BTC挖矿透视：小矿工关停背后，大矿企仍高利润

熊市持续挤压着加密货币市场各细分领域的利润空间，作为加密货币生产者的矿业也不例外。 以占加密货币半壁江山的比特币为例，其2019年2月整体挖矿收入仅为1.9亿美元，较年初下降10%。

即便如此，作为企业运营的矿业公司仍保持着较高的盈利能力。 据 Diar Research，2018 年 10 月“大矿工”的利润率维持在 59%。 与“大矿工”相反，“个人矿工”从2018年9月开始就“无利可挖”。

从上图我们发现，比特币挖矿的规模效应逐渐显现：资源丰富的大矿工盈利能力更强，处于收支平衡边缘的小矿工要么退出，要么抱团。

现象背后，比特币经济体系有其自身的周期性。 由于大量矿工因无利可图而退出市场，全网算力下降，计算难度降低，挖矿成本变低，利润空间增加，进而吸引新的算力进入市场……如此循环，直到挖出最后一个矿工。 聪（比特币的最小单位，1聪=0.00000001 BTC）比特币。

挖矿的本质是什么？ 产业链各环节如何传递价值？ 他们遵循什么核心逻辑？ 影响挖矿收益的关键因素有哪些？ 市场处于什么阶段？ 比特币可以开采多长时间？ 这些问题对于那些仍想进入并留在采矿业的人来说至关重要。

一、比特币挖矿的基本原理

比特币是一个点对点的电子现金系统，每笔交易记录都分布在全网存储，而不是传统的只有中央数据库。

为了保证所有参与节点的交易记录一致，比特币系统规定了竞争记账。 具体规则如下：

1) 参赛者使用SHA-256运算在一堆随机数中找出符合要求的值。 谁的计算能力最强，计算速度最快，谁最先找到“答案”的概率就更大；

2）比特币系统平均每10分钟对交易数据进行一次分组（即打包成一个块）。 最先找到“答案”的参赛者获得记账权比特币挖矿难度数值，同时获得比特币作为奖励。 系统会根据全网算力（有一定滞后）调整挖矿难度，保证平均每10分钟出块；

3）挖矿难度每2016个区块调整一次（约14天）。 区块高度为2016整数倍的区块，即系统调整挖矿难度时对应的区块；

4）比特币挖矿收益包括区块奖励和交易手续费。 区块奖励初始为 50 BTC，系统规定每 210,000 个区块（约 4 年），区块奖励将减半，直至达到比特币的最小单位 1 聪。 因此，2012年后区块奖励调整为25个BTC，2016年调整为12.5个，下一次减半将在2020年。

1）交易费（又称矿工费），由转让方支付给矿工，用于奖励矿工提供足够的算力以保证网络系统的安全。 交易手续费一般在当日区块奖励的0.5%到2%之间波动。 由于区块奖励每4年减半，交易手续费将逐渐成为矿工的主要收入。 比特币有望在2140年被完全挖出，届时挖矿收益等于交易手续费；

2）每笔交易的手续费取决于交易的大小（多以千字节为单位）。 当网络拥堵时，更多人同时提交记账需求，用户可以通过提高手续费来鼓励矿工优先打包，以缩短交易确认时间。 例如，2017年底，比特币交易量暴涨，平均每笔交易手续费一度高达40美元，矿工费高达当月区块奖励的30%。

交易大小还与转入转出的金额有关，即交易金额越大，手续费/千字节越高。

二、影响比特币挖矿的三大因素

算力、算力难度和比特币价格是影响挖矿成本和收益的关键因素。 关注这三个指标，了解它们之间的关系，有助于判断市场走势。

2.1 计算能力

算力是指每秒计算出的哈希值个数，用来衡量矿工的计算能力。 算力越高，挖出区块的概率就越大。

更直观的是算力的常用单位从最初的哈希值每秒（H/s）变成了KH/s（千哈希/秒）、MH/s（百万哈希/秒）、GH/秒（十亿哈希/秒），TH/s（万亿哈希），PH/s（万亿哈希/秒），EH/s（百亿哈希/秒）。

