算力为王:全球矿业藏宝图

区块链资讯2019年12月02日 08:262019-12-02 20:02:09  阅读 -评论 0

文:宋双杰,CFA;程东锋

来源:通证通研究院

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。

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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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

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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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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)。

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3 BTC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。

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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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

算力为王:全球矿业藏宝图

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。

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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。

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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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