挖礦業和底層硬件經常被忽視，但它們在區塊鏈網絡中扮演著非常重要的角色。
撰文： Chris McCann，區塊鏈投資機構 Proof of Capital 普通合伙人
編譯：詹涓
截至 2019 年 7 月，包括挖礦獎勵和交易費用在哪，比特幣礦工創造的年收入超過 60 億美元。
在加密貨幣領域，為比特幣和其他加密貨幣項目提供安全的挖礦和相關硬件經常被忽視。然而，由于與交易所環節相連接，礦業其實是產生可觀收入的核心市場之一。
在這篇文章中，我將分享關于比特幣和加密挖礦領域、支持挖礦的底層硬件和其生態系統景觀的概述，并深入探討這個領域的收入和市場規模。
加密貨幣挖礦是如何工作的
工作量證明（挖礦）是將新交易添加到比特幣區塊鏈、以及如何就這些交易的正確順序達成一致（共識） 的過程。
我最喜歡的比方，是把這個過程想象為一個數獨游戲。這是一個需要耗費大量腦力才能解決的難題，而它一旦解決，其他人就很容易驗證你確實找到了正確的答案。
Youtube 上有一個不錯的視頻，可以幫大家更直觀地理解區塊如何創建、如何鏈成一體、交易如何被添加到區塊鏈，以及挖礦在這個過程中如何發揮核心作用。（https://youtu.be/_160oMzblY8）
本質上，礦工，也就是分布在世界各地的計算機，競相解決一個計算密集型的難題，即驗證區塊鏈中的下一個區塊（還有區塊內的底層交易）。第一個解決這一難題的礦工就能獲得獎勵（coinbase 獎勵+交易費用）。一旦這個新區塊被找到，網絡上的所有礦工都能驗證該區塊是正確的，并繼續投入鏈中下一個區塊的解題。
礦工在比特幣和加密生態系統中扮演的角色
世界上所有競相解決下一個難題的計算機構成了挖礦生態系統。所有這些計算資源是為比特幣提供基礎的安全保障的核心要素之一。
通過這個網絡，比特幣參與者可以預期：
他們的交易將在比特幣區塊鏈上得到確認。
他們的交易將按照正確的順序進行（防止雙花）。
比特幣區塊鏈的歷史將保持不變（不變性）。
作為回報，礦工得到的補償是新鑄造的比特幣（coinbase 獎勵），再加上與每筆交易相關的交易費用。如果參與者希望其交易被加入比特幣區塊鏈的時間有更強的保證，他們可以在為自己的交易設置費用時，提高愿意支付的金額。
挖礦使用的硬件
雖然在比特幣網絡的初期，使用消費級中央處理器 (CPU) 開采比特幣是有利可圖的，但在比特幣網絡發展到今日規模時，這么做已不切實際了。
比特幣生態系統主要由應用特定集成電路 (ASIC) 主導。對于其他大多數加密貨幣，圖形處理單元 (GPU) 和現場可編程門陣列 (FPGA) 是主要的形態。此外也存在一些幣，采用與比特幣 (SHA256) 相同的哈希算法，與比特幣挖礦的 ASIC 也是兼容的。
挖礦生態全景圖
以下是挖礦門類全景圖，從芯片到最終用戶服務：
芯片制造
臺積電 (TSMC) 和三星 (Samsung) 是兩家核心半導體鑄造廠，生產用于挖礦硬件的所有硅片。尤其是臺灣，在芯片組供應鏈中占據主導份額。
例如：英偉達 (NVIDIA)、AMD、賽思靈 (Xilinx)、比特大陸 (Bitmain) 和嘉楠 (Cannan) 都將臺積電作為其核心生產線。
封裝、測試、組裝
一旦晶圓片完成，你就需要測試它們，把它們切開，封裝成最終的芯片，并再測試。整個過程通常由 OSAT 公司（外包組裝和測試公司）處理，其中最大的兩家是臺灣的日月光集團 (ASE Group) 和艾克爾科技 (Amkor Technology)。
集成電路設計及制造商
