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(jīng)摘要
Bitcoin之所以能夠充當全球Crypto系統(tǒng)，是因為BitcoinMining：用于更新Blockchain并協(xié)調(diào)整個網(wǎng)絡的經(jīng)濟激勵的競爭過程。如今，BitcoinMining網(wǎng)絡的規(guī)模非常龐大，每秒產(chǎn)生“哈！钡乃俣瘸^700萬億。[1]
Bitcoin礦工通過發(fā)行新Bitcoin和網(wǎng)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(chǎn)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(fā)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(yè)。BitcoinMining可能有助于加速實現(xiàn)環(huán)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(wǎng)絡，價值2萬億美元。[2]這一現(xiàn)代奇跡之所以成為可能，是因為BitcoinMining：網(wǎng)絡參與者競爭將下一個區(qū)塊添加到Blockchain并獲得獎勵的權利。如今，Bitcoin礦工的運營規(guī)模令人難以置信，將真實資源轉(zhuǎn)化為數(shù)字安全。用于保護BitcoinBlockchain的計算能力是其數(shù)字“保險庫門”：自主計算機網(wǎng)絡可用作全球Crypto系統(tǒng)的機制。運營BitcoinMining設施所需的技術專長、資本支出和持續(xù)運營費用，以及業(yè)務的高度競爭性，有助于保持Bitcoin網(wǎng)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(qū)塊生產(chǎn)的收入，以及隨著時間的推移網(wǎng)絡交易費上漲帶來的潛在收入增長。實際上，大多數(shù)上市的Bitcoin礦工都遵循不同的商業(yè)模式，許多礦工將開采的Bitcoin保留在資產(chǎn)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(fā)展，運營用于人工智能和高性能計算（HPC）的數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)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(shù)，最先猜出正確數(shù)字的機器將獲得更新Blockchain的權利（“Mining區(qū)塊”）。獲勝的礦工將獲得新發(fā)行的Bitcoin和交易費（“區(qū)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(shù)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(xiàn)所需的數(shù)字。因此，獲勝的概率是礦工每秒可以進行的猜測次數(shù)（“擲骰子”）的函數(shù)。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(qū)塊獎勵。
從技術角度來說，獲勝結果不僅僅是隨機數(shù)，而是該數(shù)字與其他數(shù)據(jù)相結合的“哈希值”。在計算機科學中，哈希函數(shù)是一種數(shù)學運算，可將任意數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一串字母和/或數(shù)字，稱為哈希值。例如，使用Bitcoin網(wǎng)絡中的相同哈希函數(shù)，“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(shù)，計算其哈希值（將隨機數(shù)與其他數(shù)據(jù)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(guī)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(chǎn)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(shù)并計算其哈希值超過700千萬億次。為了將這個數(shù)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(guī)模生產(chǎn)哈希值
礦工會產(chǎn)生運營費用，主要以運行機器所需的電力形式產(chǎn)生。[10]每個運營商都會協(xié)商自己的購電協(xié)議，而這些協(xié)議在世界各地會有很大差異。為了進行啟發(fā)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(chuàng)建Bitcoin礦工總體經(jīng)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(yè)利潤率的簡化衡量標準。當區(qū)塊獎勵的美元價值增加時，礦工會受益，而當生產(chǎn)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(jīng)濟。Bitcoin礦工的商業(yè)模式可能越來越多樣化，但所有礦工都參與生產(chǎn)哈希值、挖掘區(qū)塊和賺取區(qū)塊獎勵的核心業(yè)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(qū)塊獎勵。在2024年第三季度，最大的公開交易礦工生產(chǎn)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(shù)據(jù)中心基礎設施的需求迅速增長。例如，高盛的研究[12]估計，數(shù)據(jù)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(yōu)勢，因為他們已經(jīng)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(xù)性
BitcoinMining消耗實際經(jīng)濟資源——電力——來創(chuàng)建去中心化的數(shù)字安全。
使用CoinMetrics的MINE-MATCH算法的數(shù)據(jù)，我們估計Bitcoin網(wǎng)絡在過去12個月內(nèi)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(jù)2023年（最新可用年份）的數(shù)據(jù)，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(jù)劍橋替代金融中心的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心每年消耗約200TWh的電力，預測表明，由于使用AI模型，數(shù)據(jù)中心的能源消耗可能會上升。[16]
圖7：BitcoinMining消耗電力來創(chuàng)造數(shù)字安全
與典型的住宅或商業(yè)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？梢栽谇鍧嵞茉促Y源成本低廉的地方開展業(yè)務。據(jù)估計，BitcoinMining行業(yè)使用的電力中約有50%-60%來自可持續(xù)能源（包括核能）。[17]對于美國和整個世界而言，可持續(xù)發(fā)電份額約為40%。[18]使用2023年（最新可用年份）的數(shù)據(jù)，并假設Bitcoin電力消耗的可持續(xù)份額為50%-60%，我們估計BitcoinMining占全球與發(fā)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(chǎn)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(fā)的投資，特別是在沒有傳輸?shù)街饕獰衢T中心的地方。BitcoinMining還可以幫助穩(wěn)定電網(wǎng)需求——否則電網(wǎng)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(tǒng)所做的那樣。[20]另外，像可持續(xù)Bitcoin協(xié)議這樣的初創(chuàng)公司已經(jīng)創(chuàng)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(huán)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(chǎn)產(chǎn)生的天然氣而釋放出來的。像CrusoeEnergy這樣的公司已經(jīng)開發(fā)出捕獲過量天然氣而不是將其釋放的方法，然后將其轉(zhuǎn)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(chǎn)生對電力生產(chǎn)的巨大需求——來自數(shù)字資產(chǎn)、人工智能和其他行業(yè)。Grayscale認為，Bitcoin有助于全球電力基礎設施的健康運轉(zhuǎn)，與許多其他行業(yè)相比，Bitcoin具有獨特的優(yōu)勢，可以幫助加速向可再生能源的過渡。注釋
[1]來源：CoinMetrics。數(shù)據(jù)截至2025年1月31日。
[2]來源：CoinMetrics。數(shù)據(jù)截至2025年1月31日。
[3]這個數(shù)字被稱為“nonce”（只使用一次的數(shù)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(jù)報告的網(wǎng)絡哈希率和對礦工平均生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)截至2025年1月31日。
[6]來源：“地球上的沙粒數(shù)量和天空中的星星數(shù)量哪個更大？”，NPR，2012年9月；“昆蟲數(shù)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(xié)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(shù)據(jù)提供商CoinMetrics已經(jīng)開發(fā)出識別積極為網(wǎng)絡貢獻哈希率的機器類型的技術。我們使用這些數(shù)據(jù)來估算電力消耗和網(wǎng)絡上活躍機器的數(shù)量。
[11]例如，礦工可能會產(chǎn)生其他成本，例如礦池費用，并且收入可能因特定區(qū)塊的費用收入而有所不同。
[12]來源：“代際增長——人工智能/數(shù)據(jù)中心的全球電力激增及其對可持續(xù)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(xié)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(nèi)，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(tǒng)計評論和劍橋替代金融中心的數(shù)據(jù)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(xù)性追蹤》和“BitcoinMining委員會調(diào)查證實可持續(xù)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(tǒng)計評論數(shù)據(jù)的灰度計算。
[19]資料來源：基于能源研究所世界能源統(tǒng)計評論數(shù)據(jù)的灰度計算。
[20]資料來源：美國能源信息署。