目前比特币算力已经达到47EH/s。 这意味着对挖矿硬件的计算能力和电力支出要求更高。 一旦比特币网络算力超过500EH/s，将引领硬件的处理能力进入zetahash时代。

总的来说，挖矿方式和硬件设备的迭代推动了比特币网络算力的增长和挖矿成本的上升，而算力的增长和价格的上涨又迫使前者不断进化。 回顾历史，比特币挖矿经历了CPU-GPU-FPGA-ASIC-矿池的发展历程。

ASIC矿机芯片是矿机的核心，是整个设备的关键。 ASIC矿机芯片的出现，带动了ASIC矿机的大规模应用。 除了原来的蝴蝶实验室，还有十几家不同的公司提供了定制化的ASIC矿机，同时也出现了矿机托管模式。 今天全球算力的增长，可以说直接归功于ASIC矿机的应用。

2.2 计算难度

比特币挖矿难度（Difficulty）是衡量挖矿难度的指标。 挖矿难度越大，越难挖出区块。 比特币系统通过调整区块头中的难度目标值（Target，由bits字段的值计算得出）来控制挖出一个区块所需的平均时间。

目标是一个长度为 256 位的字符串。 换句话说，Target 有大约 2^256 个可能的值。

Adjusting Difficulty就是调整Target在整个输出空间中的比例。 难度越高，目标越小。 例如：采矿就像射击，所有发射的子弹都会落在一个大目标上。 目标就是在这个大目标上圈出的范围。 射程越小，就越难射中。 Adjusting Target就是调整这个圆在整个target上的比例。

此外，难度目标的上调和下调均有4次限制。 例如：假设上一个难度目标调整周期的2016个区块因为算力激增仅用了7天就全部挖完，通过难度目标调整将难度目标翻倍，平均出块时间可以是缩短。 维持在10分钟左右，但如果算力飙升，只需要一天时间就可以挖完2016年的第一个区块，那么最低难度目标只能调整到原来的四分之一。

2.3 比特币价格

很多人把比特币比作数字黄金，只不过它的供应量有限，类似于黄金，其价格也像黄金一样受供求关系影响。

我们认为，算力和挖矿难度决定了比特币的供应，而各国对比特币的认知度、热度和政策决定了比特币的需求。

如果需求偏高而供应得不到满足，就会导致比特币价格飙升。 由于比特币的数量有限，因此供应量有限。 在大众看好比特币的前提下，价格还会继续上涨。 但具体影响比特币价格的因素主要有以下几点：

(1) 社区共识

信任因素在加密货币环境中起着至关重要的作用，而比特币社区开发者的共识是导致价格波动的重要因素。 通过关注和研究比特币论坛了解社区认为可以做的事情，这有助于了解价格走向。

(2) 技术更新

技术创新也会影响比特币的价格。 例如，隔离见证和闪电网络的实施将提高比特币系统的传输效率。

(3) 各国政策政策

因为比特币不受任何政府监管，反而成为政府努力监管的对象。 每当有关于数字货币监管的官方公告时，比特币价格就会波动。 例如，在日本，自 2017 年 4 月起，加密货币被认可为合法支付方式，多家商店开始接受比特币，从而引发比特币价格上涨。

（四）“巨鲸”事件

有时价格波动的背后是资金雄厚的持有者，也被称为鲸鱼。 这些巨鲸体型大，数量少。 他们的行为会影响比特币价格的涨跌，但可以通过跟踪他们的行为来采取预防措施。

(5) 安全事故

比如黑客攻击交易所，会打击用户对加密货币的信心，导致价格暴跌。

（六）舆论影响

大众媒体对加密行业的态度会影响潜在的投资者和企业。 例如，对比特币的炒作会导致价格飙升，而负面消息会导致价格下跌。

2.4 算力、算力难度与价格的反馈周期

由于比特币系统的自我调节机制和市场经济规律，算力、算力难度和价格之间存在一个反馈循环。

在基础设施不变的前提下，比特币价格越高，挖矿吸引力越强，全网算力提升，矿工竞争越激烈，挖矿难度（即系统会在下一个周期调整难度，有一定的滞后性），同时成本变高，挖矿变得无利可图，小矿工退出或被合并。

