算力爲王：全球礦業藏寶圖

文：宋雙傑，CFA；程東鋒

導讀

隨着 BTC 的共識度越來越高，BTC“挖礦”經常被稱作新時代的“淘金熱”。圍繞 BTC 挖礦已然形成了龐大的產業鏈，本文將力圖展現 BTC 礦業的藏寶圖。

摘要

近年來火熱的“區塊鏈”起源於神祕人物中本聰創建的 BTC。通過競爭記賬權獲取新 BTC 的過程被形象地稱爲“挖礦”，是將網絡協議規定的獲取 BTC 的方式類比爲物理世界的“淘金”或“挖礦”。BTC 的挖礦經歷了從 CPU 挖礦到 GPU 挖礦，再到 FPGA 挖礦，最終衍變爲專業的 ASIC 礦機挖礦。ASIC 礦機研製出來後，挖礦“軍備競賽”的序幕正式拉開。隨着挖礦裝備不斷升級，BTC 的全網算力也在不斷攀升。比特大陸、嘉楠耘智和億邦國際三大礦商在 BTC 挖礦這場“淘金熱”中賺得盆滿鉢滿，成爲名副其實的“淘金熱時賣鏟子”案例。圍繞 BTC 挖礦已然形成了一個龐大的產業鏈，從上游的礦機芯片製造，到中游的礦機生產，最後落實到礦場、礦池的“挖礦”行爲。礦場是挖礦硬件的集合，礦池是礦機產出算力的集合。礦工將自己的礦機接入到某個礦池，貢獻算力到該礦池，共同挖礦以獲取收益，收益按算力貢獻進行分配。礦工通過礦池聯合起來與其他礦池進行挖礦競爭，不僅可以使收益更加穩定，也可以避免運行全節點。雲挖礦是指礦工直接向機構或個人購買雲算力挖礦的方式，是參與挖礦的最方便快捷的方式。風險提示：量子計算機技術突飛猛進、市場趨勢風險

目錄

1 區塊鏈技術受到國家和互聯網巨頭的高度重視

1.1 作爲國家戰略技術的區塊鏈

1.2 區塊鏈起源於 BTC

2 新時代的淘金熱 2 .1 靠算力“挖礦”的 BTC

2.2 挖礦裝備的升級之路

3 BTC 礦業藏寶圖
3.1 礦機生產商——淘金熱時賣鏟子 3.2 礦場——“淘金熱”的最前線 3.3 礦池——團結就是力量 3.4 雲挖礦——參與挖礦的極簡模式

正文

1 區塊鏈技術受到國家和互聯網巨頭的高度重視

1.1 作爲國家戰略技術的區塊鏈
2019 年 10 月 24 日下午，關於區塊鏈技術發展現狀和趨勢的第十八次集體學習時強調，區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起着重要作用；我們要把區塊鏈作爲核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。中國一直高度重視區塊鏈技術。早在 2016 年 12 月，區塊鏈就已作爲戰略性前沿技術、顛覆性技術被寫入《國務院關於印發“十三五”國家信息化規劃的通知》中。

近年來越來越多的機構開始重視並參與研究區塊鏈（Blockchain）技術。在互聯網金融領域，區塊鏈與人工智能（AI）、雲計算（Cloud Computing）、大數據（Big Data）並列爲四大革命性技術。BATJ （百度、阿里、騰訊和京東）等互聯網巨頭紛紛推出“ABCD （人工智能、區塊鏈、雲計算、大數據）”戰略。

1.2 區塊鏈起源於 BTC 區塊鏈技術起源於神祕人物中本聰創建的 BTC，其本質上是一種多個參與節點共同維護的分佈式賬本（數據庫），不依賴第三方，僅通過分佈式節點進行網絡數據的存儲、驗證和交流。與中心化的數據庫相比，區塊鏈具有防篡改、公開透明等特性。

2 新時代的淘金熱

2.1 靠算力“挖礦”的 BTC
BTC 網絡是一個任何節點都可自由加入、不記名的區塊鏈網絡，通過巧妙的 POW 機制達成一個全部節點參與的、滿足一致性的共識，實現了應用環境可信強度的一致性。中本聰在 BTC 白皮書《一種點對點的電子現金系統》中提出了 POW 共識機制，其核心思想是通過要求網絡中的節點付出一定量的算力競爭記錄區塊的權利（即記賬權），來保證共識的一致性。

