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算力为王:全球矿业藏宝图

2019-11-30 13:34:02 来源:通证通 阅读:3352
   
围绕 BTC 挖矿已然形成了庞大的产业链,本文将力图展现 BTC 矿业的藏宝图。

文:宋双杰,CFA;程东锋

导读

随着 BTC 的共识度越来越高,BTC“挖矿”经常被称作新时代的“淘金热”。围绕 BTC 挖矿已然形成了庞大的产业链,本文将力图展现 BTC 矿业的藏宝图。

摘要

近年来火热的“区块链”起源于神秘人物中本聪创建的 BTC。通过竞争记账权获取新 BTC 的过程被形象地称为“挖矿”,是将网络协议规定的获取 BTC 的方式类比为物理世界的“淘金”或“挖矿”。BTC 的挖矿经历了从 CPU 挖矿到 GPU 挖矿,再到 FPGA 挖矿,最终衍变为专业的 ASIC 矿机挖矿。ASIC 矿机研制出来后,挖矿“军备竞赛”的序幕正式拉开。

随着挖矿装备不断升级,BTC 的全网算力也在不断攀升。比特大陆、嘉楠耘智和亿邦国际三大矿商在 BTC 挖矿这场“淘金热”中赚得盆满钵满,成为名副其实的“淘金热时卖铲子”案例。围绕 BTC 挖矿已然形成了一个庞大的产业链,从上游的矿机芯片制造,到中游的矿机生产,最后落实到矿场、矿池的“挖矿”行为。

矿场是挖矿硬件的集合,矿池是矿机产出算力的集合。矿工将自己的矿机接入到某个矿池,贡献算力到该矿池,共同挖矿以获取收益,收益按算力贡献进行分配。矿工通过矿池联合起来与其他矿池进行挖矿竞争,不仅可以使收益更加稳定,也可以避免运行全节点。云挖矿是指矿工直接向机构或个人购买云算力挖矿的方式,是参与挖矿的最方便快捷的方式。风险提示:量子计算机技术突飞猛进、市场趋势风险

目录

1 区块链技术受到国家和互联网巨头的高度重视

1.1 作为国家战略技术的区块链

1.2 区块链起源于 BTC

2 新时代的淘金热

2.1 靠算力“挖矿”的 BTC

2.2 挖矿装备的升级之路

3 BTC 矿业藏宝图
3.1 矿机生产商——淘金热时卖铲子 

3.2 矿场——“淘金热”的最前线 

3.3 矿池——团结就是力量

 3.4 云挖矿——参与挖矿的极简模式

正文

1 区块链技术受到国家和互联网巨头的高度重视

1.1 作为国家战略技术的区块链
2019 年 10 月 24 日下午,关于区块链技术发展现状和趋势的第十八次集体学习时强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用;我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。中国一直高度重视区块链技术。早在 2016 年 12 月,区块链就已作为战略性前沿技术、颠覆性技术被写入《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》中。

近年来越来越多的机构开始重视并参与研究区块链(Blockchain)技术。在互联网金融领域,区块链与人工智能(AI)、云计算(Cloud Computing)、大数据(Big Data)并列为四大革命性技术。BATJ (百度、阿里、腾讯和京东)等互联网巨头纷纷推出“ABCD (人工智能、区块链、云计算、大数据)”战略。

1.2 区块链起源于 BTC区块链技术起源于神秘人物中本聪创建的 BTC,其本质上是一种多个参与节点共同维护的分布式账本(数据库),不依赖第三方,仅通过分布式节点进行网络数据的存储、验证和交流。与中心化的数据库相比,区块链具有防篡改、公开透明等特性。

2 新时代的淘金热

2.1 靠算力“挖矿”的 BTC
BTC 网络是一个任何节点都可自由加入、不记名的区块链网络,通过巧妙的 POW 机制达成一个全部节点参与的、满足一致性的共识,实现了应用环境可信强度的一致性。中本聪在 BTC 白皮书《一种点对点的电子现金系统》中提出了 POW 共识机制,其核心思想是通过要求网络中的节点付出一定量的算力竞争记录区块的权利(即记账权),来保证共识的一致性。