随着全网算力的降低，挖矿难度也随之降低（加上系统本身根据上一个周期的难度调整的增益效果）。 此时，退出市场的矿工倾向于抛售，比特币价格随之下跌。 （这反过来又有利于剩下的大矿工）。 随着难度变小，挖矿收益增加，挖矿吸引力再次提升。 新矿工加入，竞争又回到激烈，如此循环往复。

从图9可以看出，算力曲线和难度曲线的趋势基本一致，算力越大，难度越大。 2018年，比特币价格下跌，但挖矿算力增加，导致挖矿难度增加。

我们可以用“计算难度/价格”这个指标来比较“收益因子”和“成本因子”的变化幅度，进而判断挖矿的盈利能力。

图9中，当2018年价格下降，算力和难度双双提升时，“难度/价格”曲线呈上升趋势。 2018年12月部分算力因成本过高被迫退出，全网算力下降，挖矿难度下降，比特币价格也随之下跌。 相反，“难度/价格”曲线下降，挖矿利润增加。

从长远来看，“难度/价格”曲线通常更高。 但从短期来看（图10），2017年这条线的整体下滑表明2017年的价格增速超过了算力难度的增速，迎来了矿工的繁荣。 但在2018年，趋势转为上行，算力难度增加幅度远超比特币价格涨幅，迎来矿工衰落。 值得注意的是，直到2018年初，这个系数一直低于0.5。 从2018年9月开始，该系数开始大于1，直到12月达到峰值，迎来了矿业最糟糕的时刻，即矿难。 从2018年12月到2019年底，这个系数下降，比特币挖矿又开始盈利，矿工重新开始挖矿。

3、比特币挖矿的主要成本——电费

比特币挖矿需要输出大量的算力，而算力需要机器和电力来运行和维护，所以我们可以把比特币看成是一种由电能转化而来的数字产品。 因此，机器和电力的价格实际上构成了比特币挖矿的主要成本。 当然，除此之外，还有基础设施等固定成本。

其中基础设施等固定成本分摊到每台机器上，大概是每台矿机700-800元（包括高压电转低压电，矿机降温，除尘，矿机供电，挖矿机集装箱、人力等）； 矿机是一次性投资，只要找到市面上最“划算”的矿机即可（下一节详述）； 而电价是最大的可变成本，因此成为影响比特币挖矿的主要因素。

根据彭博新能源财经的数据（Bitcoin in Energy Crisis as China Cracks Down, Lu et al. January 10, 2018），比特币78%的算力来自中国，因此中国电价、采购渠道和相关政策的浮动空间是比特币矿工需要关注的。

3.1 电力行业关系及采购渠道

从生产过程来看，电力生产分为五个环节，但从整个电力行业来看，一般认为电力系统分为四个环节，即发电、输电、配电、售电. 发电是发电厂发出的电（发电厂包括火电、水电、风电、太阳能和核电，火电又分为燃气、煤炭、生物质、垃圾焚烧等），输电是远距离输电（主要应用是通信。直流特高压技术），配电是直接与用户相连，将电能分配给用户的环节。 售电顾名思义就是你要买电，我卖给你。

这四个环节构成了一个庞大的动力系统。 发电环节在电厂完成，其他三个环节需要依靠电网，最终将电能输送给用户。

购电渠道包括电厂、电网公司、售电公司、售电中介等。

需要说明的是，该电厂直供交易对象为年用电量1000万千瓦时的大用户、售电公司和电网。 售电公司的交易对象是1000万以下用户和不自主选择发电公司的大用户。 两者的用户不同，出价也有本质的不同。