設計和銷售芯片的公司通常被稱為無晶圓廠芯片公司，他們把制造環節留給芯片制造和 OSAT 公司)。
在 GPU 方面，最大的兩家制造商是英偉達和 AMD。而 FPGA 領域，最大的制造商是賽思靈。而專注于加密業的 ASIC 領域，排名前三的公司是比特大陸、嘉楠和神馬礦機的生產商比特微（其另外一個名字是 Pangolin Miner）。
除了這三家制造商之外，該領域還有其他 IC 設計公司，包括：翼比特 (Ebang)、芯動科技 (Innosilicon)、Bitfury、Obelisk 等。
礦工和礦場
芯片生產出來后，就可以用來為加密貨幣挖礦。ASIC 是專門為某一算法（最典型的是 SHA256 和比特幣）的挖礦而設計的，而 GPU 則有更多的靈活性。
礦工包括：使用一臺機器挖礦的人，小型挖礦作業（5-10 臺機器），中型礦場（10-100 臺機器），大型挖礦作業（100- 1000 臺機器）到工業規模的挖礦基地（1000 +臺機器）。
到目前為止，我聽過的最大規模操作，是分布在多個地理位置的 10 萬臺機器挖礦。
除了設計芯片，一些制造商自己也挖礦，比如比特大陸、嘉楠、微比特。比特大陸每月都會公開披露他們的「自挖礦」記錄。
任何規模的挖礦作業都可以指向一個礦池（稍后將詳細介紹），或者如果規模足夠大，它們也可以自己挖礦——聚合所有的哈希算力來直接找到區塊，無需將它們的哈希率與其他礦工混合。
有爭議的是，挖礦芯片制造商可能在出售自己的礦機前先用機器挖礦。不過，如果你真的擁有一款能夠帶來收入的設備，你就沒有理由把它閑置在庫房中，而是會利用它，直到你能把它賣掉。
礦池（單幣種和多幣種）
對于個人和非工業礦工來說，加入一個礦池比自己挖礦在經濟上更合理。礦池將許多礦工的哈希算力聚合在一起，以平滑每個礦工的回報曲線。礦池負責優化所有算力、運行挖礦記錄、收集和分發獎勵，并為服務收取額外費用。
有一些礦池專注于特定的加密貨幣，比如星火礦池主要挖 ETH 和 Grin，另一些礦池則覆蓋所有主流加密貨幣，比如螞蟻礦池、F2Pool、幣印礦池、Slushpool 等。所有這些礦池開始都是專注于一種加密貨幣，通常是比特幣，此后才擴展到覆蓋所有形式的加密貨幣。
我最喜歡的一個類比是，礦池的運作可以想象為辦公室彩票池。通過把辦公室所有同事的彩票匯到一起，所有人（礦工）就能在獲得獎勵方面有更好的贏面（區塊獎勵）。
與此同時，用了礦池，你就得相信他們的服務既報告了準確的收益，也報告了礦池中每個人擁有的準確票數。在透明度方面，有 PoolWatch 等服務商在跟蹤和比較不同礦池的報告。
哈希算力市場
作為一個礦工，除了使用自己的哈希算力進行挖礦外，還可以選擇將自己的算力賣給其他人。通常，這是在一個交易市場上完成的，最大的市場叫 NiceHash。有家規模較小的 P2P 市場，叫 Mining Rig Rentals。
在這些市場上，人們可以在任何一組給定的挖礦算法上，為各種類型的加密貨幣，銷售算力，也可以購買算力。
人們購買算力的原因很多，其中最主要的原因是，購買算力是從匝道進入加密貨幣高速路的一種方式。
很多時候，人們使用哈希算力來投機各種加密貨幣，例如，購買 SHA256 哈希算力，并將其用來挖 Bitcoin SV (BSV) 而非比特幣。這是一種糟糕的生意……
云挖礦
云挖礦是消費者可直接購買哈希算力合約、而不需親自操作任何硬件的服務。它類似于云挖礦服務之上的算力市場，通常由一個中央供應商來運作。