在 POW 共识机制中,节点通过投入算力来争夺记账权。BTC 的挖矿算法是 SHA256 算法,矿工们通过掌握的算力争夺 BTC 网络的记账权以获取 BTC 奖励,其原理如下:矿工们对区块头(block_header)进行两次 SHA256 函数计算之后若小于难度目标(target_bits),即 SHA256(SHA256(block_header))< target_bits,表明该矿工取得当前区块的记账权。否则,矿工们会改变随机数(nonce)值,直到满足上述不等式并取得记账权。target_bits 根据网络的难度进行设定,难度会在每生成 2016 个区块(约 14 天)后按规定算法进行调整,目的是保证网络中区块生成的时间间隔为 10 分钟左右。SHA256 (x) 表示 Hash 函数,x 的取值范围被称为节点的搜索空间。POW 机制中节点的搜索空间是所有正整数,由于 Hash 函数的特性,不等式左边可以认为是在 Hash 函数值域上均匀分布的随机变量,target_bits 对于全体节点都是相同的,节点获得记账权的概率取决于其计算 Hash 的速度。

参与节点通过竞争记账权获取新 BTC 的过程被形象地称为“挖矿”,所谓“挖矿”是将网络协议规定的获取通证的方式类比为物理世界的“淘金”或“挖矿”。BTC 总量恒定为 2100 万枚,生成该区块的“矿工”节点将获得区块奖励,目前一共约有 1800 万枚 BTC 被“挖”出来。按 BTC 的网络协议,BTC“挖矿”的区块奖励每生成 21 万个区块(大约需四年)会减半一次,最初生成每个区块奖励 50 BTC,经过两次减半后,目前已降至 12.5 BTC。预计 2020 年 5 月,BTC 区块奖励将迎来第三次减半。

2.2 挖矿装备的升级之路BTC 的挖矿经历了从 CPU (中央处理器)挖矿到 GPU (图形处理器)挖矿,再到 FPGA (现场可编程门阵列)挖矿,最终衍变为专业的 ASIC (专用集成电路)矿机挖矿。中本聪的最初愿景是人人都可以使用自有算力(个人电脑 CPU 算力)参与到 BTC 的挖矿中来,从而构建一个非中心化网络。正如中本聪在 BTC 的白皮书上所言,“They vote with their CPU power (节点通过 CPU 算力来投票)”。由于在 POW 共识机制中,节点获得记账权的概率与该节点拥有算力的比例相关,这意味着在挖矿总算力不变的情况下,单个节点的算力越大,获得 BTC 区块奖励的概率越大。2011 年 GPU 开始取代 CPU 进行挖矿,和 CPU 相比,GPU 的算力提高了数十倍。FPGA 矿机的算力性能与 GPU 矿机持平,功耗较低,但 FPGA 芯片产量不及 CPU 和 GPU,且设备维护管理成本较高,需要专门编写挖矿程序,被淘汰的 FPGA 矿机的残值也较低。FPGA 矿机最早出现于 2011 年,很快被 ASIC 矿机取代。2012 年下半年开始,专业的 ASIC 芯片矿机在 FPGA 的基础上被研制出来并量产,2012 年 BTC 全网算力翻了一倍,至此,挖矿“军备竞赛”的序幕正式拉开,军团化作战的“矿场”开始登上历史舞台。

随着挖矿装备的不断升级,BTC 的全网算力也在不断攀升,2019 年 9 月 19 日,BTC 挖矿算力突破 100 EH/s,达到 105 EH/s,目前回落到 98 EH/s。当前 BTC 全网的运算速度相当于 66 台 Summit (世界上运算速度最快的计算机),154 台天河-2A (中国运算速度最快的计算机)。

3BTC 矿业藏宝图

围绕 BTC 挖矿已然形成了一个庞大的产业链。从上游的矿机芯片制造,到中游的矿机生产,最后落实到矿场、矿池的“挖矿”行为。

3.1 矿机生产商——淘金热时卖铲子


随着 BTC 的价格不断攀升,BTC 挖矿全部被专业 ASIC 矿机接管。目前市面上比较流行的矿机品牌有翼比特、蚂蚁矿机、阿瓦隆和神马矿机,分别对应亿邦国际、比特大陆、嘉楠耘智和比特微四大矿商。

