挑戰，包括有關能源使用和風險的問題，例如不斷發展的加密監管環境。

比特幣正在蓬勃發展

自 2009 年推出以來，比特幣已經激發了數千種加密貨幣的靈感，但就價值而言，它仍然是獨一無二的。 儘管其價格波動很大，但其貨幣政策通過在預定的時間表內將開採限制為 2100 萬比特幣來建立穩定性。 儘管現在有近 1900 萬比特幣在流通，但挖礦獎勵會定期減半，因此要到 2140 年才能耗盡比特幣的產量。

雖然其他加密網絡也管理供應，但沒有一個能夠複製比特幣的受歡迎程度。 隨著投資者接受這一資產類別，比特幣的期貨和交易所交易基金成為第一個被引入受監管的美國和歐洲市場的基金。 它很快出現在特斯拉和積壓庫存等公司的資產負債表上。 這種需求幫助比特幣的市值在 2021 年 11 月突破了 1 萬億美元。相比之下，第二受歡迎的加密貨幣以太坊僅達到該價值的一半左右。

比特幣還因其催生的工業規模採礦業務或農場而脫穎而出。 擁有最先進技術的最大加密設施主要或完全專注於比特幣，例如 Genesis Mining 農場，它消耗的電力比冰島任何其他公司都多。 北美最大的農場之一是 Riot Blockchain 的德克薩斯工廠，它在 100 英畝的土地上佔據了三個大型倉庫，其中包含 60,000 台僅專注於比特幣的採礦計算機。

比特幣挖礦基礎

每種加密貨幣的根基都是區塊鏈，它本質上是一個電子分類賬，用於維持不斷增長的記錄列表。 鏈中的區塊基本上是記錄比特幣交易等數據的文件，包括哪個礦工成功創建了該特定區塊。 每個塊還包括一個哈希，一個唯一的 64 位十六進制值標識它及其內容，以及鏈中前一個塊的哈希。

為了在大多數加密貨幣（包括比特幣）中贏得一個區塊，礦工必須第一個猜出等於或低於比特幣為交易生成的哈希值。 隨著更多礦工的競爭和更多的計算能力的部署，每個礦工首先進入的機會都會降低——目前的機率是幾十萬億分之一——這有助於確保創建新區塊的速度目前約為每 10 分鐘一個。

礦工之間的這種競爭還通過允許交易和數據以所謂的去信任方式流動來共同保護區塊鏈，這意味著不需要像銀行這樣的中介來確保比特幣不會被重複使用。 相反，解決正確哈希的困難和成功的經濟獎勵創造了一種安全的共識機制，使惡意用戶無法破解成本效益太低。

比特幣使用的共識機制被稱為工作量證明或 PoW。 由於該算法最終依賴於數千台計算機的集體力量，因此它是維護安全和去中心化網絡的一種特別穩健的方式。 不過，它也有缺點。 最重要的是，它非常耗能。 隨著越來越多的計算機能力用於採礦，賺取加密貨幣和維護網絡所需的電量也會增加。

其他一些加密貨幣，如以太坊，已經或計劃切換到稱為權益證明或 PoS 的不同算法。 PoS 不需要同樣廣泛的、分散的礦工網絡來支持其運營，因此能源密集度要低得多。 雖然它不那麼安全，但其較少的能源需求可能會使這些區塊鏈更容易和更具成本效益地支持下一代加密應用程序，如智能合約、不可替代的代幣和去中心化金融。 然而，比特幣尚未宣布任何過渡到 PoS 的計劃。

最後，作為比特幣供應管理系統的一部分，開採區塊的獎勵將減半，從 2020 年 5 月最近一次減半後開采的每區塊 6.25 BTC 降至 2024 年的 3.125 BTC。 ，即使面對計劃中的下跌，也說明了該行業的盈利能力以及原始加密貨幣將繼續升值的預期。 這也反映了一個事實，即所謂的哈希率（衡量網絡中特定時間計算的哈希猜測總數）在 2021 年中國運營商被迫關閉時暴跌。這為新礦工創造了巨大的機會。 2021 年 12 月，哈希率約為每秒 175 萬億次哈希或 175 次哈希 (EH/s)。

