比特幣挖礦原理簡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):建立一個全球分布式賬本，每一個參與賬戶驗(yàn)證和打包的節(jié)點(diǎn)都能查詢存儲

比特幣“挖礦”原理簡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):

建立一個全球分布式賬本，每一個參與賬戶驗(yàn)證和打包的節(jié)點(diǎn)都能查詢存儲的自創(chuàng)世以來發(fā)生的所有交易細(xì)節(jié)來保障任意賬戶內(nèi)的一筆錢不會被花銷兩次。

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)，后一個區(qū)塊使用前一個區(qū)塊的簽名信息對自己簽名，形成簽名“鏈”。這樣一個“區(qū)塊鏈”能保證賬戶和交易信息不被篡改。(圖1紅圈)

每時每刻都有未確認(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)的交易對照歷史區(qū)塊鏈驗(yàn)證并打包成一個“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，而是接下來需要參與一場難度不斷提升的算術(shù)競賽，勝出者的結(jié)果才能獲得全網(wǎng)認(rèn)可并得到獎勵(新發(fā)行的比特幣)(圖1綠圈)。

同時有多人勝出時還需要通過表決機(jī)制只保留一個礦工產(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)計算的一個性質(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)是對區(qū)塊內(nèi)的交易信息計算出一個哈希值作為簽名，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隨機(jī)尾數(shù)再計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。為了保障每個區(qū)塊生成時間具備足夠的間隔，“挖礦”所要求的頭部為零的數(shù)目定期自動增加，人為增加計算隨機(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購買比特幣挖礦機(jī)的根本目的在于通過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。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運(yùn)營。

挖礦的實(shí)質(zhì)可簡單理解為全世界所有的挖礦設(shè)備一起來通過算隨機(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，但大約四年會跳躍減半一次。

但對于單個比特機(jī)挖礦設(shè)備而言，一旦被制造出來，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)算力提升有幾個因素:

當(dāng)最新工藝的礦機(jī)設(shè)備推出市場后，算力往往會有指數(shù)級別的增長;

而當(dāng)比特幣價格較為穩(wěn)定，礦機(jī)設(shè)備產(chǎn)能比較穩(wěn)定的時候，算力增速往往放緩到趨于線性增長，制約增速的主要是礦機(jī)設(shè)備產(chǎn)能;

當(dāng)比特幣價格開始下跌的時候，由于投資挖礦在這個階段可能產(chǎn)生虧損，下游的投資需求放緩，導(dǎo)致算力增長緩慢。

由于單個礦機(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，則單個礦機(jī)的收益將不斷下降并逐漸趨于零。而單個礦機(jī)的耗電(主要運(yùn)營成本)卻近似恒定。所以當(dāng)開動礦機(jī)獲得的比特幣兌換成現(xiàn)金后不足以支付電費(fèi)，除非比特幣未來漲價，否則這臺礦機(jī)實(shí)質(zhì)上進(jìn)入報廢狀態(tài)，不應(yīng)再被開啟。

造成礦場礦機(jī)報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。

因此礦場實(shí)質(zhì)上有一個“軍備競賽”的需求，當(dāng)其他礦場大規(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，在合適的時間也應(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)比特幣價格保持不變時，礦場運(yùn)營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)了比特幣價格不變，但從比特幣自誕生之日起起價格就一直處在較大波動中。

本節(jié)將分析如果比特幣價格發(fā)生長期性變化，其對礦機(jī)盈利的影響，以及對礦場運(yùn)營商需求的影響。

在圖3中，綠色曲線表示當(dāng)比特幣兌法定貨幣如美元/人民幣價格上漲并保持一定水平后，同一臺礦機(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)域則表示同一臺礦機(jī)可能獲得的超額利潤。從圖中可見紫色區(qū)域面積并不小，意味著比特幣價格的暴漲暴跌對礦機(jī)盈利能力的影響也較大。

當(dāng)比特幣價格快速上漲之時，投資者和投機(jī)者可能會對投資于礦機(jī)運(yùn)營的回報產(chǎn)生更高的期望，從而刺激礦場的新建與擴(kuò)容，提升上游挖礦硬件商的訂單;

當(dāng)比特幣價格長期低迷之時，挖礦就會顯得無利可圖，礦場也會放緩擴(kuò)容以及對礦機(jī)的更新?lián)Q代，此時上游挖礦硬件商的訂單將會大幅下滑;

第二條結(jié)論:上游挖礦硬件制造商的訂單與業(yè)績和比特幣價格高度正相關(guān)。

礦場運(yùn)營背后的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析

比特幣礦場運(yùn)營是一項高風(fēng)險的經(jīng)營活動，主要原因是:

礦場主無法預(yù)測投產(chǎn)后一段時間比特幣的幣價，如果比特幣價格過低，則礦機(jī)可能因產(chǎn)出無法覆蓋電費(fèi)提早報廢造成無法收回礦機(jī)的資本開支，造成虧損;

礦場主無法預(yù)測投產(chǎn)后一段時間全網(wǎng)算力的提升，即便比特幣價格基本穩(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)提前報廢，無法收回投資礦機(jī)的資本開支;而全網(wǎng)算力的增長主要取決于多少資本被吸引進(jìn)礦機(jī)行業(yè)以及未來新一代礦機(jī)的性能，這是很難預(yù)測的。

雖然礦場主無法預(yù)測影響未來是否盈利的兩大變量:比特幣價格P和全網(wǎng)算力C，但從理性經(jīng)紀(jì)人的假說考慮，投資礦場的人多少會根據(jù)現(xiàn)在的情況去做投資決策。

在假設(shè)當(dāng)前幣價不變，全網(wǎng)算力按某種規(guī)律隨時間增長的模型下，如果新增礦機(jī)可能造成兩種虧損，則我們可以認(rèn)為投資購買新比特幣礦機(jī)的沖動將被壓制:

如果比特幣價格波動造成當(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，這意味著新購買同樣的礦機(jī)是更不可能的。

我們認(rèn)為這個價格和全網(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)備需求會因?yàn)楸忍貛艃r格低迷而長期低迷。

在當(dāng)前幣價下啟動礦機(jī)雖然還有運(yùn)營利潤但不高，但全球算力還在快速增長，在可預(yù)期的未來如果幣價不再大幅上升，則新增礦機(jī)無法收回固定的資本開支，那么理性的礦場運(yùn)行主的投資沖動將下降。

我們認(rèn)為這個幣價和全網(wǎng)算力的組合可以視為礦機(jī)設(shè)備供需的“弱平衡點(diǎn)”，即理性的礦場投資人會收縮資本開支，除非更先進(jìn)的礦機(jī)設(shè)備面市。

關(guān)鍵詞： 比特幣