這一領域最大的兩家公司是美國的 Genesis Mining 和亞洲的比特小鹿 (Bitdeer)。同樣，與上面類似，用戶購買哈希算力最主要的原因之一是希望快速進入加密貨幣領域。通過這種方法，人們可以使用法幣直接購買比特幣和其他加密貨幣，而無需通過交易所。
智能礦工
智能礦工是一個新興的類別。其背景是，挖礦是一項復雜的工作，參與者需要了解硬件、網絡、能源、哈希率預測、特定算法優化等。最關鍵的是，所有這些輸入每天都在不斷變化，新的長尾加密貨幣不斷出現和消失。
像 Honeyminer 這樣的智能礦工，其目標是優化所有這些因素，不管是消費者級別還是專業礦工都能通過他們擁有的哈希算力盡可能的多賺一點。
另兩個類似的產品是哈魚礦工 (HashFish) 和 Cudo Miner。
在很短的時間內，這些產品已經聚集了相當數量的市場供應端的哈希算力。
挖礦市場的規模和收入概況
加密挖礦行業創造的年收入超過 80 億美元。
收入來自兩部分，一是區塊獎勵，二是所有工作量證明型的區塊鏈上每個區塊包含的交易費用。根據 CoinMetrics 在 2019 年 6 月 25 日發布的挖礦獎勵的最新數據，以下是挖礦的周、月和年營收運行率。
在加密貨幣挖礦領域，比特幣仍占主導地位，僅比特幣網絡就創造了 75% 的挖礦收入。
這也與比特幣的市值主導地位相匹配，根據 CoinMarketCap 的數據，截至 2019 年 7 月 1 日，比特幣占所有加密貨幣總市值的 60%。
然而，挖礦業產生的總收入，其實是與相關加密貨幣的價格直接掛鉤的，因此它和基礎加密貨幣市場是相互映射的，所以華爾街也就很難理解該行業的公司的估值了。下面我們還會深入介紹這一點。
理解挖礦行業的盈利能力
挖礦業參與者的總收入、總成本和盈利性取決于幾個關鍵因素。
資本支出 (Capex)
對礦工來說，主要的資本支出是礦機本身的成本，加上運營所需的所有設施 / 建筑物的成本。
例如，如果你想購買 1 萬臺比特大陸最新的 S17 機型，按零售價計算，這將花費 1,600 萬美元。大型礦商可以獲得特價折扣；然而，當礦機供不應求時，連供應都很難保證，更不用說價格談判了。
這還沒有考慮到興建挖礦設施的成本，這些設施已經從業余活動發展成為真正的專業化、工業化規模的經營。
運營支出 (Opex)
對礦工來說，主要的運營支出是每天為機器供電的電費。
舉例來說，如果你每周 7 天每天 24 小時運行 1 萬臺比特大陸 S17 礦機，如果每度電的能源成本為 5 美分，那么你每天的電費就是 3.6 萬美元，每年大概是 1,300 萬美元——而這僅僅是為礦機供電。
平均電費相差懸殊，取決于你在哪里、使用何種電力來源。
礦工天生就有動力去尋找世界上最便宜的能源，這就是 Coinshares 估計比特幣網絡 75% 的能源來自可再生能源，其中主要是水力發電的原因。
除了礦機的用電成本，其他運營成本包括：冷卻、人工、維護、安全和一般設施運營。一般的經驗法則是，按能源成本的 1.5 倍來粗略估計當前的運營成本。
按照我們上面的例子，一個礦場運行 1 萬臺比特大陸 S17 礦機，成本方面的粗略估計如下：
1,600 萬美元資本支出+ 300 萬美元（進口稅）+ 400 萬美元（設施+安全）
2,000 萬美元運營成本（每年）
6,700 萬美元可能收入（基于今天的比特幣價格）。
這只是一個粗略的估算，只是為了說明礦工需要應對的因素的規模。真正的成本將高度依賴于你的地理位置和建成因素等。
然而，這些因素也總是基于市場因素而不斷變化，我們往下繼續討論。
影響行業的市場因素