以蚂蚁S9j矿机粗略计算，1000万千瓦时的年耗电量需要850台矿机规模的矿场。 因此，矿场规模在850个以上的矿场，理论上可以直接向电厂购电。 但直购电竞争激烈，涉及政府关系，因此政府资源是一个非常重要的因素。

3.2 最低电价浮动空间

对于矿工来说，最关心的问题就是如何找到最便宜的电价。 知道最低电价的浮动空间，就能知道挖矿的利润空间。

发电方式不同，电价差异很大，但我国电力主要是煤电和水电，其中煤电是主要的发电量。 2018年市场交易电量10459亿千瓦时，占市场总电量的76%。 水电2056亿千瓦时，占市场总销量的15%。 而且，水电主要在雨季（每年3、4月开始到8、9月结束）发电，输出功率小，难以为继，但由于发电成本低，价格便宜。

发电行业涉及多个环节，从而形成不同的电价，如上网电价、输电价、配电价、售电价等。 其中，上网电价是指电网购入的电价； 输电电价和配电电价是指输往主要变电站时因损耗增加单价的电价； 售电价是指从售电公司购入的电力。 价格。

上网电价<销售电价，所以矿工最关心的是上网电价。

在比特币挖矿产业链中，大部分矿工都会把自己的矿机托管在大矿工（矿主）身上，所以除了上网电价（矿工一般称之为裸电价，指的是签订的合同电价）由矿场主和电厂）另外还有一个托管电价（矿工在矿场托管矿机，和矿场主签订的合同电价）。 下面分析一下上网电价和管理电价中最低电价的浮动空间。

（注：电价定价政策主要依据文件《国家发展改革委关于印发实施电价改革办法的通知》）

（一）上网电价：

公开资料显示，煤电上网电价一般为0.27-0.47元/千瓦时，水电上网电价一般为0.2-0.4元。

此外，就火电（内蒙、新疆、山西、陕西）而言，还有一种“坑头发电”，即从矿山开采的煤直接投入就近发电发电领域。 关于水电价格。 据调查，坑口电力的成本电价一般为0.16-0.18元/千瓦时，上网电价为0.26-0.28元/千瓦时。

坑口电站主要分布在内蒙古、山西等煤炭资源丰富的地区。 以内蒙古为例，蒙古东部地区从2014年开始组织电力直接交易，目前大用户接入条件要求电压等级10千伏以上，年用电量门槛1亿千瓦时。 交易相对成熟。 政府给予丰厚的补贴，电价可补贴0.06元，不对售电企业开放。

依旧以蚂蚁S9j矿机粗略计算，9000多台矿机的规模，可以在蒙古东部的坑口电站旁边建一个工厂。 此外，还需要相应的政府资源。

在蒙西西部，电力交易已经开展了近8年。 2017年大用户准入条件要求用户年用电量1000万度以上，政府出面与电厂达成撮合交易，并未放行售电量。 公司进入市场。 依然以蚂蚁S9j矿机粗略计算，850多台矿机规模的矿场可以在蒙西西部地区建厂，政府资源也成为核心竞争力。

综合以上情况，矿场可以获得的火电最低价格在0.06-0.47元/kWh之间波动。

水电站的成本电价为每千瓦时0.04-0.09元，部分国家电力不接受的水电销售价格可低至每千瓦时0.12元，即水电的最低电价已有0.12-0.4元的浮动空间，但法律风险和权力稳定性需要考虑性。

(2) 管理电价

托管电价是矿工在矿场委托矿机时，矿工与矿场主签订的合同价格。 受管理的电价根据比特币价格变化。 当比特币价格下跌时，电价上涨。 当比特币价格上涨时，电价下降。 总之，不会低于上网电价。 当比特币价格跌至边际成本时，电价将上涨至停电电价，目前平均为每千瓦时0.38元。

事实上，每年赶上旺水季的矿工，都是处于比特币挖矿成本边缘的小矿工，而找矿坑口电价的大矿工（矿场）则处于持续涨水的状态。盈利能力，所以算力资源是大矿商的核心竞争力。

