前言
近年来随着“区块链技术”从妖魔化不断被正名，以微软、IBM、亚马逊等行业巨头为代表的全球企业纷纷投身区块链基础设施能力建设，各国政府也不断完善区块链及基础设施的建设和安全监管相关政策。
2020年上半年全球新冠疫情爆发，由于区块链技术在抗击疫情过程中发挥了许多积极作用，使得后疫情时期“区块链技术”在金融、溯源、协同共享、数字化、监管、数字资产交易、存证、征信等领域发展迅速。
2020年下半年，随着比特币价格从1万美金暴涨最高至2020年年初6万美金后，全球金融资本、企业机构、散户投资者开始关注并涌入区块链矿圈领域，市场众多参与者竞相布局区块链矿机市场，对比特币为代表的挖矿机器进行抢购成为全球竞争的焦点。
1.挖矿定义
挖矿是消耗计算资源来处理交易，确保网络安全以及保持网络中每个人的信息同步的过程。
以目前大多基于POW的币种来说，挖矿是区块链网络中参与记账的节点争夺记账权的过程，通过高难度的哈希运算，保证了网络的中立性，这种挖矿机制使得撤销一个以往的交易变得极其困难，因为这需要重写该交易之后的所有区块，从而保证了区块链不可篡改的特性。
2008
年，中本聪在《比特币白皮书：一种点对点的电子现金系统》中介绍了介绍了工作量证明的原理：“我们通过反复尝试来找到这个随机数，直到找到为止，这样我们就构建了一个工作量证明机制。只要该CPU耗费的工作量能够满足该工作量证明机制，那么除非重新完成相当的工作量，该区块的信息就不可更改。”
1.2举例
以比特币为例，通过完成一次哈希运算打包了区块交易，所打包的区块奖励及交易手续费成为了此次记账行为的激励，随着比特币市值不断升高，区块奖励所对应的法币价格也水涨船高，由此所带来的算力竞争也愈发激烈。根据最近统计表明，前五大加密货币因挖矿所消耗的能源与荷兰整个国家相当，其中BTC的耗电量相当于奥地利，而BCH网络所消耗的电量也介于摩尔多瓦和柬埔寨之间，为了去中心化的实现而消耗的巨额能源也成为了POW币种的争议点之一。
2.挖矿的历史
以比特币为代表的加密货币挖矿产业，只是挖矿历史长河的延续与壮大。总体来说挖矿有4个阶段：手工开采的石器时代、人与机器共同开采的工业革命、比特币挖矿、云算力挖矿。
2-1.挖矿1.0时代：手工开采
手工开采可以追溯到几个世纪以前，直到石器时代：当时棍棒和石头是由地面提取的矿物质形成的，是作为武器和餐具的首选硬件。随着时间的流逝，冶炼的发展到来了。这使采矿者可以通过加热的方式从矿石中提取金属。
时间进入到文艺复兴时期：彼时使用渡槽和水箱的开采变得更加复杂，这也是现代水力挖矿的基本过程。例如，罗马人入侵英国时，占领了矿产丰富的地区。在位于威尔士的金矿，罗马人从上方释放在水箱中的水，让水浪清除地面，然后通过各种燃烧方法加热基岩以软化岩石。当另一波水被释放时，岩石便被打碎或吹走，暴露出浅层的金矿。这项技术在今天仍然可见，因为该地区的山坡上产生了许多露天矿。
几个世纪以后，直到1600年代，人们开始使用爆炸物破坏掩盖了丰富矿物质的坚硬岩石。钻孔和爆破的技术开始用于挖矿，还用于隧道的挖掘。钻孔和爆破是一种危险但有效的方法，使矿工和挖掘者可以加快爆破过程。这个过程非常简单---在岩石上钻一些孔，然后用支装满岩石，然后用细绳，铁丝或某种形式的通道引爆足够的炸药。岩石爆炸破裂后，瓦砾将被清除，以露出其下方的地面。
2-2.挖矿2.0时代：工业革命
1800年代的转折是伴随着工业革命而来的，工业革命催生了工业和工厂，使大量生产以指数级的速度增长。在过去的两个世纪中，采矿技术取得了十足的进步。现代新型的“推土机”，例如重型机械和推土机，可以轻松清除大量泥土。
1900年代后期使用了大型机械，例如斗轮挖掘机，用于在实际挖矿进行之前清除表土。先进技术带来了一波遥感浪潮，允许机载平台使用红外和紫外波长，以更安全、有效的方式检测地球矿物。航天飞机雷达地形图系统的提供高质量、详细的数字地形和图像数据。正在开发的高光谱技术以收集可用于绘制地表矿物学图的其他数据为主要功能。这些技术中的许多技术已被太空机构用于行星探测，例如我们自己的月球和火星探测工程。
