比特幣挖礦原理簡(jiǎn)介比特幣以及其背后的區(qū)塊鏈技術(shù)的主要原理為(圖1):建立一個(gè)全球分布式賬本，每一個(gè)參與賬戶驗(yàn)證和打包的節(jié)點(diǎn)都能查詢存儲(chǔ)
比特幣“挖礦”原理簡(jiǎn)介比特幣以及其背后的區(qū)塊鏈技術(shù)的主要原理為(圖1):
建立一個(gè)全球分布式賬本，每一個(gè)參與賬戶驗(yàn)證和打包的節(jié)點(diǎn)都能查詢存儲(chǔ)的自創(chuàng)世以來(lái)發(fā)生的所有交易細(xì)節(jié)來(lái)保障任意賬戶內(nèi)的一筆錢不會(huì)被花銷兩次。
每10分鐘內(nèi)發(fā)生的交易被打成一包成為“區(qū)塊”，使用加密簽名技術(shù)，后一個(gè)區(qū)塊使用前一個(gè)區(qū)塊的簽名信息對(duì)自己簽名，形成簽名“鏈”。這樣一個(gè)“區(qū)塊鏈”能保證賬戶和交易信息不被篡改。(圖1紅圈)
每時(shí)每刻都有未確認(rèn)交易被廣播給全網(wǎng)，然后所有愿意參與驗(yàn)證交易的節(jié)點(diǎn)(比特幣礦工)每10分鐘都將選擇一些未確認(rèn)的交易對(duì)照歷史區(qū)塊鏈驗(yàn)證并打包成一個(gè)“區(qū)塊”，但并非所有比特幣礦工打包的區(qū)塊都是有效區(qū)塊，而是接下來(lái)需要參與一場(chǎng)難度不斷提升的算術(shù)競(jìng)賽，勝出者的結(jié)果才能獲得全網(wǎng)認(rèn)可并得到獎(jiǎng)勵(lì)(新發(fā)行的比特幣)(圖1綠圈)。
同時(shí)有多人勝出時(shí)還需要通過(guò)表決機(jī)制只保留一個(gè)礦工產(chǎn)生的結(jié)果而作廢其他人的確認(rèn)。
圖1藍(lán)圈則更詳細(xì)解釋了區(qū)塊的構(gòu)成和生成:上一個(gè)被確認(rèn)區(qū)塊的數(shù)字簽名被放在頭部以保證形成“鏈條”，中間數(shù)據(jù)部分保存了礦工選擇并驗(yàn)證過(guò)的交易，而末尾則是尾數(shù)和本區(qū)塊的數(shù)字簽名。
區(qū)塊鏈主要依靠哈希表(hashtable，一種字符串變換運(yùn)算)計(jì)算的一個(gè)性質(zhì):已知哈希表的輸出難以反算出哈希表輸入的原文-“單向性”。而所謂的“挖礦”實(shí)質(zhì)是對(duì)區(qū)塊內(nèi)的交易信息計(jì)算出一個(gè)哈希值作為簽名，但并非任意哈希值都被有效，而人為規(guī)定結(jié)果字符串頭部由若干連續(xù)的零組成。
為了得到這樣特殊哈希值，“挖礦工”只能在交易信息后面附加一個(gè)隨機(jī)尾數(shù)再計(jì)算哈希去嘗試得到滿足要求的值，若結(jié)果不滿足則只能更改尾數(shù)重算。
“挖礦”的本質(zhì)是重復(fù)計(jì)算隨機(jī)字符串的哈希值并檢查結(jié)果字符串是否滿足頭部有足夠的零。為了保障每個(gè)區(qū)塊生成時(shí)間具備足夠的間隔，“挖礦”所要求的頭部為零的數(shù)目定期自動(dòng)增加，人為增加計(jì)算隨機(jī)數(shù)“試運(yùn)氣”的難度。
挖礦設(shè)備的基本盈利能力分析礦場(chǎng)購(gòu)買比特幣挖礦機(jī)的根本目的在于通過(guò)消耗電力獲得比特幣，再將比特幣兌現(xiàn)支付資本投入的攤銷，電費(fèi)以及少量人工工資，最終獲得利潤(rùn)。因此要分析比特幣挖礦設(shè)備和礦機(jī)產(chǎn)業(yè)是否能盈利，首先需要理解比特幣礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。
挖礦的實(shí)質(zhì)可簡(jiǎn)單理解為全世界所有的挖礦設(shè)備一起來(lái)通過(guò)算隨機(jī)數(shù)的哈希值的方法抽簽，中簽的概率為設(shè)備算力/全世界總算力;而中簽后的比特幣收益在四年間保持基本穩(wěn)定，但大約四年會(huì)跳躍減半一次。
