盡管加密貨幣的價格劇烈波動且環(huán)境問題日益嚴(yán)重，但北美的比特幣開采正在蓬勃發(fā)展。尤其是德克薩斯州，自中國于 2021 年禁止該行業(yè)以來，已開始成為震中，引發(fā)了該國的礦工外流。據(jù)報道，該禁令將中國對比特幣采礦業(yè)的控制從 2021 年 4 月全球行業(yè)的三分之二減少到 2021 年 7 月的零，為北美公司，特別是能源行業(yè)的公司創(chuàng)造了一個新的機(jī)會，讓他們更加熟悉使用比特幣挖礦并將其納入他們的商業(yè)模式。

對于那些不熟悉比特幣內(nèi)部運作的人來說，“挖礦”是區(qū)塊鏈驗證交易的方式。它本質(zhì)上是一場向加密貨幣不斷擴(kuò)展的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)添加區(qū)塊或記錄的加密競爭。作為這項服務(wù)的交換，獲勝的礦工將獲得比特幣 (BTC) 的報酬，比特幣在 2021 年 11 月達(dá)到了超過68,000 美元的創(chuàng)紀(jì)錄價格。

在中國禁令之后，總部位于北美的公司，包括 Riot Blockchain 和 Marathon Digital Holdings，正在籌集創(chuàng)紀(jì)錄的資金，以提高產(chǎn)量并擴(kuò)大其工業(yè)規(guī)模運營。與此同時，中國公司加入了所謂的北美礦業(yè)大遷移，投資美國設(shè)施并建造自己的大型倉庫，配備數(shù)千臺專門用于開采多種加密貨幣的小型計算機(jī)，其中最受歡迎的是比特幣。

我從為探索這一蓬勃發(fā)展業(yè)務(wù)的加拿大客戶進(jìn)行可行性研究的經(jīng)驗中學(xué)到的是，新進(jìn)入者，特別是能源公司，也正在通過合資企業(yè)和其他合作伙伴關(guān)系以實質(zhì)性的方式進(jìn)入該行業(yè)。電力成本是加密貨幣挖礦中最重要的因素之一。這意味著能夠獲得可靠、低成本電力（尤其是可再生能源）的公司有機(jī)會在北美行業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮核心作用。

在本文中，我將深入了解比特幣挖礦的基本原理，并展示如何計算成本和回報，這可能是巨大的。我還解決了該行業(yè)的挑戰(zhàn)，包括有關(guān)能源使用和風(fēng)險的問題，例如不斷發(fā)展的加密監(jiān)管環(huán)境。

比特幣正在蓬勃發(fā)展

自 2009 年推出以來，比特幣已經(jīng)激發(fā)了數(shù)千種加密貨幣的靈感，但就價值而言，它仍然是獨一無二的。盡管其價格波動很大，但其貨幣政策通過在預(yù)定的時間表內(nèi)將開采限制為 2100 萬比特幣來建立穩(wěn)定性。盡管現(xiàn)在有近1900 萬比特幣在流通，但挖礦獎勵會定期減半，因此要到 2140 年才能耗盡比特幣的產(chǎn)量。

雖然其他加密網(wǎng)絡(luò)也管理供應(yīng)，但沒有一個能夠復(fù)制比特幣的受歡迎程度。隨著投資者接受這一資產(chǎn)類別，比特幣的期貨和交易所交易基金成為第一個被引入受監(jiān)管的美國和歐洲市場的基金。它很快出現(xiàn)在特斯拉和積壓庫存等公司的資產(chǎn)負(fù)債表上。這種需求幫助比特幣的市值在 2021 年 11 月突破了 1 萬億美元。相比之下，第二受歡迎的加密貨幣以太坊僅達(dá)到該價值的一半左右。

比特幣還因其催生的工業(yè)規(guī)模采礦業(yè)務(wù)或農(nóng)場而脫穎而出。擁有最先進(jìn)技術(shù)的最大加密設(shè)施主要或完全專注于比特幣，例如 Genesis Mining 農(nóng)場，它消耗的電力比冰島任何其他公司都多。北美最大的農(nóng)場之一是 Riot Blockchain 的德克薩斯工廠，它在 100 英畝的土地上占據(jù)了三個大型倉庫，其中包含 60,000 臺僅專注于比特幣的采礦計算機(jī)。

