什么是比特币挖矿？它是如何工作的以及如何让它付出代价

尽管加密货币的价格剧烈波动且环境问题日益严重，但北美的比特币开采正在蓬勃发展。尤其是德克萨斯州，自中国于 2021 年禁止该行业以来，已开始成为震中，引发了该国的矿工外流。据报道，该禁令将中国对比特币采矿业的控制从 2021 年 4 月全球行业的三分之二减少到 2021 年 7 月的零，为北美公司，特别是能源行业的公司创造了一个新的机会，让他们更加熟悉使用比特币挖矿并将其纳入他们的商业模式。

对于那些不熟悉比特币内部运作的人来说，“挖矿”是区块链验证交易的方式。它本质上是一场向加密货币不断扩展的区块链网络添加区块或记录的加密竞争。作为这项服务的交换，获胜的矿工将获得比特币 (BTC) 的报酬，比特币在 2021 年 11 月达到了超过68,000 美元的创纪录价格。

在中国禁令之后，总部位于北美的公司，包括 Riot Blockchain 和 Marathon Digital Holdings，正在筹集创纪录的资金，以提高产量并扩大其工业规模运营。与此同时，中国公司加入了所谓的北美矿业大迁移，投资美国设施并建造自己的大型仓库，配备数千台专门用于开采多种加密货币的小型计算机，其中最受欢迎的是比特币。

我从为探索这一蓬勃发展业务的加拿大客户进行可行性研究的经验中学到的是，新进入者，特别是能源公司，也正在通过合资企业和其他合作伙伴关系以实质性的方式进入该行业。电力成本是加密货币挖矿中最重要的因素之一。这意味着能够获得可靠、低成本电力（尤其是可再生能源）的公司有机会在北美行业发展过程中发挥核心作用。

在本文中，我将深入了解比特币挖矿的基本原理，并展示如何计算成本和回报，这可能是巨大的。我还解决了该行业的挑战，包括有关能源使用和风险的问题，例如不断发展的加密监管环境。

比特币正在蓬勃发展

自 2009 年推出以来，比特币已经激发了数千种加密货币的灵感，但就价值而言，它仍然是独一无二的。尽管其价格波动很大，但其货币政策通过在预定的时间表内将开采限制为 2100 万比特币来建立稳定性。尽管现在有近1900 万比特币在流通，但挖矿奖励会定期减半，因此要到 2140 年才能耗尽比特币的产量。

虽然其他加密网络也管理供应，但没有一个能够复制比特币的受欢迎程度。随着投资者接受这一资产类别，比特币的期货和交易所交易基金成为第一个被引入受监管的美国和欧洲市场的基金。它很快出现在特斯拉和积压库存等公司的资产负债表上。这种需求帮助比特币的市值在 2021 年 11 月突破了 1 万亿美元。相比之下，第二受欢迎的加密货币以太坊仅达到该价值的一半左右。

比特币还因其催生的工业规模采矿业务或农场而脱颖而出。拥有最先进技术的最大加密设施主要或完全专注于比特币，例如 Genesis Mining 农场，它消耗的电力比冰岛任何其他公司都多。北美最大的农场之一是 Riot Blockchain 的德克萨斯工厂，它在 100 英亩的土地上占据了三个大型仓库，其中包含 60,000 台仅专注于比特币的采矿计算机。

比特币挖矿基础

每种加密货币的根基都是区块链，它本质上是一个电子分类账，用于维持不断增长的记录列表。链中的区块基本上是记录比特币交易等数据的文件，包括哪个矿工成功创建了该特定区块。每个块还包括一个哈希，一个唯一的 64 位十六进制值标识它及其内容，以及链中前一个块的哈希。

为了在大多数加密货币（包括比特币）中赢得一个区块，矿工必须第一个猜出等于或低于比特币为交易生成的哈希值。随着越来越多的矿工参与竞争，并且部署了更多的计算能力，每个矿工首先进入的机会都会降低——目前的几率是几十万亿分之一——这有助于确保创建新区块的速度目前约为每 10 分钟一个。

矿工之间的这种竞争还通过允许交易和数据以所谓的去信任方式流动来共同保护区块链，这意味着不需要像银行这样的中介来确保比特币不会被重复使用。相反，解决正确哈希的困难和成功的经济奖励创造了一种安全的共识机制，使恶意用户无法破解成本效益太低。

