灰階報告：解構比特幣挖礦商業模式與永續性

比特幣之所以能成為一個全球加密貨幣系統，競爭得益於競爭。挖礦機制確保了區塊鏈正常更新，並協調整個網路的經濟誘因。如今，比特幣挖礦網路規模龐大，每秒產生的「哈希值」超過 700 京（註：1 京=1 千萬億，10^18）次。

比特幣礦工的收入來自新發行的比特幣以及網路交易費用。他們的支出則涵蓋設備、電力及其他營運成本。許多礦工也在資產負債表上持有比特幣，越來越多的礦工正將業務拓展至人工智慧（AI）和高效能運算（HPC）服務領域。

Grayscale Research 估計，比特幣挖礦佔全球用電量的 0.2%；與其他產業相比，清潔能源在比特幣挖礦所消耗的電力中所佔比例更高。比特幣挖礦或許有助於加速實現環保目標，尤其是在甲烷排放等領域。

比特幣是一個去中心化的電腦網絡，儲存著 2 兆美元的價值。這一現代奇蹟的實現全仰仗於挖礦：網路參與者競爭將下一個區塊添加到區塊鏈上並獲得獎勵的權利。如今，比特幣挖礦的營運規模驚人，他們將實際能源轉化為數位安全保障。用於保護比特幣區塊鏈的運算能力，就如同數位「保險庫門」，正是憑藉這一機制，一個自治的電腦網路才能成為一個全球數位貨幣系統。營運比特幣挖礦設施所需的專業技術、資本支出和持續營運費用，以及該行業的高度競爭性，有助於維持比特幣網路的去中心化，同時使攻擊成本高得令人望而卻步。

投資公開上市的比特幣礦商，能夠從區塊產出中獲取收益，並且隨著時間推移，還有望從不斷增長的網絡交易費用中獲得收入增長。實際上，大多數上市的比特幣礦商都採用多樣化的商業模式，許多企業會在資產負債表上持有挖到的比特幣，甚至在公開市場購買比特幣。目前，比特幣礦企也已開始涉足人工智慧和高效能運算的資料中心運營，實現業務多元化。

現代奇蹟

儘管比特幣挖礦在技術層面十分複雜，但其概念卻很簡單。專用電腦相互競爭，猜測一個隨機數，最先猜出正確數字的電腦便贏得更新區塊鏈（即「挖出區塊」）的權利。獲勝的礦工將獲得該區塊新發行的比特幣和交易費用（即「區塊獎勵」）。

在這場競賽中沒有捷徑可走，例如不存在能更快找到正確數字的演算法，比特幣礦工只能靠蠻力競爭。這個過程可以看作是一場機率遊戲。礦工不斷猜測，直到找到正確答案，就像擲一個多面骰子，直到出現想要的數字。因此，獲勝的機率取決於礦工每秒能做出的猜測次數（「擲骰子次數」）。擁有機器數量最多、機器效率最高的營運者，猜測次數也最多，贏得區塊獎勵的機會也就最大。

從技術角度講，獲勝結果並非只是隨機數，而是這個數字與其他資料結合後的「雜湊」。在計算機科學中，雜湊函數是一種數學運算，它將任意資料轉換為一串字符，即雜湊值。例如，使用比特幣網路中的雜湊函數，「Bitcoin」這個字的雜湊值為：b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4。

因此，比特幣礦工的任務是快速產生雜湊值：猜測一個隨機數，計算其雜湊值（將隨機數與其他資料結合），然後檢查是否正確。

據估計，如今約有 500 - 600 萬台比特幣礦機以驚人的規模產生哈希值（見圖 1）。在過去 90 天裡，比特幣礦工共同產生哈希值的平均速率為 765 EH/s（每秒 765 京次哈希運算）。也就是說，比特幣礦工平均每秒猜測隨機數併計算其哈希值的次數超過 700 京次。為了讓這個數字更直觀，據估算，地球上大約有 7.5 京粒沙和 10 京隻昆蟲。