比特幣挖礦基礎(chǔ)

每種加密貨幣的根基都是區(qū)塊鏈，它本質(zhì)上是一個電子分類賬，用于維持不斷增長的記錄列表。鏈中的區(qū)塊基本上是記錄比特幣交易等數(shù)據(jù)的文件，包括哪個礦工成功創(chuàng)建了該特定區(qū)塊。每個塊還包括一個哈希，一個唯一的 64 位十六進(jìn)制值標(biāo)識它及其內(nèi)容，以及鏈中前一個塊的哈希。

為了在大多數(shù)加密貨幣（包括比特幣）中贏得一個區(qū)塊，礦工必須第一個猜出等于或低于比特幣為交易生成的哈希值。隨著越來越多的礦工參與競爭，并且部署了更多的計算能力，每個礦工首先進(jìn)入的機(jī)會都會降低——目前的幾率是幾十萬億分之一——這有助于確保創(chuàng)建新區(qū)塊的速度目前約為每 10 分鐘一個。

礦工之間的這種競爭還通過允許交易和數(shù)據(jù)以所謂的去信任方式流動來共同保護(hù)區(qū)塊鏈，這意味著不需要像銀行這樣的中介來確保比特幣不會被重復(fù)使用。相反，解決正確哈希的困難和成功的經(jīng)濟(jì)獎勵創(chuàng)造了一種安全的共識機(jī)制，使惡意用戶無法破解成本效益太低。

比特幣使用的共識機(jī)制被稱為工作量證明或 PoW。由于該算法最終依賴于數(shù)千臺計算機(jī)的集體力量，因此它是維護(hù)安全和去中心化網(wǎng)絡(luò)的一種特別穩(wěn)健的方式。不過，它也有缺點。最重要的是，它非常耗能。隨著越來越多的計算機(jī)能力用于采礦，賺取加密貨幣和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)所需的電量也會增加。

其他一些加密貨幣，如以太坊，已經(jīng)或計劃切換到稱為權(quán)益證明或 PoS 的不同算法。PoS 不需要同樣廣泛的、分散的礦工網(wǎng)絡(luò)來支持其運營，因此能源密集度要低得多。雖然它不那么安全，但其較少的能源需求可能會使這些區(qū)塊鏈更容易和更具成本效益地支持下一代加密應(yīng)用程序，如智能合約、不可替代的代幣和去中心化金融。然而，比特幣尚未宣布任何過渡到 PoS 的計劃。

最后，作為比特幣供應(yīng)管理系統(tǒng)的一部分，開采區(qū)塊的獎勵將減半，從 2020 年 5 月最近一次減半后開采的每區(qū)塊 6.25 BTC 降至 2024 年的 3.125 BTC。 ，即使面對計劃中的下跌，也說明了該行業(yè)的盈利能力以及原始加密貨幣將繼續(xù)升值的預(yù)期。這也反映了一個事實，即所謂的哈希率（衡量網(wǎng)絡(luò)中特定時間計算的哈希猜測總數(shù)）在 2021 年中國運營商被迫關(guān)閉時暴跌。這為新礦工創(chuàng)造了巨大的機(jī)會。2021 年 12 月，哈希率約為175 quintillion hashes— 或 175 exahashes — 每秒 (EH/s)。

比特幣挖礦設(shè)置

開采比特幣所需的資源包括：

• 至少一臺專門用于競爭和支持特定加密貨幣的專用計算機(jī)（稱為特定應(yīng)用集成電路或 ASIC 礦工）。
• 可靠且廉價的能源供應(yīng)。
• 可靠的互聯(lián)網(wǎng)連接。
• 冷卻基礎(chǔ)設(shè)施（無論你是在家里還是在比特幣農(nóng)場挖礦）。
• 建立和監(jiān)控操作的計算機(jī)、軟件和技術(shù)技能。

家庭采礦作業(yè)可能僅由一臺計算機(jī)和少數(shù) ASIC 礦工組成。

單身愛好者在很大程度上是比特幣最初受歡迎的原因，但他們現(xiàn)在更有可能加入像 Slush Pool 或 AntPool 這樣的虛擬采礦集體，以增加他們成功的幾率。