4. 比特币挖矿硬件基础——矿机

上面我们介绍过，比特币挖矿的成本除了电费之外，还包括矿机的投资。 矿机不仅符合工业组件的基本逻辑，而且由于与加密货币市场的强关联性，更具有金融属性。 我们将以市面上主流的ASIC矿机为例进行介绍。

4.1 矿工视角：矿机性价比

4.2 厂商视角：矿机定价规则

随着比特币价格的上涨，带动了矿机的需求。 在寡头垄断的情况下，上游矿机供应商对矿机拥有绝对的定价权，矿机价格也在不断上涨。 2018年初，蚂蚁S9曾在华强北以3万元的期货单价成交。 那么，矿机应该如何定价呢？

根据国盛证券研究所模型：当前矿机价格P=固定回收期D×当前挖矿日收益（挖矿收益R-挖矿成本C）。 即当前矿机价格与当前挖矿日收益成正比。

根据上述公式和线性回归结果，国盛证券认为可以得出矿机供应商的定价策略：固定投资回收期约180天，矿机价格根据当前挖矿情况动态调整收入。

值得注意的是，这样的定价策略是基于未来每日挖矿收益不变的假设，因此投资回收期可以保证为180天。 若未来币价上涨导致每日挖矿收益增加，则实际回收期将缩短，反之亦然。

另外，实际计算的矿机静态投资回收期往往偏离180天，主要原因是：

(1) 相对于挖矿收益和比特币价格变化，矿机价格调整相对较少，导致与静态回本周期存在偏差。 因此，同一台矿机可能在一个月内发出三批货，因此价格在一个月内调整三次；

(2) 矿机供应商在实际定价时，也会考虑未来挖矿收益的预期变化。 尤其是在行情上涨的时候，他们会对未来的挖矿收益做出乐观的判断，从而提高矿机的价格，导致静态投资回收期变长；

（3）矿机供应商不愿在挖矿收入下滑时压缩自身利润空间。 当价格下降幅度小于挖矿收益下降幅度时，静态回收期变长。

进一步提炼上述观点，即矿机可视为比特币价格的“看涨期权”。 矿工在购买矿机时，以一定的价格获得了未来相对一定数量的比特币（虽然未来全网的算力是不确定的，但大致范围是可以预估的），其动机矿工购买矿机的动机来自于其预测未来比特币的价格会比现在高，相当于未来以低于市场的价格购买比特币，从而获得超额收益。

5、目前主流的挖矿方式——矿池

随着算力的增加，挖到比特币的概率越来越小。 目前全网算力已经达到47Eh/s。 为了追求持续稳定的收益，矿池成为了当前主流的挖矿方式。 简单来说，矿池就是算力的集合。 如果每个人都把算力集中在矿池里，那么能够挖到一个区块的概率就会大大增加，然后收益会按照每个人的算力比例进行分配。 矿池的核心工作是给矿工分配任务，统计工作量，分配收益。 与Solo模式相比，矿工收益预期值没有变化，但收益更可持续、更稳定。

5.1 矿池运行规则

我们将通过一些基本概念来介绍矿池是如何工作的：

（一）矿池协议：

“矿池”通过专有协议协调成百上千的矿工。 矿工在创建矿池帐户后，将他们的矿机设置为连接到矿池服务器。 矿机在线挖矿时，需要与矿池服务器保持连接，与其他矿机同步工作。 常用的协议有：Stratum（STM协议）&GetBlockTemplate（GBT协议）和过时的GetWork（GWK协议）。

（2）矿池矿工：

根据算力贡献份额获得相对稳定的奖励。

(3) 矿池管理员：

收取一定比例的手续费，矿池管理员也可以作为Solo矿工参与算力贡献。

（四）矿池准入条件：

矿池对所有矿工开放。 矿池中的矿工挖矿成功后，区块奖励支付到矿池固定的比特币钱包地址。 奖励不属于挖矿的矿工，而是属于整个矿池。

(5) 奖励分配机制：

矿池会设置一个分配奖励的“门槛”。 这个阈值是每个计算出的TargetHash值的难度目标，通常小于比特币网络难度的1/1000。 例如，全网挖矿难度为开头连续10个0的Hash值，矿池设定的难度阈值为开头连续7个0的Hash难度； 算出Hash并达到矿池难度门槛的矿工，即可分享奖励。