2-3.挖矿3.0：比特币时代
由于比特币的出现，2009年成为加密货币挖矿的诞生年。比特币的POW共识算法被认为是当前加密数字货币最稳定最安全的共识机制，因此BTC及基于POW共识机制加密货币也占据了所有数字货币的绝大部分市值。
比特币矿工本质上是利用硬件通过运行节点并创建充满交易的区块来维护网络分散状态的人。他们以比特币或其他加密货币的形式获得金钱奖励，作为其服务的代币。矿工开始使用功能更强大的机器来在比赛中生成哈希率，以赢得区块奖励。
2-4.挖矿4.0时代：云算力
矿工现在可以租用商业运营产生的哈希率，从而有机会在比特币网络上进行挖掘。许多挖矿作业都在偏远的农村地区进行，而去往这些地区工作布局对普通人来说资金和实践门槛都很高。通过存储散列率并将其出租，矿工现在基本上可以拥有源于实际挖矿机的散列率。为了使其更容易理解，可以将其视为“服务即挖掘”。新的入场者可以更轻松地过渡到支持比特币网络的进程。
3.挖矿设备
3.1设备历史简述
2009年1月4日，比特币创世区块的挖出为数字货币挖矿生态拉开了序幕。在开始的相当长的一段时间内，都可以判定是中本聪通过一台CPU主机进行挖矿行为，随着比特币生态的扩大，越来越多的人参与到了比特币挖矿的行业中来，比特币挖矿正式进入CPU竞争的时代。
2010年9月，第一个显卡挖矿软件发布，一个显卡相当于几十个CPU，挖矿性能明显提升，随着显卡挖矿的进一步扩大，普通CPU的挖矿速度已经无法满足高难度的挖矿算法，一块或者多块较高端的显卡组装的挖矿设备就诞生了。
随着比特币网络难度的进一步提升，人们开始走向针对单一算法的高性能低能耗的专业型矿机的研发之路——ASIC矿机。2013年初，南瓜张研发了第一台现货ASIC矿机，在此之后矿机进入百花争鸣的季节：如烤猫矿机，鸽子矿机，TMR矿机，比特儿矿机，兰德矿局，小蜜蜂矿机，阿瓦隆原厂和各种代工，花园矿机，Smart矿机等等。
随着更多算力的加入，单一ASIC矿机也无法挖到比特币，矿工联合了起来，形成了矿场和矿池，通过矿池将算力集中到一起挖矿在根据实际算力进行分配成为了现在比特币挖矿的主流。
3.2目前主流矿机
目前市面上挖掘比特币的矿机主要有蚂蚁矿机S9系统，神马M10及芯动T2系列、阿瓦隆系列。
3.3矿场与矿池
市场随着投资者进入而算力增加，单一ASIC矿机无法挖到比特币，于是矿工联合起来形成了矿场和矿池，通过矿池将算力集中到一起挖矿，再跟进实际算力进行分配，发展为现在比特币挖矿的主流。
矿池协议：“矿池”通过一种专有的协议，来协调成百上千个矿工。矿工在建立矿池账号后，设置他们的矿机连接到矿池服务器。矿机在线上运行挖矿时，需要保持和矿池服务器的连接，和其他矿工同步工作。常用协议包括：Stratum&GetBlockTemplate和已经过时了GetWork。
矿池特点：矿池突破地理位置的限制，将分散在全球的矿工及矿场的算力进行联结，一起挖矿。矿池负责信息打包，接入进来的矿场负责竞争记账权。由于集合了很多矿工的算力，所以矿池的算力占比大，挖到比特币的概率更高。矿池挖矿所产生的比特币奖励会按照每个矿工贡献算力的占比进行分配。相较单独挖矿，加入矿池可以获得更加稳定的收益。
矿池分类：市场上主要有托管矿池和P2P矿池，由于P2P矿池的效率低，所以这种模式渐渐淡出市场。
矿池算力分布：矿池算力可分为比特币大陆系和非比特大陆系，BTC.COM、AntPool、BTC.TOP、ViaBTC均属比特大陆系，占全网算力46%，其他非比特大陆系占54%。
4.矿场市场现状
目前全球数字矿场格局基本确定，中国占比第一，数字矿产行业在2016年兴起且形成规模后，我国在全球范围内的占比都是比较靠前的，因为中国具有先天的优势：大量的早期矿工、便宜电力以及成熟的挖矿相关产业链。
