Grayscale：BitcoinMining將如何影響全球能源基礎設施
來源：Grayscale；編譯：五銖，金色財經摘要
Bitcoin之所以能夠充當全球Crypto系統，是因為BitcoinMining：用于更新Blockchain并協調整個網絡的經濟激勵的競爭過程。如今，BitcoinMining網絡的規模非常龐大，每秒產生“哈希”的速度超過700萬億。[1]
Bitcoin礦工通過發行新Bitcoin和網絡交易費獲得收入。他們還需要承擔資本設備、電力和其他運營成本的費用。許多礦工還在資產負債表上持有Bitcoin，而且越來越多的礦工正在向人工智能(AI)和高性能計算(HPC)服務領域多元化發展。
GrayscaleResearch估計，BitcoinMining僅占全球電力使用量的0.2%；清潔能源在BitcoinMining所消耗的電力中所占的份額也可能高于其他行業。BitcoinMining可能有助于加速實現環境目標，特別是在甲烷排放等領域。
Bitcoin是一個去中心化、開放的計算機網絡，價值2萬億美元。[2]這一現代奇跡之所以成為可能，是因為BitcoinMining：網絡參與者競爭將下一個區塊添加到Blockchain并獲得獎勵的權利。如今，Bitcoin礦工的運營規模令人難以置信，將真實資源轉化為數字安全。用于保護BitcoinBlockchain的計算能力是其數字“保險庫門”：自主計算機網絡可用作全球Crypto系統的機制。運營BitcoinMining設施所需的技術專長、資本支出和持續運營費用，以及業務的高度競爭性，有助于保持Bitcoin網絡的去中心化和攻擊成本。
投資公開交易的Bitcoin礦工可以獲得區塊生產的收入，以及隨著時間的推移網絡交易費上漲帶來的潛在收入增長。實際上，大多數上市的Bitcoin礦工都遵循不同的商業模式，許多礦工將開采的Bitcoin保留在資產負債表上，甚至在公開市場上購買Bitcoin。Bitcoin礦工也開始多元化發展，運營用于人工智能和高性能計算（HPC）的數據中心。現代奇跡
盡管技術上很復雜，但BitcoinMining的過程在概念上很簡單。專用計算機競相猜測一個隨機數，最先猜出正確數字的機器將獲得更新Blockchain的權利（“Mining區塊”）。獲勝的礦工將獲得新發行的Bitcoin和交易費（“區塊獎勵”）。[3]
這場競賽沒有捷徑可走——例如，沒有任何算法可以幫助更快地找到正確的數字——Bitcoin礦工靠蠻力競爭。這個過程可以看作是一個機會游戲。礦工們不斷猜測，直到找到正確的解決方案——就像擲一個多面骰子，直到出現所需的數字。因此，獲勝的概率是礦工每秒可以進行的猜測次數（“擲骰子”）的函數。擁有最多機器和/或最高效機器的操作員將做出最多的猜測，并最有可能獲得區塊獎勵。
從技術角度來說，獲勝結果不僅僅是隨機數，而是該數字與其他數據相結合的“哈希值”。在計算機科學中，哈希函數是一種數學運算，可將任意數據轉換為一串字母和/或數字，稱為哈希值。例如，使用Bitcoin網絡中的相同哈希函數，“Bitcoin”一詞的哈希值為：
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因此，Bitcoin礦工的目的是快速生成哈希值：猜測一個隨機數，計算其哈希值（將隨機數與其他數據相結合），然后檢查它是否正確。
如今，估計有500萬到600萬臺BitcoinMining機[4]以驚人的規模生成哈希值（圖1）。在過去90天里，Bitcoin礦工們總共以平均每秒765艾哈希(EH/s)的速度產生了哈希值。[5]艾哈希等于一千萬億(10^18)個哈希值。因此，簡單地說，Bitcoin礦工平均每秒猜測一個隨機數并計算其哈希值超過700千萬億次。為了將這個數字放在上下文中，估計地球上大約有7.5千萬億顆沙粒和10千萬億只活著的昆蟲。[6]
