灰度报告 | 数字黄金（BTC）开采的力量

• 比特币之所以能成为全球数字货币系统，是因为比特币开采。它是一种用于更新区块链并协调整个网络经济激励机制的竞争性过程。如今，比特币开采网络的规模非常庞大，每秒产生的“哈希值”超过700万亿个。

• 比特币开采者通过新比特币发行和网络交易费赚取收入。他们还需要承担设备投入、电力和其他运营成本的费用。许多矿工还在资产负债表上持有比特币，而且越来越多的矿工正在向人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 领域多元化发展服务。

• Grayscale Research估计，比特币挖矿仅占全球电力使用的0.2%；与其他行业相比，清洁能源在比特币挖矿消耗的电力中所占的比例可能更高。比特币挖矿可能有助于加速实现环境目标，特别是在甲烷排放等领域。

比特币是一个去中心化且开放会员制的计算机网络，其市值已达2万亿美元。这一现代奇迹的实现主要依赖于比特币挖矿：网络参与者通过竞争将下一个区块添加到区块链并获得奖励的过程。如今，比特币矿工正以惊人的规模运营，将真实资源转化为数字安全。用来保护比特币区块链的算力，相当于其“数字保险库大门”，确保这个自主计算机网络能够充当全球数字货币系统。运行比特币矿场所需的技术专长、资本投入以及持续的运营成本，加上行业的高度竞争性，共同维持了比特币网络的去中心化，并使其攻击成本高昂，从而增强其安全性。

投资于上市的比特币矿企，可以获得区块生产的收入，并从长期增长的网络交易手续费中受益。实际上，大多数上市的比特币矿企采用多元化的商业模式，许多公司将挖掘的比特币留存在资产负债表上，甚至在公开市场上购入比特币。此外，比特币矿企也开始向AI和高性能计算（HPC）数据中心运营领域进行业务扩展。

尽管比特币挖矿在技术上非常复杂，但其概念却很简单。专门的计算机通过竞争来猜测一个随机数，最先猜中正确数字的机器将获得更新区块链的权利（即“挖出区块”）。获胜的矿工将获得新发行的比特币和交易费用（即“区块奖励”）。

值得注意的是，这一过程并不存在任何捷径。例如，没有算法能够显著加速正确数字的发现。矿工之间的竞争本质上依赖于计算能力，即所谓的“蛮力计算”。从概率的角度来看，挖矿可以被视为一场多轮次的随机游戏。矿工通过不断尝试猜测，直到找到正确的解决方案，这一过程类似于反复掷一个多面骰子，直到出现目标数字。因此，矿工获胜的概率与其每秒能够进行的猜测次数（即“计算能力”）直接相关。拥有更多计算设备或更高效率设备的矿工，能够进行更多的猜测，从而显著提高其赢得区块奖励的机会。

从技术角度来说，获胜结果不仅仅是随机数，而是这个数字与其他数据相结合的“哈希值”。在计算机科学中，哈希函数是一种数学运算，它将任意数据转换为一串字母和/或数字，称为哈希值。例如，使用比特币网络中的相同哈希函数，单词“比特币”的哈希值是：b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4

因此，比特币矿工的目标是快速生成哈希值：猜测一个随机数，计算其哈希值（将随机数与其他数据相结合），并检查其是否正确。目前，全球约有500-600万台比特币算力服务器以惊人的规模生成哈希值（图1）。在过去90天里，比特币矿工们以平均每秒765 exahashes的速度生成哈希值（EH/s）。每exahash等于一千万亿（10^18）个哈希值。换句话说，比特币矿工平均每秒要猜测一个随机数并计算其哈希值超过700千万亿次。为了更直观地理解这一数字，可以对比地球上大约七千五百万亿颗沙粒和十万万亿个活体昆虫的数量。

图 1：比特币矿工大规模生产哈希值

生成所有这些哈希值的成本很高——这正是其核心意义所在。为了争夺奖励，挖矿运营商需要购买专用机器和其他硬件，并支付持续的电力和维护成本。通过生成正确的哈希值，矿工提供了“工作量证明”：证明他们已经投入了经济资源，从而可以信任他们更新区块链。攻击比特币网络意味着需要压倒现有的比特币挖矿行业。从理论上讲，如果恶意行为者控制了51%的网络哈希率，并因此能够挖掘大多数区块，他们就可以破坏网络（例如，进行双重支付或审查某些交易）。在一篇研究论文中，研究人员估计，截至2024年2月，对比特币网络进行一小时的51%攻击将花费50亿至200亿美元（具体成本取决于攻击者如何获取矿机）。然而，在实践中，没有任何行为者有经济动机去投入如此巨额资源，而且无论如何，比特币网络除了依赖挖矿之外，还具备额外的防御机制。

比特币挖矿业务

比特币矿工的收入来自挖掘新区块的奖励，但需扣除电力、维护和矿池费用等运营成本。因此，矿工的目标是以最低成本每秒生成最多哈希值。2024年，矿工总收入约为23万个比特币，价值近150亿美元（按当时价格计算），较2014年增长约19倍，年复合增长率为34%（图表2）。比特币新发行量每四年减半一次，尽管以比特币计算的发行量下降，但由于比特币价格上涨，挖矿收入仍持续增长。未来，比特币价格和网络交易费用的上涨可能进一步推动挖矿收入增长。

图 2：比特币挖矿收入随着时间的推移而增长

矿工的运营费用主要来自电力消耗。每家运营商通过谈判达成购电协议，而这些协议在全球范围内差异很大。为了简化分析比特币矿工的经济状况，我们可以假设电力成本并忽略其他费用。例如，图表3将比特币矿工的收入与假设电价为每千瓦时（kWh）0.05美元的总电力成本进行了对比。收入与电力成本之间的差值可视为矿工营业利润率的简化衡量标准。当区块奖励的美元价值上升时，矿工受益；而当生产哈希值的电力成本上涨时，矿工则面临亏损。