奖励的分配不是挖矿后立即分配，而是在挖矿奖励累计到矿池设定的一定数量后，一次性分配奖励，或者按照固定时间（比如每天）进行结算。

(6) 矿池幸运值：

比特币挖矿本质上是概率性的。 出块速度时快时慢。 矿池理论值的幸运值存在一定的概率因素。 ，当幸运值高时，矿池收益会增加，反之亦然，但这只会影响选择PPLNS收益模式的用户。

5.2 挖矿收益结算方式

市场上的收益结算模式多种多样，主流的挖矿模式包括：PPS、PPLNS、PPS+和SOLO模式。

5.3 矿池分类

市场上主要有托管矿池和P2P矿池。 由于P2P矿池效率低下比特币挖矿难度数值，该模式逐渐淡出市场。

5.4 矿池算力分配

矿池算力分为比特大陆和非比特大陆。 BTC.COM、AntPool、BTC.TOP、ViaBTC都是比特大陆的，占全网算力的46%，其他非比特大陆占54%。 .

去年初，比特大陆矿池占全网算力的53%，如今已降至39%。 此外，根据Dir数据，不知名矿工正在改变矿池算力分布。 2018 年 12 月，神秘矿工挖出了 22% 的比特币网络区块，高于去年年初的 6%，这一变化削弱了矿池的主导地位。 目前，神秘矿工控制着BTC超过22%的算力。

矿池最基本的功能就是聚集矿工的算力，共同挖矿。 技术上的差异非常小。 现阶段比拼的是算力和服务质量。 比特大陆矿池具有矿机价格优惠、矿机接入速度快等先天优势； 非比特大陆矿池凭借知名度和差异化服务获得矿工的支持。 国内以F2Pool为代表，国外以SlushPool为代表。

六、比特币产业链概述

至此，我们对矿机和矿池行业有了一个基本的了解。 下图将挖矿行业作为一个行业，描绘参与者的全貌和环节之间的关系。

七、比特币挖矿阶​​段

Finally, we're going to try to answer the question about the "endgame" | how long can Bitcoin be mined?

It has been said that Bitcoin transactions are much like commodities, which is not entirely true. Because when the production of goods stops, the transaction of goods can still be carried out, but when the miners stop mining, Bitcoin will die immediately, because no one verifies the transaction, Bitcoin cannot be circulated, and the currency that cannot be circulated is worthless. That is the "death spiral". That is to say, if mining profits drop to zero, the value of Bitcoin will also drop to zero.

Right now, all links are reserving profit margins for enough miners to keep the Bitcoin system safe from attack. However, when the block rewards are completely converted to transaction fees, the elevated transaction fees will prevent users from using Bitcoin to transfer money. At that time, stabilizing the transaction fees at a reasonable balance point will become a new focus. The mining industry will also usher in a new transition and become an industry that provides basic computing power to other fields. Opportunities will tend to be large enterprises with power resources and operational strength.

Theoretically speaking, this turning point is 2140, but from the Bitcoin halving schedule (Figure 4), it can be seen that in 2048, the Bitcoin block reward is less than 0.1BTC, which is less than the average transaction fee. At that time, the price of Bitcoin will either rise to It is enough to support the cost of mining, or there is cheaper electricity energy. Otherwise, Bitcoin may really face a "death spiral."

In addition, according to Figure 2, small miners have been unprofitable since September last year. The price at that time of $7193 can be regarded as the marginal price. The current block reward is 12.5 BTC. It is roughly estimated that if the price of Bitcoin cannot rise after 2048 125 times or about $900,000, Bitcoin mining will become unattractive.