比特幣挖礦設置

開採比特幣所需的資源包括：

• 至少一台專門用於競爭和支持特定加密貨幣的專用計算機（稱為特定應用集成電路或 ASIC 礦工）。
• 可靠且廉價的能源供應。
• 可靠的互聯網連接。
• 冷卻基礎設施（無論你是在家裡還是在比特幣農場挖礦）。
• 建立和監控操作的計算機、軟件和技術技能。

家庭採礦作業可能僅由一台計算機和少數 ASIC 礦工組成。

單身愛好者在很大程度上是比特幣最初受歡迎的原因，但他們現在更有可能加入像 Slush Pool 或 AntPool 這樣的虛擬採礦集體，以增加他們成功的機率。

今天的行業更準確地表示為一個工業規模的礦場，其中包含數千個 ASIC 礦工，這些礦工安置在一個倉庫甚至一系列倉庫中。

無論您是在家中還是在倉庫中設置，無論規模大小，挖礦框架都是相似的。

您首先需要購買針對比特幣優化的 ASIC 礦機，例如由 Bitmain 或 Whatsminer 生產的礦機。 新的 ASIC 起價約為 11,000 美元，但舊型號可以以更低的價格二手購買。 在其他條件相同的情況下，較新的版本每秒產生更多的 terahashes，或 TH/s，因此目標是尋找您能負擔得起的最新且因此最高效的 ASIC。

下一個優先事項是電源，它是運行和冷卻 ASIC 所必需的。 鑑於相對較低的開銷和設備成本的差異，電價成為計算您的底線的最重要因素。 劍橋大學另類金融中心製作了一張全球地圖，顯示了在中國禁止採礦後，該行業如何尋找廉價電力，以及美國、加拿大和俄羅斯等國家的哈希率如何顯著增加。

然後，當然，您將需要考慮建立和維護您的運營的成本，保持涼爽，將其連接到快速、可靠的互聯網提供商，如果您不打算自己管理它，還需要配備人員。

在收入方面，如果礦工贏得一個區塊，他們可以獲得區塊獎勵和交易費（網絡補償成功礦工並激勵他們繼續確認交易的費用）。 交易費用可能會因網絡狀況和交易者願意為加急處理支付多少費用而有所不同，但根據我的分析，到 2021 年底，費用平均約為 0.125 BTC，約佔整體獎勵的 2%。

比特幣礦業經濟學

為了用一個假設的例子來說明比特幣挖礦所涉及的財務考慮，讓我們看一下用一個 ASIC 礦工挖一個比特幣的估計成本和收入。

這些表格代表基於 2021 年 12 月值的典型成本和收入。

那麼，模型看起來像這樣：

開採一個比特幣所需的哈希值：

= 網絡哈希率 * 每天秒數 / 每天開采的比特幣（包括費用）

= 175 EH/s * 86,400 秒 / 918 BTC = ~16,471 EH / BTC

ASIC 礦工開採一個比特幣所需的時間：

= ~16,471 EH * 10^6 / (100 TH/s * 60 秒 * 60 分鐘 * 24 小時 * 365 天) = ~5.22 年

資本支出（資本支出）：

• 每個 ASIC 生命週期開采的比特幣 = 2.5 年 / ~5.22 年 = ~0.48 BTC
• 每個比特幣的有效價格 = ASIC 礦工的價格 / 在其生命週期內開采的比特幣

= 10,858 美元 / ~0.48 比特幣 = ~22,684 美元

運營費用（Opex）：

• 每個比特幣的電力成本 = 開採一個比特幣所需的時間 * 能源消耗 * 成本 = ~5.22 年 * 365 天 * 24 小時 * 3,400 * 0.05 美元 / 1,000 = 7,778 美元
• 每個比特幣的冷卻和其他間接費用 = 電費的 20% = 約 1,556 美元