在 POW 共識機制中，節點通過投入算力來爭奪記賬權。BTC 的挖礦算法是 SHA256 算法，礦工們通過掌握的算力爭奪 BTC 網絡的記賬權以獲取 BTC 獎勵，其原理如下：礦工們對區塊頭（block_header）進行兩次 SHA256 函數計算之後若小於難度目標（target_bits），即 SHA256(SHA256(block_header))< target_bits，表明該礦工取得當前區塊的記賬權。否則，礦工們會改變隨機數（nonce）值，直到滿足上述不等式並取得記賬權。target_bits 根據網絡的難度進行設定，難度會在每生成 2016 個區塊（約 14 天）後按規定算法進行調整，目的是保證網絡中區塊生成的時間間隔爲 10 分鐘左右。SHA256 (x) 表示 Hash 函數，x 的取值範圍被稱爲節點的搜索空間。POW 機制中節點的搜索空間是所有正整數，由於 Hash 函數的特性，不等式左邊可以認爲是在 Hash 函數值域上均勻分佈的隨機變量，target_bits 對於全體節點都是相同的，節點獲得記賬權的概率取決於其計算 Hash 的速度。參與節點通過競爭記賬權獲取新 BTC 的過程被形象地稱爲“挖礦”，所謂“挖礦”是將網絡協議規定的獲取通證的方式類比爲物理世界的“淘金”或“挖礦”。BTC 總量恆定爲 2100 萬枚，生成該區塊的“礦工”節點將獲得區塊獎勵，目前一共約有 1800 萬枚 BTC 被“挖”出來。按 BTC 的網絡協議，BTC“挖礦”的區塊獎勵每生成 21 萬個區塊（大約需四年）會減半一次，最初生成每個區塊獎勵 50 BTC，經過兩次減半後，目前已降至 12.5 BTC。預計 2020 年 5 月，BTC 區塊獎勵將迎來第三次減半。2.2 挖礦裝備的升級之路 **BTC 的挖礦經歷了從 CPU （中央處理器）挖礦到 GPU （圖形處理器）挖礦，再到 FPGA （現場可編程門陣列）挖礦，最終衍變爲專業的 ASIC （專用集成電路）礦機挖礦。中本聰的最初願景是人人都可以使用自有算力（個人電腦 CPU 算力）參與到 BTC 的挖礦中來，從而構建一個非中心化網絡。正如中本聰在 BTC 的白皮書上所言，“They vote with their CPU power （節點通過 CPU 算力來投票）”。由於在 POW 共識機制中，節點獲得記賬權的概率與該節點擁有算力的比例相關，這意味着在挖礦總算力不變的情況下，單個節點的算力越大，獲得 BTC 區塊獎勵的概率越大。2011 年 GPU 開始取代 CPU 進行挖礦，和 CPU 相比，GPU 的算力提高了數十倍。FPGA 礦機的算力性能與 GPU 礦機持平，功耗較低，但 FPGA 芯片產量不及 CPU 和 GPU，且設備維護管理成本較高，需要專門編寫挖礦程序，被淘汰的 FPGA 礦機的殘值也較低。FPGA 礦機最早出現於 2011 年，很快被 ASIC 礦機取代。2012 年下半年開始，專業的 ASIC 芯片礦機在 FPGA 的基礎上被研製出來並量產，2012 年 BTC 全網算力翻了一倍，至此，挖礦“軍備競賽”的序幕正式拉開，軍團化作戰的“礦場”開始登上歷史舞臺。隨着挖礦裝備的不斷升級，BTC 的全網算力也在不斷攀升**，2019 年 9 月 19 日，BTC 挖礦算力突破 100 EH/s，達到 105 EH/s，目前回落到 98 EH/s。當前 BTC 全網的運算速度相當於 66 臺 Summit （世界上運算速度最快的計算機），154 臺天河-2A （中國運算速度最快的計算機）。