图3：矿工运营利润率反映了区块奖励和电力成本的差价

鉴于全球矿工的电力成本差异较大，更直观的衡量标准可能是每兆瓦时（MWh）电力消耗所对应的矿工收入。矿工常提到的“哈希价格”概念，是通过每日矿工收入与网络哈希率的比率计算的。尽管这一概念与每兆瓦时收入相似，但随着矿工效率的提高，哈希价格会逐渐下降。因此，相对于耗电量的矿工收入更能准确反映矿工经济状况的长期变化。图4显示了比特币矿工每兆瓦时的每日收入。尽管在2024年减半前后出现大幅波动，但过去两年中这一指标总体保持稳定。

图4：过去两年，每兆瓦时挖矿收入基本保持稳定

投资比特币矿工

投资公开交易的比特币矿企股票，可以通过股票市场工具参与比特币经济。尽管比特币矿工的业务模式可能日益多样化，但其核心业务始终围绕生产哈希值、挖掘区块和赚取区块奖励展开。由于电力成本、非电力运营费用及其他成本的差异，每位矿工获得区块奖励的有效价格各不相同。2024年第三季度，最大的上市矿企生产比特币的平均成本为3.4万至5.9万美元（图表5）。相比之下，2019年第一季度的比特币平均价格为4.4万至5.9万美元，而2024年第三季度的比特币平均价格为6.1万美元。

图5：不同矿工的生产成本存在差异

比特币矿工在资产负债表上持有比特币的策略各不相同。一些矿工会立即出售挖矿奖励，一些矿工会保留（或“持有”）区块奖励，还有一些矿工甚至会在公开市场上购买额外的比特币。当比特币价格波动时，这些资产负债表政策的差异可能对上市矿企的相对财务表现产生重大影响（图6）。尽管如此，影响个体矿工风险状况的因素很多，持有较多比特币的矿工并不一定比直接出售的矿工风险更大。

图6：一些矿工在资产负债表上持有比特币

最近矿工开始多元化发展，涉足人工智能（AI）和高性能计算（HPC）等领域，对数据中心基础设施的需求正在迅速增长。高盛的研究估计，2023年至2030年间，数据中心的电力需求（不包括加密货币）可能增长160%。比特币矿工在AI/HPC市场中可能具有竞争优势，因为他们已获得低成本电力及相关基础设施。2024年初，市值排名第三的上市矿企 Core Scientific 宣布与专注于 AI 基础设施的服务提供商 CoreWeave 签订了一项长期合同。自2024年6月Core Scientific 与 CoreWeave 合作的消息公布后，多家上市矿企也纷纷采取措施，向 AI/HPC 领域进行业务多元化发展。

比特币挖矿和可持续性

比特币挖矿通过消耗电力这一实体经济资源，创造了去中心化的数字安全性。比特币作为数字货币系统的成功，意味着挖矿现在消耗了大量电力。比特币是一种独特的能源消耗载体，已经利用了大部分清洁能源资源。灰度研究报告指出，随着时间的推移，比特币可能会对绿色能源转型做出积极贡献。根据Coin Metrics的MINE-MATCH算法数据，我们估计比特币网络在过去12个月消耗了约175太瓦时（TWh）的电力，这一估算与剑桥替代金融中心的数据相当（图表7）。根据2023年最新数据，比特币的能源消耗占全球总电力使用量的0.2%（已考虑电力传输损耗）。预计未来，数据中心的能源消耗可能因AI模型的普及而进一步上升。

图 7：比特币挖矿消耗电力创造数字安全

比特币在能源消费方面与典型的住宅或商业用户有所不同。比特币挖矿具有模块化、可移动、位置无关、可中断和对电力价格变化反应迅速的特点。因此，矿工通常能够在低成本清洁能源资源丰富的地方进行操作。估计约50%-60%的比特币挖矿行业所用电力来自可持续能源（包括核能）。根据2023年的数据（最新可用数据），假设比特币电力消耗的可持续能源比例为50%-60%，预计比特币挖矿占全球电力生成相关二氧化碳排放的0.2%-0.3%。

Grayscale Research认为，比特币挖矿有助于加速未来几年可再生能源生产的采用。由于其独特的属性，比特币挖矿激励了可再生能源基础设施的投资，特别是在没有主要电力中心传输线路的地区。比特币挖矿还可以帮助稳定电网需求——电网需求通常会因消费模式和天气而波动——这在德克萨斯州的电力可靠性委员会（ERCOT）系统中已有体现。此外，像Sustainable Bitcoin Protocol这样的初创公司创造了市场机制，旨在激励使用清洁能源并奖励减少甲烷排放的努力。减少甲烷排放可能成为比特币矿工为环保目标做出贡献的重要方式。甲烷是由油气生产过程中燃烧天然气（即气体焚烧）释放的。像Crusoe Energy这样的公司开发了捕捉多余天然气的技术，避免其排放，这些天然气随后被转化为电力，用于为比特币矿工提供能源。

随着技术的增长，未来几年对电力的需求将显著增加，尤其是来自数字资产、人工智能以及其他行业的需求。Grayscale认为，比特币有助于全球电力基础设施的健康运作，相比于许多其他行业，比特币在加速向可再生能源转型方面具有独特的优势。

免责声明：本文内容不构成任何投资或财务建议。内容转载自grayscale.com，版权归原作者所有。如有疑问或侵权，请联系我们删除。