比特币使用的共识机制被称为工作量证明或 PoW。由于该算法最终依赖于数千台计算机的集体力量，因此它是维护安全和去中心化网络的一种特别稳健的方式。不过，它也有缺点。最重要的是，它非常耗能。随着越来越多的计算机能力用于采矿，赚取加密货币和维护网络所需的电量也会增加。

其他一些加密货币，如以太坊，已经或计划切换到称为权益证明或 PoS 的不同算法。PoS 不需要同样广泛的、分散的矿工网络来支持其运营，因此能源密集度要低得多。虽然它不那么安全，但其较少的能源需求可能会使这些区块链更容易和更具成本效益地支持下一代加密应用程序，如智能合约、不可替代的代币和去中心化金融。然而，比特币尚未宣布任何过渡到 PoS 的计划。

最后，作为比特币供应管理系统的一部分，开采区块的奖励将减半，从 2020 年 5 月最近一次减半后开采的每区块 6.25 BTC 降至 2024 年的 3.125 BTC。 ，即使面对计划中的下跌，也说明了该行业的盈利能力以及原始加密货币将继续升值的预期。这也反映了一个事实，即所谓的哈希率（衡量网络中特定时间计算的哈希猜测总数）在 2021 年中国运营商被迫关闭时暴跌。这为新矿工创造了巨大的机会。2021 年 12 月，哈希率约为175 quintillion hashes— 或 175 exahashes — 每秒 (EH/s)。

比特币挖矿设置

开采比特币所需的资源包括：

• 至少一台专门用于竞争和支持特定加密货币的专用计算机（称为特定应用集成电路或 ASIC 矿工）。
• 可靠且廉价的能源供应。
• 可靠的互联网连接。
• 冷却基础设施（无论你是在家里还是在比特币农场挖矿）。
• 建立和监控操作的计算机、软件和技术技能。

家庭采矿作业可能仅由一台计算机和少数 ASIC 矿工组成。

单身爱好者在很大程度上是比特币最初受欢迎的原因，但他们现在更有可能加入像 Slush Pool 或 AntPool 这样的虚拟采矿集体，以增加他们成功的几率。

今天的行业更准确地表示为一个工业规模的矿场，其中包含数千个 ASIC 矿工，这些矿工安置在一个仓库甚至一系列仓库中。

无论您是在家中还是在仓库中设置，无论规模大小，挖矿框架都是相似的。

您首先需要购买针对比特币优化的 ASIC 矿机，例如由 Bitmain 或 Whatsminer 生产的矿机。新的 ASIC 起价约为 11,000 美元，但旧型号可以以更低的价格二手购买。在其他条件相同的情况下，较新的版本每秒产生更多的 terahashes，或 TH/s，因此目标是寻找您能负担得起的最新且因此最高效的 ASIC。

下一个优先事项是电源，它是运行和冷却 ASIC 所必需的。鉴于相对较低的开销和设备成本的差异，电价成为计算您的底线的最重要因素。剑桥大学另类金融中心制作了一张全球地图，显示了在中国禁止采矿后，该行业如何寻找廉价电力，以及美国、加拿大和俄罗斯等国家的哈希率如何显着增加。

然后，当然，您将需要考虑建立和维护您的运营的成本，保持凉爽，将其连接到快速、可靠的互联网提供商，如果您不打算自己管理它，还需要配备人员。

在收入方面，如果矿工赢得一个区块，他们可以获得区块奖励和交易费（网络补偿成功矿工并激励他们继续确认交易的费用）。交易费用可能会因网络状况和交易者愿意为加急处理支付多少费用而有所不同，但根据我的分析，到 2021 年底，费用平均约为 0.125 BTC，约占整体奖励的 2%。

比特币矿业经济学

为了用一个假设的例子来说明比特币挖矿所涉及的财务考虑，让我们看一下用一个 ASIC 矿工挖一个比特币的估计成本和收入。

这些表格代表基于 2021 年 12 月值的典型成本和收入。

那么，模型看起来像这样：

开采一个比特币所需的哈希值：

= 网络哈希率 * 每天秒数 / 每天开采的比特币（包括费用）

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

ASIC 矿工开采一个比特币所需的时间：

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

资本支出（资本支出）：

• 每个 ASIC 生命周期开采的比特币 = 2.5 年 / ~5.22 年 = ~0.48 BTC
• 每个比特币的有效价格 = ASIC 矿工的价格 / 在其生命周期内开采的比特币