但對(duì)于單個(gè)比特機(jī)挖礦設(shè)備而言，一旦被制造出來(lái)，其收益卻不斷減少，原因在于全世界的算力在不斷提升。
礦機(jī)算力提升有幾個(gè)因素:
當(dāng)最新工藝的礦機(jī)設(shè)備推出市場(chǎng)后，算力往往會(huì)有指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng);
而當(dāng)比特幣價(jià)格較為穩(wěn)定，礦機(jī)設(shè)備產(chǎn)能比較穩(wěn)定的時(shí)候，算力增速往往放緩到趨于線性增長(zhǎng)，制約增速的主要是礦機(jī)設(shè)備產(chǎn)能;
當(dāng)比特幣價(jià)格開(kāi)始下跌的時(shí)候，由于投資挖礦在這個(gè)階段可能產(chǎn)生虧損，下游的投資需求放緩，導(dǎo)致算力增長(zhǎng)緩慢。
由于單個(gè)礦機(jī)的中簽率為設(shè)備算力/全世界總算力，全世界總算力不斷增長(zhǎng)，則單個(gè)礦機(jī)的收益將不斷下降并逐漸趨于零。而單個(gè)礦機(jī)的耗電(主要運(yùn)營(yíng)成本)卻近似恒定。所以當(dāng)開(kāi)動(dòng)礦機(jī)獲得的比特幣兌換成現(xiàn)金后不足以支付電費(fèi)，除非比特幣未來(lái)漲價(jià)，否則這臺(tái)礦機(jī)實(shí)質(zhì)上進(jìn)入報(bào)廢狀態(tài)，不應(yīng)再被開(kāi)啟。
造成礦場(chǎng)礦機(jī)報(bào)廢的主要原因往往是新一代挖礦硬件(主要依靠提升設(shè)備制造工藝水平)提升了運(yùn)算速度并降低了能耗。
因此礦場(chǎng)實(shí)質(zhì)上有一個(gè)“軍備競(jìng)賽”的需求，當(dāng)其他礦場(chǎng)大規(guī)模采用先進(jìn)工藝制造的設(shè)備后，自己的礦機(jī)將面臨被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)，在合適的時(shí)間也應(yīng)跟進(jìn)采用先進(jìn)工藝的ASIC。
我們可以得出第一條結(jié)論:當(dāng)比特幣價(jià)格保持不變時(shí)，礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商存在不斷更新更先進(jìn)挖礦設(shè)備的需求。
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比特幣價(jià)格與礦機(jī)產(chǎn)業(yè)訂單的關(guān)系分析圖2的分析假設(shè)了比特幣價(jià)格不變，但從比特幣自誕生之日起起價(jià)格就一直處在較大波動(dòng)中。
本節(jié)將分析如果比特幣價(jià)格發(fā)生長(zhǎng)期性變化，其對(duì)礦機(jī)盈利的影響，以及對(duì)礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商需求的影響。
在圖3中，綠色曲線表示當(dāng)比特幣兌法定貨幣如美元/人民幣價(jià)格上漲并保持一定水平后，同一臺(tái)礦機(jī)的法定貨幣收益曲線，相比黑色曲線有著明顯的上升。
而紫色區(qū)域則表示同一臺(tái)礦機(jī)可能獲得的超額利潤(rùn)。從圖中可見(jiàn)紫色區(qū)域面積并不小，意味著比特幣價(jià)格的暴漲暴跌對(duì)礦機(jī)盈利能力的影響也較大。
當(dāng)比特幣價(jià)格快速上漲之時(shí)，投資者和投機(jī)者可能會(huì)對(duì)投資于礦機(jī)運(yùn)營(yíng)的回報(bào)產(chǎn)生更高的期望，從而刺激礦場(chǎng)的新建與擴(kuò)容，提升上游挖礦硬件商的訂單;