每個比特幣的總生產成本：= 資本支出 + 電力 + 每個比特幣的其他運營成本

= ~$22,684 + ~$7,778 + ~$1,556

= ~$32,018

注：總數已四捨五入。 數字是近似值。

因此，在我們假設的操作中，我們用一個 ASIC 礦工在 5 年內以大約 32,000 美元的成本生產了一個比特幣。

該模型還展示了規模對於快速收回初始投資的重要性。 迅速收支平衡需要多台機器，任何考慮投資的人都應該評估與已經在網絡中佔據部分算力的現有玩家的合作夥伴關係。 如果礦工能夠將其散列能力貢獻給礦池，那麼這些經濟學轉化為大約 16-18 個月的初始 ASIC 成本的收支平衡期，之後礦工可以在 ASIC 的剩餘生命週期中獲得利潤.

比特幣挖礦風險

當然，沒有新企業是沒有風險的。 由於礦工以比特幣支付，價格波動是主要的收入風險。 運營風險包括互聯網連接的潛在問題、ASIC 過熱和系統黑客攻擊等因素——儘管考慮到比特幣網絡的規模和安全性，黑客攻擊風險仍然很低。

首要考慮的是電力的可用性和可靠性。 由於電力是這種運營模式的核心，礦工需要密切關注其供應的冗餘。 雖然德克薩斯州已成為該行業的中心，但潛在投資者應考慮其電網脆弱性的重大問題。

正如中國和其他國家的礦商一直在學習的那樣，監管環境也帶來了潛在風險。 即使是以前歡迎礦工的國家，如哈薩克斯坦和冰島，也開始減少新的和現有的採礦業務，以管理對其能源網的需求。 德克薩斯州等許多美國州政府已經接受了比特幣挖礦，其中一些甚至為生產者提供激勵措施。 但美國聯邦政府現在正在密切關注該行業，新的稅務報告要求將於 2023 年開始，美聯儲加強了對加密貨幣對消費者、銀行和整個金融系統的風險的審查。

由於美國和世界各地的加密貨幣法規仍然非常不穩定，礦工需要保持警惕並註意可能破壞其底線的變化。

比特幣採礦的能源需求導致了另一個問題：採礦對環境的影響，這帶來了道德和聲譽風險。 加密貨幣行業因其碳足跡而受到嚴厲批評。 紐約時報最近將比特幣每年消耗的總電力等同於芬蘭一年的使用量。 事實是，即使是最高效的比特幣挖礦操作也需要大約 155,000 千瓦時來開採一個比特幣。 相比之下，美國家庭平均每月消耗約 900 千瓦時。

氣候不再是一個小眾問題。 根據德勤最近的一份報告，減少碳排放現在基本上是一個普遍的優先事項，品牌正在做出回應。 2021 年 5 月，曾是比特幣主要投資者的特斯拉宣布，出於環境考慮，將暫停使用比特幣進行購買。 該公司此後表示，一旦可以確認至少 50% 的比特幣採礦業務使用可再生資源，它將恢復接受比特幣。

加密行業也開始做出回應。 許多較大的生產商正致力於通過直接購買或獲得碳信用額來過渡到可再生能源。 Great American Mining 和 Crusoe Energy 等公司也為礦場開發了利用原本會被浪費的電力的方法，例如油田燃燒的天然氣、無法儲存的過剩太陽能或風能，或溢出產生的水力發電從水壩。 當然，這種策略只有在加密挖掘不增加過程中的需求時才有效。

比特幣挖礦：新機遇

雖然大規模比特幣採礦經濟學非常有吸引力，但生產商必須認識到他們的監管和環境背景。 對於電力公司等新進入者而言，將比特幣挖礦納入現有運營以更好地管理自己的能源輸出提供了一個獨特的機會，除了多餘的資源外，還可以利用公眾輿論。

劍橋大學發現，大約 40% 的 PoW 挖礦已經由可再生能源提供動力，但顯著增加這一數字的壓力仍然存在。 擁有具有環保意識的能源解決方案的公司可以在這方面發揮重要作用，同時也可以獲得可觀的回報。