圖1：Bitcoin礦工大規模生產哈希值
礦工會產生運營費用，主要以運行機器所需的電力形式產生。[10]每個運營商都會協商自己的購電協議，而這些協議在世界各地會有很大差異。為了進行啟發式分析，我們可以通過使用假設的電力成本并忽略其他成本來創建Bitcoin礦工總體經濟狀況的簡化圖景。例如，圖表3將Bitcoin礦工的收入與假設電價為每千瓦時(kWh)0.05美元的總電力成本估計值進行了比較。收入和電力成本之間的差額可以被視為礦工營業利潤率的簡化衡量標準。當區塊獎勵的美元價值增加時，礦工會受益，而當生產哈希值的美元價格增加時，礦工會受損。
投資Bitcoin礦工
投資公開交易的礦工的股票可以通過股票市場工具接觸Bitcoin經濟。Bitcoin礦工的商業模式可能越來越多樣化，但所有礦工都參與生產哈希值、挖掘區塊和賺取區塊獎勵的核心業務。由于電力成本、非電力運營費用和其他因素的差異[11]，每個礦工以不同的有效價格獲得區塊獎勵。在2024年第三季度，最大的公開交易礦工生產Bitcoin的平均成本為3.4萬美元至5.9萬美元（圖表5）。相比之下，本季度Bitcoin的平均價格為6.1萬美元。
最近，Bitcoin礦工開始向其他人工智能和高性能計算(HPC)服務領域進軍，這些服務對數據中心基礎設施的需求迅速增長。例如，高盛的研究[12]估計，數據中心的電力需求（不包括Crypto）在2023年至2030年間可能會增長160%。Bitcoin礦工在供應人工智能/高性能計算市場方面可能具有競爭優勢，因為他們已經獲得了低成本電力和相關基礎設施的使用權。2024年初，按市值計算的第三大上市礦工CoreScientific宣布與專門的人工智能基礎設施服務提供商CoreWeave簽訂長期合同。[13]自2024年6月宣布CoreScientific/CoreWeave交易以來，其他幾家上市礦工已采取措施向人工智能/高性能計算領域進軍。BitcoinMining和可持續性
BitcoinMining消耗實際經濟資源——電力——來創建去中心化的數字安全。
使用CoinMetrics的MINE-MATCH算法的數據，我們估計Bitcoin網絡在過去12個月內以約175太瓦時(TWh)的速度消耗電力。[14]這與劍橋替代金融中心的估計值相當（圖7）。根據2023年（最新可用年份）的數據，Bitcoin的能源消耗占全球總用電量的0.2%（考慮到傳輸過程中的電力損失）。[15]根據劍橋替代金融中心的數據，數據中心每年消耗約200TWh的電力，預測表明，由于使用AI模型，數據中心的能源消耗可能會上升。[16]
圖7：BitcoinMining消耗電力來創造數字安全
與典型的住宅或商業用戶相比，Bitcoin是一種獨特的能源消費者。BitcoinMining具有模塊化和便攜性、位置無關、可中斷且對電價變化高度敏感等特點。因此，礦工通常可以在清潔能源資源成本低廉的地方開展業務。據估計，BitcoinMining行業使用的電力中約有50%-60%來自可持續能源（包括核能）。[17]對于美國和整個世界而言，可持續發電份額約為40%。[18]使用2023年（最新可用年份）的數據，并假設Bitcoin電力消耗的可持續份額為50%-60%，我們估計BitcoinMining占全球與發電相關的二氧化碳排放量的0.2%-0.3%。[19]