数据显示，中国在全球数字矿产占比70%，四川占比高达54%，但是近年略有流失，疫情之后更加明显，全球超过10%的算力已经从中国转向了美国。
在全球推行数字化的过程中，美国、加拿大、俄罗斯、瑞典等电力大国，在合规上相对领先，大量的国内矿工开始走向这些国家。
5.矿场品牌
矿池是矿业的主要参与者，也是矿业成熟的标志之一。
从2020年平均算力份额来看，F2Pool是算力份额最高的矿池，年均算力份额约为17.53%，其次是Poolin和BTC.com，年均算力份额约为14.81%和12.30%，另外，AntPool的年均算力份额也超过了10%，约为10.97%。
从区块产量和算力份额相关性来看，BinancePool是2020年了表现最好的一个矿池，其他比较好的矿池还包括Huobi.pool和ViaBTC，两家矿池的算力和产量呈弱正相关关系。蚂蚁矿池、币印矿池、莱比特矿池、币网矿池等也名列前茅。
选择标准：矿池最基本的职能就是将矿工的算力聚集起来一起去挖矿，在技术上的差异很小，现阶段比拼的是算力和服务质量。比特大陆系矿池矿有着矿机价钱优惠、获取矿机的速度快等先天优势；非比特大陆系的矿池则凭借自己的口碑及差异化服务获得矿工的支持，国内以F2Pool为代表，国外则以SlushPool为代表。
6.矿机品牌
根据F2Pool对矿机市场的监测，截至2021年1月末，目前市场上共有101款BTC矿机。按照品牌分类，比特大陆、比特微和嘉楠耘智是生产矿机最多的三家厂商，其中，比特大陆共生产了25款BTC矿机，比特微和嘉楠耘智分别生产了19款和17款BTC矿机。传统矿机三巨头之一的亿邦国际只生产了10款矿机，与芯动生产的矿机数量相当。
目前市面上盈利表现最好的15款矿机中，比特大陆和比特微各有4款，嘉楠耘智和犀鸟各有2款。15款矿机的平均算力达到了89T，按照0.34元/度的价钱计算成本的话，这些矿机的平均日净收益约为94.33元。日净收益超过100元的有4款矿机，分别是神马M30S++、蚂蚁S19Pro、神马M30S+和蚂蚁S19，其中收益最高的神马M30S++达到了124.5元。
ETH矿机可以分为拼装机和定制机。2020年定制机的快速发展是ETH矿业逐渐成熟的一个标志，也是未来ETH矿业的一个发展方向。根据F2Pool的统计，截至2021年1月末，市场上共有60款ETH矿机，其中拼装机共有35款，占比58.33%，定制约为25款，占比约为41.67%。
在拼装机中，RX显卡的矿机有13款，GTX显卡的矿机有10款，两者合计占拼装机总量的65.71%。在定制机中，芯动、熊猫和狼神是较为主流的品牌，其中芯动有推出了5款定制矿机，熊猫和狼神分别推出了3款定制矿机，三者合计占定制机市场的47.83%。
二、算力展望
1.算力
定义：算力，指每秒计算哈希值的次数，用于衡量矿工的计算能力。算力越高，挖到区块的概率越大。
算力单位：算力的常用单位，已从最初的每秒哈希值变成KH/s、MH/s、GH/s、TH/s(万亿hash）、PH/s(千万亿hash/s)、EH/s(百亿亿hash/s)。
影响：算力、算力难度和比特币价格是影响挖矿成本及收入的关键因素。关注这三个指标，并理解它们之间的关系，将有助于判断市场趋势。
1.2算力难度
定义：比特币挖矿算力难度，是对挖矿困难程度的度量，挖矿难度越大，挖出区块就越困难。比特币系统通过调整区块头中的难度目标值来控制挖出区块所需平均时间。
难度调整：难度目标上调和下调的范围都有4倍的限制。举例说明：假设上一个难度目标调整周期内的2016个区块，由于算力暴涨，只用7天就全部挖出来了，通过难度目标调整，将难度目标缩小一倍，可以将平均出块时间维持在10分钟左右，但如果算力暴涨，前2016个区块全部挖出只用了1天，那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。