3BTC 礦業藏寶圖

圍繞 BTC 挖礦已然形成了一個龐大的產業鏈。從上游的礦機芯片製造，到中游的礦機生產，最後落實到礦場、礦池的“挖礦”行爲。

3.1 礦機生產商——淘金熱時賣鏟子
隨着 BTC 的價格不斷攀升，BTC 挖礦全部被專業 ASIC 礦機接管。目前市面上比較流行的礦機品牌有翼比特、螞蟻礦機、阿瓦隆和神馬礦機，分別對應億邦國際、比特大陸、嘉楠耘智和比特微四大礦商。2019 年 10 月 11 日，作爲龍頭“礦霸”的比特大陸在官網正式發佈螞蟻礦機 S17+和 T17+，S17+的標準算力高達 73TH/s。新礦機具有算力高、功耗低、穩定性強等特點，有望進一步鞏固比特大陸在礦機市場的領先地位。根據比特大陸、嘉楠耘智和億邦國際在 2018 年提交的招股說明書，三大礦商都在 BTC 挖礦這場“淘金熱”中賺得盆滿鉢滿，成爲名副其實的“淘金熱時賣鏟子”案例。
根據嘉楠耘智在 2019 年 10 月 28 日向美國 SEC 提交的招股說明書，2017 年、2018 年、2019 年上半年，其毛利率分別是 46.2%、18.8%、3.9%，下滑明顯，這背後與 BTC 的價格大幅下跌息息相關。
2019 年 11 月 22 日，第二大礦機生產商嘉楠耘智經 SEC 批准，正式在納斯達克交易所上市交易，成爲首家成功上市的礦機生產商。 3.2 礦場——“淘金熱”的最前線
2012 年專業挖礦的 ASIC 礦機問世，BTC 挖礦正式進入“軍團化作戰”時代，ASIC 礦機組成的礦場雨後春筍般湧現出來。中國是 BTC 的主要產地。據 CoinShares Research 在 2019 年 6 月發佈的報告，估測全球 60% 的 BTC 產自中國。在水電資源豐富的四川等地，有大量數千臺礦機組成的小型礦場，亦不乏數萬臺礦機組成的大型礦場。電力成本通常是礦場選址的重要考慮因素，例如前蘇聯遺留的水電站附近、內蒙古荒漠地區燃煤發電廠附近均是礦場的聚集地。礦場的背後既有像比特大陸這樣的大財團，也有無數看好 BTC 挖礦收益的中小礦工。比特大陸的願景是構建全球最大的挖礦業務，2019 年 10 月 18 日，比特大陸在德克薩斯州宣佈，將與洛克代爾市開發區（MDD）、DMG 一起建立 50 兆瓦的礦場。在人煙稀少電力豐富之地，成千上萬臺礦機在礦工們搭建的廠房裏轟鳴着，處於“淘金熱”最前線，在 BTC 下次減半前每天都會產出約 1800 枚 BTC。 3.3 礦池——團結就是力量 礦場是挖礦硬件的集合，礦池是礦機產出算力的集合。
礦工將自己的礦機接入到某個礦池，貢獻算力到該礦池，共同挖礦以獲取收益，收益按算力貢獻進行分配。由於目前 BTC 全網挖礦算力越來越高，單個礦工的算力佔比很小（當前 BTC 的全網算力相當於 129 萬臺螞蟻礦機 S17+共同運作所產生的算力），導致挖礦產出很不穩定，這時礦池便應運而生，礦工通過礦池聯合起來與其他礦池進行挖礦競爭，不僅可以使收益更加穩定，也可以避免運行全節點（運行全節點需要下載維護近 250 G 的 BTC 賬本）。目前掌握算力較大的礦池主要有 Poolin、BTC.com、F2Pool 和 AntPool。其中 BTC.com 和 AntPool 爲比特大陸旗下的礦池。3.4 雲挖礦——參與挖礦的極簡模式所謂雲挖礦是指礦工直接向機構或個人購買雲算力挖礦的方式。例如在 NiceHash 平臺上用戶可以通過 P2P 的方式購買算力參與到 BTC、ETH 等多個通證的挖礦中來；比特小鹿（Bitdeer）通過打包礦機購買、物流、礦場選擇、機器維護、礦池接入的複雜環節，爲客戶簡化繁瑣的挖礦步驟。附註：因一些原因，本文中的一些名詞標註並不是十分精準，主要如：通證、數字通證、數字 currency、貨幣、token、Crowdsale 等，讀者如有疑問，可來電來函共同探討。

報告原文請見【通證通研究】發佈的研究報告：《算力爲王：全球礦業藏寶圖——區塊鏈專題 191129》