產生如此大量雜湊值成本高昂，但這正是關鍵所在。為了競爭獎勵，挖礦業者需要購買專門的機器和其他硬件，並支付持續的電力和維護成本。因此，透過產生正確的哈希值，礦工提供了一種「工作量證明」，表明他們已投入經濟資源，並且可以被信任來更新區塊鏈。

攻擊比特幣意味著要打敗現有的比特幣挖礦產業。理論上，如果惡意行為者控制了網路 51% 的哈希率，從而能夠挖出大多數區塊，就可以擾亂網路（例如，雙花比特幣或審查某些交易）。在一篇論文中，研究人員估計，截至 2024 年 2 月，對比特幣網路發動持續一小時的 51% 攻擊，成本在 50 億至 200 億美元之間。實際上，沒有任何行為者有經濟動機投入這些資源，而且，比特幣網路除了挖礦之外還有其他防禦機制。

比特幣挖礦的商業模式

比特幣礦工的收入等於挖礦新獲得的區塊獎勵，而他們的運營支出則來自運行機器和生成哈希值所消耗的電力（可能還包括維護、礦池費用等其他運營費用）。因此，比特幣礦工的目標是以盡可能低的成本每秒產生最多的哈希值。

2024 年，礦工們總共獲得了約 23 萬枚比特幣，以當時價格計算價值近 150 億美元。與 2014 年相比成長了約 19 倍，複合年化成長率為 34%（見圖 2）。每四年，新發行比特幣的速率會在一個被稱為「比特幣減半」的事件中下降。儘管以比特幣數量計算，發行量有所下降，但由於比特幣以美元計價的價格上漲，挖礦收入隨時間推移仍有所增加。未來，挖礦收入的成長可能來自比特幣價格上漲和網路交易費用的成長。

礦工們承擔的營運費用，主要形式是運行機器所消耗的電力。每個業者都會協商自己的電力購買協議，而這些協議在世界各地差異很大。為了方便說明，我們可以透過假設一個電費成本，並忽略其他成本，來建立一個簡化的比特幣礦工總體經濟狀況圖。例如，圖 3 將比特幣礦工的收入與假設電價為每千瓦時 0.05 美元時的總電力成本估算值進行了比較。收入與電力成本之間的差額可以被視為礦工營運利潤率的簡化衡量指標。當區塊獎勵的美元價值增加時，礦工受益；而當生成哈希值的美元成本上升時，礦工則會受到損害。

鑑於全球礦工面臨的電力成本各不相同，一個更直觀的衡量指標可能是每消耗一定電量所獲得的美元價值，例如每兆瓦時（MWh）的礦工收入。挖礦產業參與者經常提到與之密切相關的「哈希價格」概念，它是透過每日礦工收入與網路哈希率的比率計算得出的。儘管概念非常相似，但隨著礦工效率的提高，哈希價格往往會呈現下降趨勢。因此，相對於電力消耗的礦工收入可能更準確地反映礦工經濟狀況隨時間的變化。圖 4 顯示了每日每兆瓦時的比特幣礦工收入。在過去兩年中，儘管在 2024 年減半前後波動較大，這一估計值大致保持穩定。

投資比特幣礦工收入大致穩定

投資比特幣礦工收入大致穩定

投資比特幣礦工收入大致穩定

投資比特幣礦工收入大致穩定

投資比特幣礦工收入大致穩定

投資比特幣礦工收入大致穩定

。比特幣礦企的商業模式可能日益多樣化，但它們都涉及產生哈希值、挖掘區塊和獲取區塊獎勵的核心業務。由於電力成本、非電力營運費用及其他因素的差異，每個礦企獲取區塊獎勵的實際成本各不相同。 2024 年第三季度，最大的幾家上市礦商生產比特幣的平均成本在 3.4 萬美元至 5.9 萬美元之間（見圖 5）。而該季度比特幣的平均價格為 6.1 萬美元。