GrayscaleResearch認為，BitcoinMining有助于在未來幾年加速可再生能源生產的采用。由于其獨特的屬性，BitcoinMining激勵了對可再生能源基礎設施開發的投資，特別是在沒有傳輸到主要熱門中心的地方。BitcoinMining還可以幫助穩定電網需求——否則電網需求會因消費模式和天氣而波動——就像德克薩斯州電力可靠性委員會(ERCOT)系統所做的那樣。[20]另外，像可持續Bitcoin協議這樣的初創公司已經創建了基于市場的機制，以激勵清潔能源的使用并獎勵減少甲烷排放的努力。解決甲烷排放問題可能成為Bitcoin礦工為環境目標做出貢獻的一個特別重要的方式。甲烷是由燃燒的氣體或燃燒石油生產產生的天然氣而釋放出來的。像CrusoeEnergy這樣的公司已經開發出捕獲過量天然氣而不是將其釋放的方法，然后將其轉化為電能并為Bitcoin礦工供電。
技術使用的增長將在未來幾年產生對電力生產的巨大需求——來自數字資產、人工智能和其他行業。Grayscale認為，Bitcoin有助于全球電力基礎設施的健康運轉，與許多其他行業相比，Bitcoin具有獨特的優勢，可以幫助加速向可再生能源的過渡。注釋
[1]來源：CoinMetrics。數據截至2025年1月31日。
[2]來源：CoinMetrics。數據截至2025年1月31日。
[3]這個數字被稱為“nonce”（只使用一次的數字），并不是純隨機的。例如，請參閱“BitcoinNonce模式之謎”，BitMEXResearch，2019年。
[4]來源：GrayscaleResearch根據報告的網絡哈希率和對礦工平均生產力的估計進行計算。對于后者，我們使用125TH/s的中心估計值，該估計值基于CoinMetrics的MINE-MATCH數據以及對不同哈希價格和電力價格組合下單個采礦機盈利能力的分析。
[5]來源：CoinMetrics。數據截至2025年1月31日。
[6]來源：“地球上的沙粒數量和天空中的星星數量哪個更大？”，NPR，2012年9月；“昆蟲數量（物種和個體）”，史密森尼學會。
[7]Nuzzi、Waters和Andrade，“打破BFT：量化攻擊Bitcoin和Ethereum的成本。”2024年2月15日。
[8]例如，請參閱“分析Bitcoin共識：協議升級的風險”，RenCryptoFish、SteveLee和LynAlden，2024年11月。
[9]來源：CoinMetrics。
[10]在任何給定時間都有許多不同類型的采礦機在運行。數據提供商CoinMetrics已經開發出識別積極為網絡貢獻哈希率的機器類型的技術。我們使用這些數據來估算電力消耗和網絡上活躍機器的數量。
[11]例如，礦工可能會產生其他成本，例如礦池費用，并且收入可能因特定區塊的費用收入而有所不同。
[12]來源：“代際增長——人工智能/數據中心的全球電力激增及其對可持續性的影響”，高盛，2024年4月30日。
[13]來源：“CoreScientific與人工智能公司簽署12年協議，預計總收入為35億美元”，TheBlock，2024年6月4日。
[14]在截至2025年1月31日的365天內，該方法意味著年化電力消耗為177.8TWh；這應該被視為具有很大不確定性的估計值。
[15]來源：基于能源研究所世界能源統計評論和劍橋替代金融中心的數據進行灰度計算。
[16]資料來源：劍橋替代金融中心；“人工智能和Crypto的碳排放量激增，稅收政策可以提供幫助”，ShafikHebous和NateVernon-Lin，IMF博客，2024年8月15日。
[17]資料來源：例如，請參閱DanielBatten的《Bitcoin能源與排放可持續性追蹤》和“BitcoinMining委員會調查證實可持續電力和技術效率逐年提高”，BitcoinMining委員會，2023年8月。
[18]資料來源：基于能源研究所世界能源統計評論數據的灰度計算。
[19]資料來源：基于能源研究所世界能源統計評論數據的灰度計算。
[20]資料來源：美國能源信息署。