今天的行業(yè)更準(zhǔn)確地表示為一個工業(yè)規(guī)模的礦場，其中包含數(shù)千個 ASIC 礦工，這些礦工安置在一個倉庫甚至一系列倉庫中。

無論您是在家中還是在倉庫中設(shè)置，無論規(guī)模大小，挖礦框架都是相似的。

您首先需要購買針對比特幣優(yōu)化的 ASIC 礦機(jī)，例如由 Bitmain 或 Whatsminer 生產(chǎn)的礦機(jī)。新的 ASIC 起價約為 11,000 美元，但舊型號可以以更低的價格二手購買。在其他條件相同的情況下，較新的版本每秒產(chǎn)生更多的 terahashes，或 TH/s，因此目標(biāo)是尋找您能負(fù)擔(dān)得起的最新且因此最高效的 ASIC。

下一個優(yōu)先事項是電源，它是運行和冷卻 ASIC 所必需的。鑒于相對較低的開銷和設(shè)備成本的差異，電價成為計算您的底線的最重要因素。劍橋大學(xué)另類金融中心制作了一張全球地圖，顯示了在中國禁止采礦后，該行業(yè)如何尋找廉價電力，以及美國、加拿大和俄羅斯等國家的哈希率如何顯著增加。

然后，當(dāng)然，您將需要考慮建立和維護(hù)您的運營的成本，保持涼爽，將其連接到快速、可靠的互聯(lián)網(wǎng)提供商，如果您不打算自己管理它，還需要配備人員。

在收入方面，如果礦工贏得一個區(qū)塊，他們可以獲得區(qū)塊獎勵和交易費（網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償成功礦工并激勵他們繼續(xù)確認(rèn)交易的費用）。交易費用可能會因網(wǎng)絡(luò)狀況和交易者愿意為加急處理支付多少費用而有所不同，但根據(jù)我的分析，到 2021 年底，費用平均約為 0.125 BTC，約占整體獎勵的 2%。

比特幣礦業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)

為了用一個假設(shè)的例子來說明比特幣挖礦所涉及的財務(wù)考慮，讓我們看一下用一個 ASIC 礦工挖一個比特幣的估計成本和收入。

這些表格代表基于 2021 年 12 月值的典型成本和收入。

那么，模型看起來像這樣：

開采一個比特幣所需的哈希值：

= 網(wǎng)絡(luò)哈希率 * 每天秒數(shù) / 每天開采的比特幣（包括費用）

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

ASIC 礦工開采一個比特幣所需的時間：

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

資本支出（資本支出）：

• 每個 ASIC 生命周期開采的比特幣 = 2.5 年 / ~5.22 年 = ~0.48 BTC
• 每個比特幣的有效價格 = ASIC 礦工的價格 / 在其生命周期內(nèi)開采的比特幣

= 10,858 美元 / ~0.48 比特幣 = ~22,684 美元

運營費用（Opex）：

• 每個比特幣的電力成本 = 開采一個比特幣所需的時間 * 能源消耗 * 成本 = ~5.22 年 * 365 天 * 24 小時 * 3,400 * 0.05 美元 / 1,000 = 7,778 美元
• 每個比特幣的冷卻和其他間接費用 = 電費的 20% = 約 1,556 美元

每個比特幣的總生產(chǎn)成本：= 資本支出 + 電力 + 每個比特幣的其他運營成本

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

= ~$32,018

注：總數(shù)已四舍五入。數(shù)字是近似值。

因此，在我們假設(shè)的操作中，我們用一個 ASIC 礦工在 5 年內(nèi)以大約 32,000 美元的成本生產(chǎn)了一個比特幣。

該模型還展示了規(guī)模對于快速收回初始投資的重要性。迅速收支平衡需要多臺機(jī)器，任何考慮投資的人都應(yīng)該評估與已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)部分算力的現(xiàn)有玩家的合作伙伴關(guān)系。如果礦工能夠?qū)⑵渖⒘心芰ω暙I(xiàn)給礦池，那么這些經(jīng)濟(jì)學(xué)轉(zhuǎn)化為大約 16-18 個月的初始 ASIC 成本的收支平衡期，之后礦工可以在 ASIC 的剩余生命周期中獲得利潤.