盡管運營成本和資本支出是礦工可以控制的兩個因素，但各種市場力量終究在發揮作用，它們在很大程度上決定了挖礦的盈利可能。
礦工成本和可用供應
與許多傳統產品不同，挖礦制造商（比特大陸、嘉楠、神馬礦機等）將根據礦機的盈利性（比特幣價格）來調整礦機的價格。
大規模拉升時期，基礎加密貨幣和礦機本身的價值都可能劇烈波動。在瘋狂時期，整個二級市場都致力于購買更多的硬件，而且舊機器都會再次變得有利可圖。
一般來說，我總是希望機器的價格能夠接近機器在那個時間點產生的公允價值。
除此之外，挖礦硬件往往供應受限，尤其是較新款的機器。就以比特大陸 S17 為例，這些礦機已完全售罄。我跟這個團隊中的一些人聊了聊，他們預計最早也要到 11 月才會恢復供應。
哈希算力
礦工解決下一個區塊的幾率，與他們的算力在整個比特幣網絡的算力的占比成正比（為簡單起見，以比特幣為例）。
舉個可能有點簡化的例子來說明這一點，如果你是一名礦工，控制著比特幣算力的 1%（與比特幣的整體算力相比），那么你有可能獲得比特幣網絡總回報的 1%。
然而，比特幣的整體哈希率總是在變化，因此每個礦工的盈利能力取決于有多少礦工進入或離開這個生態系統。比特幣協議有一個關于難度級別調整的內部方法（欲知更多信息，可參考這里：https://en.bitcoin.it/wiki/Difficulty）。
比特幣價格
因為區塊獎勵是用該區塊鏈的加密貨幣支付的。例如，如果你正在挖比特幣，你所獲得的區塊獎勵將以比特幣支付。所以，獎勵金額直接與比特幣本身的價格掛鉤。
比特幣價格越高，挖礦獎勵的價值就越高。既然從事挖礦，你從根本上是在做多你正在開采的加密貨幣，因為你的盈利能力依賴于它。
比特幣之所以成為占主導地位的加密貨幣，一個主要原因在于比特幣透明、公開和公平的供應時間表。從創世區塊開始，比特幣就以固定的供應時間表進行固定的供應——比特幣的總量上限只有 2,100 萬枚。
挖礦是新比特幣被創造和釋放到世界的方式。今天，每個比特幣區塊的獎勵是 12.5 個比特幣；然而，這個獎勵每過 21 萬個區塊就會減少一次。在到達#630000 區塊高度（估計在 2020 年 5 月 24 日左右）時，這個獎勵將下降到 6.25 個比特幣——這被稱為減半事件。
要了解以前的減半事件如何影響比特幣和其他加密貨幣網絡，可以參考 CoinMetrics 一篇出色的博文，它梳理了此前的減半事件。（https://coinmetrics.substack.com/p/coin-metrics-state-of-the-network-43a）
如果你想進一步了解比特幣的供應時間表，以及在所有比特幣都創建完之后會發生什么，可以閱讀這兩篇關于比特幣供應和總體安全預算的帖子：
文章一：https://en.bitcoin.it/wiki/Controlled_supply
文章二：https://blog.picks.co/bitcoins-security-is-fine-93391d9b61a8.
簡而言之，比特幣的價格和比特幣的供應時間表，極大地影響了挖礦本身的盈利性。
最值得記住的信息
在深入研究加密貨幣的挖礦領域之后，我得出的主要結論如下：
盡管挖礦業和底層硬件經常被忽視，但它們在區塊鏈網絡中扮演著非常重要的角色。
哈希率 = 加密貨幣 = 金錢。對許多人來說，哈希率是進入加密世界的關鍵通道。
就像我們看到比特幣的金融化一樣，我預計我們也將看到哈希率的類似金融化。
非常感謝 Edith Yeun、Noah Jessop、Jane Wu 和其他幾位不愿透露姓名的大型礦工對這篇報道提供的反饋。