2019 年 10 月 11 日,作为龙头“矿霸”的比特大陆在官网正式发布蚂蚁矿机 S17+和 T17+,S17+的标准算力高达 73TH/s。新矿机具有算力高、功耗低、稳定性强等特点,有望进一步巩固比特大陆在矿机市场的领先地位。

根据比特大陆、嘉楠耘智和亿邦国际在 2018 年提交的招股说明书,三大矿商都在 BTC 挖矿这场“淘金热”中赚得盆满钵满,成为名副其实的“淘金热时卖铲子”案例。

根据嘉楠耘智在 2019 年 10 月 28 日向美国 SEC 提交的招股说明书,2017 年、2018 年、2019 年上半年,其毛利率分别是 46.2%、18.8%、3.9%,下滑明显,这背后与 BTC 的价格大幅下跌息息相关。
2019 年 11 月 22 日,第二大矿机生产商嘉楠耘智经 SEC 批准,正式在纳斯达克交易所上市交易,成为首家成功上市的矿机生产商。 3.2 矿场——“淘金热”的最前线
2012 年专业挖矿的 ASIC 矿机问世,BTC 挖矿正式进入“军团化作战”时代,ASIC 矿机组成的矿场雨后春笋般涌现出来。

中国是 BTC 的主要产地。据 CoinShares Research 在 2019 年 6 月发布的报告,估测全球 60% 的 BTC 产自中国。在水电资源丰富的四川等地,有大量数千台矿机组成的小型矿场,亦不乏数万台矿机组成的大型矿场。电力成本通常是矿场选址的重要考虑因素,例如前苏联遗留的水电站附近、内蒙古荒漠地区燃煤发电厂附近均是矿场的聚集地。矿场的背后既有像比特大陆这样的大财团,也有无数看好 BTC 挖矿收益的中小矿工。比特大陆的愿景是构建全球最大的挖矿业务,2019 年 10 月 18 日,比特大陆在德克萨斯州宣布,将与洛克代尔市开发区(MDD)、DMG 一起建立 50 兆瓦的矿场。在人烟稀少电力丰富之地,成千上万台矿机在矿工们搭建的厂房里轰鸣着,处于“淘金热”最前线,在 BTC 下次减半前每天都会产出约 1800 枚 BTC。 3.3 矿池——团结就是力量 矿场是挖矿硬件的集合,矿池是矿机产出算力的集合。
矿工将自己的矿机接入到某个矿池,贡献算力到该矿池,共同挖矿以获取收益,收益按算力贡献进行分配。由于目前 BTC 全网挖矿算力越来越高,单个矿工的算力占比很小(当前 BTC 的全网算力相当于 129 万台蚂蚁矿机 S17+共同运作所产生的算力),导致挖矿产出很不稳定,这时矿池便应运而生,矿工通过矿池联合起来与其他矿池进行挖矿竞争,不仅可以使收益更加稳定,也可以避免运行全节点(运行全节点需要下载维护近 250 G 的 BTC 账本)。目前掌握算力较大的矿池主要有 Poolin、BTC.com、F2Pool 和 AntPool。其中 BTC.com 和 AntPool 为比特大陆旗下的矿池。

3.4 云挖矿——参与挖矿的极简模式所谓云挖矿是指矿工直接向机构或个人购买云算力挖矿的方式。例如在 NiceHash 平台上用户可以通过 P2P 的方式购买算力参与到 BTC、ETH 等多个通证的挖矿中来;比特小鹿(Bitdeer)通过打包矿机购买、物流、矿场选择、机器维护、矿池接入的复杂环节,为客户简化繁琐的挖矿步骤。

附注:因一些原因,本文中的一些名词标注并不是十分精准,主要如:通证、数字通证、数字 currency、货币、token、Crowdsale 等,读者如有疑问,可来电来函共同探讨。



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