當(dāng)比特幣價(jià)格長(zhǎng)期低迷之時(shí)，挖礦就會(huì)顯得無(wú)利可圖，礦場(chǎng)也會(huì)放緩擴(kuò)容以及對(duì)礦機(jī)的更新?lián)Q代，此時(shí)上游挖礦硬件商的訂單將會(huì)大幅下滑;
第二條結(jié)論:上游挖礦硬件制造商的訂單與業(yè)績(jī)和比特幣價(jià)格高度正相關(guān)。
礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)背后的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析
比特幣礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，主要原因是:
礦場(chǎng)主無(wú)法預(yù)測(cè)投產(chǎn)后一段時(shí)間比特幣的幣價(jià)，如果比特幣價(jià)格過(guò)低，則礦機(jī)可能因產(chǎn)出無(wú)法覆蓋電費(fèi)提早報(bào)廢造成無(wú)法收回礦機(jī)的資本開(kāi)支，造成虧損;
礦場(chǎng)主無(wú)法預(yù)測(cè)投產(chǎn)后一段時(shí)間全網(wǎng)算力的提升，即便比特幣價(jià)格基本穩(wěn)定，但全網(wǎng)算力大幅上漲(通常是更新一代礦機(jī)投產(chǎn)造成)，仍有可能造成礦機(jī)提前報(bào)廢，無(wú)法收回投資礦機(jī)的資本開(kāi)支;而全網(wǎng)算力的增長(zhǎng)主要取決于多少資本被吸引進(jìn)礦機(jī)行業(yè)以及未來(lái)新一代礦機(jī)的性能，這是很難預(yù)測(cè)的。
雖然礦場(chǎng)主無(wú)法預(yù)測(cè)影響未來(lái)是否盈利的兩大變量:比特幣價(jià)格P和全網(wǎng)算力C，但從理性經(jīng)紀(jì)人的假說(shuō)考慮，投資礦場(chǎng)的人多少會(huì)根據(jù)現(xiàn)在的情況去做投資決策。
在假設(shè)當(dāng)前幣價(jià)不變，全網(wǎng)算力按某種規(guī)律隨時(shí)間增長(zhǎng)的模型下，如果新增礦機(jī)可能造成兩種虧損，則我們可以認(rèn)為投資購(gòu)買新比特幣礦機(jī)的沖動(dòng)將被壓制:
如果比特幣價(jià)格波動(dòng)造成當(dāng)前最先進(jìn)的礦機(jī)產(chǎn)出不能覆蓋電費(fèi)，造成運(yùn)營(yíng)虧損，則當(dāng)前最先進(jìn)的礦機(jī)應(yīng)該立刻關(guān)閉，這意味著新購(gòu)買同樣的礦機(jī)是更不可能的。
我們認(rèn)為這個(gè)價(jià)格和全網(wǎng)算力的組合可以視為礦機(jī)設(shè)備供需的“強(qiáng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，即礦機(jī)設(shè)備需求會(huì)因?yàn)楸忍貛艃r(jià)格低迷而長(zhǎng)期低迷。
在當(dāng)前幣價(jià)下啟動(dòng)礦機(jī)雖然還有運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)但不高，但全球算力還在快速增長(zhǎng)，在可預(yù)期的未來(lái)如果幣價(jià)不再大幅上升，則新增礦機(jī)無(wú)法收回固定的資本開(kāi)支，那么理性的礦場(chǎng)運(yùn)行主的投資沖動(dòng)將下降。
我們認(rèn)為這個(gè)幣價(jià)和全網(wǎng)算力的組合可以視為礦機(jī)設(shè)備供需的“弱平衡點(diǎn)”，即理性的礦場(chǎng)投資人會(huì)收縮資本開(kāi)支，除非更先進(jìn)的礦機(jī)設(shè)備面市。
關(guān)鍵詞： 比特幣