= 10,858 美元 / ~0.48 比特币 = ~22,684 美元

运营费用（Opex）：

• 每个比特币的电力成本 = 开采一个比特币所需的时间 * 能源消耗 * 成本 = ~5.22 年 * 365 天 * 24 小时 * 3,400 * 0.05 美元 / 1,000 = 7,778 美元
• 每个比特币的冷却和其他间接费用 = 电费的 20% = 约 1,556 美元

每个比特币的总生产成本：= 资本支出 + 电力 + 每个比特币的其他运营成本

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

= ~$32,018

注：总数已四舍五入。数字是近似值。

因此，在我们假设的操作中，我们用一个 ASIC 矿工在 5 年内以大约 32,000 美元的成本生产了一个比特币。

该模型还展示了规模对于快速收回初始投资的重要性。迅速收支平衡需要多台机器，任何考虑投资的人都应该评估与已经在网络中占据部分算力的现有玩家的合作伙伴关系。如果矿工能够将其散列能力贡献给矿池，那么这些经济学转化为大约 16-18 个月的初始 ASIC 成本的收支平衡期，之后矿工可以在 ASIC 的剩余生命周期中获得利润.

比特币挖矿风险

当然，没有新企业是没有风险的。由于矿工以比特币支付，价格波动是主要的收入风险。运营风险包括互联网连接的潜在问题、ASIC 过热和系统黑客攻击等因素——尽管考虑到比特币网络的规模和安全性，黑客攻击风险仍然很低。

首要考虑的是电力的可用性和可靠性。由于电力是这种运营模式的核心，矿工需要密切关注其供应的冗余。虽然德克萨斯州已成为该行业的中心，但潜在投资者应考虑其电网脆弱性的重大问题。

正如中国和其他国家的矿商一直在学习的那样，监管环境也带来了潜在风险。即使是以前欢迎矿工的国家，如哈萨克斯坦和冰岛，也开始减少新的和现有的采矿业务，以管理对其能源网的需求。德克萨斯州等许多美国州政府已经接受了比特币挖矿，其中一些甚至为生产者提供激励措施。但美国联邦政府现在正在密切关注该行业，新的税务报告要求将于 2023 年开始，美联储加强了对加密货币对消费者、银行和整个金融系统的风险的审查。

由于美国和世界各地的加密货币法规仍然非常不稳定，矿工需要保持警惕并注意可能破坏其底线的变化。

比特币采矿的能源需求导致了另一个问题：采矿对环境的影响，这带来了道德和声誉风险。加密货币行业因其碳足迹而受到严厉批评。纽约时报最近将比特币每年消耗的总电力等同于芬兰一年的使用量。事实是，即使是最高效的比特币挖矿操作也需要大约 155,000 千瓦时来开采一个比特币。相比之下，美国家庭平均每月消耗约900千瓦时。

气候不再是一个小众问题。根据德勤最近的一份报告，减少碳排放现在基本上是一个普遍的优先事项，品牌正在做出回应。2021 年 5 月，曾是比特币主要投资者的特斯拉宣布，出于环境考虑，将暂停使用比特币进行购买。该公司此后表示，一旦可以确认至少 50% 的比特币采矿业务使用可再生资源，它将恢复接受比特币。

加密行业也开始做出回应。许多较大的生产商正致力于通过直接购买或获得碳信用额来过渡到可再生能源。Great American Mining 和 Crusoe Energy 等公司也为矿场开发了利用原本会被浪费的电力的方法，例如油田燃烧的天然气、无法储存的过剩太阳能或风能，或溢出产生的水力发电从水坝。当然，这种策略只有在加密挖掘不增加过程中的需求时才有效。

比特币挖矿：新机遇

虽然大规模比特币采矿经济学非常有吸引力，但生产商必须认识到他们的监管和环境背景。对于电力公司等新进入者而言，将比特币挖矿纳入现有运营以更好地管理自己的能源输出提供了一个独特的机会，除了多余的资源外，还可以利用公众舆论。

剑桥大学发现，大约 40% 的 PoW 挖矿已经由可再生能源提供动力，但显着增加这一数字的压力仍然存在。拥有具有环保意识的能源解决方案的公司可以在这方面发挥重要作用，同时也可以获得可观的回报。