比特幣挖礦的原理是什么你了解礦場運營背后的經(jīng)濟學嗎？

2018-07-30 17:29:14 來源：新浪

比特幣挖礦原理簡介比特幣以及其背后的區(qū)塊鏈技術的主要原理為(圖1):建立一個全球分布式賬本，每一個參與賬戶驗證和打包的節(jié)點都能查詢存儲

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，每一個參與賬戶驗證和打包的節(jié)點都能查詢存儲的自創(chuàng)世以來發(fā)生的所有交易細節(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，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交易被廣播給全網(wǎng)，然后所有愿意參與驗證交易的節(jié)點(比特幣礦工)每10分鐘都將選擇一些未確認的交易對照歷史區(qū)塊鏈驗證并打包成一個“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競賽，勝出者的結(jié)果才能獲得全網(wǎng)認可并得到獎勵(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制只保留一個礦工產(chǎn)生的結(jié)果而作廢其他人的確認。

圖1藍圈則更詳細解釋了區(qū)塊的構成和生成:上一個被確認區(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)是重復計算隨機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，人為增加計算隨機數(shù)“試運氣”的難度。

挖礦設備的基本盈利能力分析礦場購買比特幣挖礦機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備和礦機產(chǎn)業(yè)是否能盈利，首先需要理解比特幣礦場運營。

挖礦的實質(zhì)可簡單理解為全世界所有的挖礦設備一起來通過算隨機數(shù)的哈希值的方法抽簽，中簽的概率為設備算力/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。

但對于單個比特機挖礦設備而言，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。

礦機算力提升有幾個因素:

當最新工藝的礦機設備推出市場后，算力往往會有指數(shù)級別的增長;

而當比特幣價格較為穩(wěn)定，礦機設備產(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設備產(chǎn)能;

當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，導致算力增長緩慢。

由于單個礦機的中簽率為設備算力/全世界總算力，全世界總算力不斷增長，則單個礦機的收益將不斷下降并逐漸趨于零。而單個礦機的耗電(主要運營成本)卻近似恒定。所以當開動礦機獲得的比特幣兌換成現(xiàn)金后不足以支付電費，除非比特幣未來漲價，否則這臺礦機實質(zhì)上進入報廢狀態(tài)，不應再被開啟。

造成礦場礦機報廢的主要原因往往是新一代挖礦硬件(主要依靠提升設備制造工藝水平)提升了運算速度并降低了能耗。

因此礦場實質(zhì)上有一個“軍備競賽”的需求，當其他礦場大規(guī)模采用先進工藝制造的設備后，自己的礦機將面臨被淘汰的風險，在合適的時間也應跟進采用先進工藝的ASIC。

我們可以得出第一條結(jié)論:當比特幣價格保持不變時，礦場運營商存在不斷更新更先進挖礦設備的需求。

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比特幣價格與礦機產(chǎn)業(yè)訂單的關系分析圖2的分析假設了比特幣價格不變，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，其對礦機盈利的影響，以及對礦場運營商需求的影響。

在圖3中，綠色曲線表示當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盈利能力的影響也較大。

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

當比特幣價格長期低迷之時，挖礦就會顯得無利可圖，礦場也會放緩擴容以及對礦機的更新?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。

礦場運營背后的經(jīng)濟學分析

比特幣礦場運營是一項高風險的經(jīng)營活動，主要原因是:

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

礦場主無法預測投產(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投產(chǎn)造成)，仍有可能造成礦機提前報廢，無法收回投資礦機的資本開支;而全網(wǎng)算力的增長主要取決于多少資本被吸引進礦機行業(yè)以及未來新一代礦機的性能，這是很難預測的。