比特幣挖礦風(fēng)險

當(dāng)然，沒有新企業(yè)是沒有風(fēng)險的。由于礦工以比特幣支付，價格波動是主要的收入風(fēng)險。運營風(fēng)險包括互聯(lián)網(wǎng)連接的潛在問題、ASIC 過熱和系統(tǒng)黑客攻擊等因素——盡管考慮到比特幣網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和安全性，黑客攻擊風(fēng)險仍然很低。

首要考慮的是電力的可用性和可靠性。由于電力是這種運營模式的核心，礦工需要密切關(guān)注其供應(yīng)的冗余。雖然德克薩斯州已成為該行業(yè)的中心，但潛在投資者應(yīng)考慮其電網(wǎng)脆弱性的重大問題。

正如中國和其他國家的礦商一直在學(xué)習(xí)的那樣，監(jiān)管環(huán)境也帶來了潛在風(fēng)險。即使是以前歡迎礦工的國家，如哈薩克斯坦和冰島，也開始減少新的和現(xiàn)有的采礦業(yè)務(wù)，以管理對其能源網(wǎng)的需求。德克薩斯州等許多美國州政府已經(jīng)接受了比特幣挖礦，其中一些甚至為生產(chǎn)者提供激勵措施。但美國聯(lián)邦政府現(xiàn)在正在密切關(guān)注該行業(yè)，新的稅務(wù)報告要求將于 2023 年開始，美聯(lián)儲加強(qiáng)了對加密貨幣對消費者、銀行和整個金融系統(tǒng)的風(fēng)險的審查。

由于美國和世界各地的加密貨幣法規(guī)仍然非常不穩(wěn)定，礦工需要保持警惕并注意可能破壞其底線的變化。

比特幣采礦的能源需求導(dǎo)致了另一個問題：采礦對環(huán)境的影響，這帶來了道德和聲譽(yù)風(fēng)險。加密貨幣行業(yè)因其碳足跡而受到嚴(yán)厲批評。紐約時報最近將比特幣每年消耗的總電力等同于芬蘭一年的使用量。事實是，即使是最高效的比特幣挖礦操作也需要大約 155,000 千瓦時來開采一個比特幣。相比之下，美國家庭平均每月消耗約900千瓦時。

氣候不再是一個小眾問題。根據(jù)德勤最近的一份報告，減少碳排放現(xiàn)在基本上是一個普遍的優(yōu)先事項，品牌正在做出回應(yīng)。2021 年 5 月，曾是比特幣主要投資者的特斯拉宣布，出于環(huán)境考慮，將暫停使用比特幣進(jìn)行購買。該公司此后表示，一旦可以確認(rèn)至少 50% 的比特幣采礦業(yè)務(wù)使用可再生資源，它將恢復(fù)接受比特幣。

加密行業(yè)也開始做出回應(yīng)。許多較大的生產(chǎn)商正致力于通過直接購買或獲得碳信用額來過渡到可再生能源。Great American Mining 和 Crusoe Energy 等公司也為礦場開發(fā)了利用原本會被浪費的電力的方法，例如油田燃燒的天然氣、無法儲存的過剩太陽能或風(fēng)能，或溢出產(chǎn)生的水力發(fā)電從水壩。當(dāng)然，這種策略只有在加密挖掘不增加過程中的需求時才有效。

比特幣挖礦：新機(jī)遇

雖然大規(guī)模比特幣采礦經(jīng)濟(jì)學(xué)非常有吸引力，但生產(chǎn)商必須認(rèn)識到他們的監(jiān)管和環(huán)境背景。對于電力公司等新進(jìn)入者而言，將比特幣挖礦納入現(xiàn)有運營以更好地管理自己的能源輸出提供了一個獨特的機(jī)會，除了多余的資源外，還可以利用公眾輿論。

劍橋大學(xué)發(fā)現(xiàn)，大約 40% 的 PoW 挖礦已經(jīng)由可再生能源提供動力，但顯著增加這一數(shù)字的壓力仍然存在。擁有具有環(huán)保意識的能源解決方案的公司可以在這方面發(fā)揮重要作用，同時也可以獲得可觀的回報。