圖 5：不同礦企的生產成本各異

比特幣礦企在資產負債表上持有比特幣的方式也有所不同。有些礦商會立即清算區塊獎勵，有些會保留區塊獎勵，有些甚至會在公開市場購買更多比特幣。自然地，當比特幣價格改變時，資產負債表政策的差異可能會對上市礦商的財務表現產生重大影響（見圖 6）。話雖如此，許多因素都會影響單一礦企的風險狀況，資產負債表上比特幣持有量相對較高的礦企，不一定比清算區塊獎勵的礦商風險更高。

圖 6：一些礦企在資產負債表上持有比特幣

最近，比特幣礦場開始涉足人工智慧和計算領域發展領域（HPC）等領域例如，高盛的研究估計，2023 年至 2030 年間，資料中心的電力需求（不包括加密貨幣相關部分）可能會成長 160%。比特幣礦企在向人工智慧 / 高效能運算市場供貨方面可能具有競爭優勢，因為它們能夠獲得低成本電力及相關基礎設施。 2024 年初，市值第三的上市礦商 Core Scientific，宣布與專門的人工智慧基礎設施服務供應商 CoreWeave 簽訂了長期合約。自 2024 年 6 月 Core Scientific 與 CoreWeave 的交易宣布以來，其他幾家上市礦商也已採取措施，向人工智慧 / 高效能運算領域拓展業務。

比特幣挖礦與永續性

比特幣挖礦消耗實際的經濟資源－電力，來創造去中心化的數位安全保障。比特幣作為數位貨幣系統的成功，意味著挖礦如今消耗了大量電力。比特幣是一種獨特的能源消耗者，它已經使用了相當比例的清潔能源資源。 Grayscale Research 認為，隨著時間推移，挖礦可能會對綠色能源轉型做出正面貢獻。

根據 Coin Metrics 的數據，我們估計在過去 12 個月裡，比特幣網路的電力消耗速率約為 175 太瓦時（TWh，註：1TWh=1 百萬 KWh）。這與劍橋替代金融中心的估計相當（見圖 7）。根據 2023 年（最新可得年份）的數據，比特幣的能源消耗佔全球總用電量的 0.2%（已考慮輸電過程中的電力損耗）。據劍橋替代金融中心稱，資料中心每年消耗約 200 太瓦時的電力，並且預計由於人工智慧模型的使用，資料中心的能源消耗可能會上升。

與典型的住宅或商業用戶相比，比特幣是一種獨特的能源消耗者。比特幣挖礦具有模組化、可移動、不受地理位置限制、可中斷且對電價變化高度敏感的特性。因此，礦工通常可以在擁有低成本清潔能源資源的地方開展業務。據估計，比特幣挖礦行業所使用的電力中，約 50% - 60% 來自永續能源（包括核能）。就美國和全球範圍而言，永續能源在發電中所佔比例約為 40%。使用 2023 年的數據，並假設比特幣電力消耗中可持續能源佔比為 50% - 60%，我們估計比特幣挖礦佔全球與發電相關的二氧化碳排放量的 0.2% - 0.3%。

灰階研究認為，未來幾年比特幣挖礦有助於加速再生能源生產的應用。由於其獨特的屬性，比特幣挖礦激勵對再生能源基礎設施開發的投資，特別是在那些沒有輸電線路連接到主要人口中心的地區。比特幣挖礦還可以幫助穩定電網需求，否則由於消費模式和天氣原因，電網需求會出現波動，就如它在德克薩斯州電力可靠性委員會系統中所起到的作用一樣。另外，像 Sustainable Bitcoin Protocol 這樣的新創企業，已經創造了市場機制，以激勵清潔能源的使用，並獎勵減少甲烷排放。解決甲烷排放問題，可能成為比特幣礦工為實現環保目標做出貢獻的特別重要的途徑。還有，像 Crusoe Energy 這樣的公司，已經開發出利用多餘天然氣而非將其排放的方法，它們將天然氣轉化為電力，提供給比特幣礦工。

未來幾年，科技應用的成長將對電力產生巨大需求，來自數位資產、人工智慧及其他產業皆是如此。 Grayscale 認為，比特幣有助於全球電力基礎設施的健康運行，並且與許多其他行業相比，比特幣在加速向再生能源轉型方面具有獨特的優勢。

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