2.算能
定义：我们将算力在一段时间内完成任务的能量定义为算能。如果把计算这件事近似看作是芯片消耗电能完成计算的过程，从热力学第一定律能量守恒的角度出发，那么我们就可以用电能的消耗来间接表示算能，因此算能就等于计算所消耗的电能总和。
2.1算能特点
特点一：算能驱动金融的变革。
由于算能的大幅度提升，对数字生产资料的处理能力大幅提升，金融产业通过与计算产业的结合使得效率大幅度提升成本大幅下降，因此金融产业也会向这个方向不断进化：通过互联网和先进技术来降低金融产业的信任成本、流通成本、交易成本，同时也反向推动计算需求的不断增长。计算能力将从各个维度渗透到传统金融行业，这更像是一种赋能的过程，不是简单的互联网金融，而是算能金融、智慧金融。
特点二：算能驱动科技的变革。
算能本身也是依靠科技进步不断进化的，5nm甚至3nm制程将会带来更低功耗的高性能芯片，新材料的研发将会带来更好的散热效果。与此同时随着5G、AI的快速普及，物联网和边缘计算的依靠算能的赋能开始凸显价值，科技将推动每一个传统产品都将具备数据获取和计算能力，这些计算能力又会进一步推动算能的发展和进化。
算能，未来有可能成为国家的核心竞争力，算能需求的增长会带来相关产业的快速增长，近来被资本热捧的芯片产业，作为国家的核心战略，会在相当长的时间内得到更多的资源倾斜和快速发展的机会，并带动芯片周边产业以及算能服务产业的快速发展。
正如互联网推动电子商务的发展壮大，催生出包括阿里巴巴、亚马逊这样服务于电子商务需求的巨头企业，同样算能需求的快速增长和芯片产业的快速发展，也会为未来可能诞生的算能服务巨头奠定坚实的基础。
3.电力
需求：比特币采矿需要输出大量的算力，而算力需要机器和电力来运维，因此我们可以把比特币看做一种由电力能源转换成的数字产品。因此，机器和电力价格实际上构成比特币开采的主要成本，当然除此之外，还有基建等固定成本。
采购渠道：发电厂、电网公司、售电公司、以及售电中介。
以蚂蚁S9j型号的矿机粗略计算，年度用电1000万千瓦时需要850台矿机规模的矿场，因此矿场规模大于850台以上的矿场理论上都能从发电厂直接购电。但是直接购电竞争激烈且涉及政府关系，因此政府资源是非常重要的因素。
4.政策走向
预计2021年全国电力供需总体平衡、局部地区高峰时段电力供应偏紧甚至紧张。
内蒙古矿场受政策原因在退场：
从2019年9月到2020年4月，中国产出了全球比特币的71.7％，内蒙古产出了全球比特币的7.71％。相比之下，美国同期产出的比特币计算能力仅为5.29％。
燃煤发电厂是空气污染的重要来源，这也是为什么内蒙古要关闭加密矿场的原因之一。《内蒙古省政府表示，为了实现国家政府设定的新的碳减排目标，要停止虚拟货币的挖掘。与中国其他地区可以提供大量清洁水电来为加密矿机提供动力的地区不同，内蒙古的加密矿场以煤炭为动力。
所以据内蒙古自治区发展和改革委员会发布《关于确保完成“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施》，要求4月底“关闭所有加密货币挖矿项目”，同时“严格禁止新的加密货币挖矿项目。”
根据火币研究院2020年研究报告数据，在中国：2020年区块链技术上升至国家战略，并被列入新基建的范围内。在政策东风的引领下，“新基建”成为中国2020-2022年的重点建设工作任务。具体来看，22个省、市、自治区在其政府报告中提出区块链产业发展规划，还有湖北、浙江、四川等10个省市相继出台新基建政策，将建设5G网络、打造人工智能、区块链等新技术基础设施集群摆在关键地位。
海外：更偏向对加密资产类的企业实施谨慎监管，成立沙盒扶持这类区块链创新企业发展，除了英国、新加坡、加拿大、日本等以外，全球更多的国家和地区也开始推行沙盒制度，以支持区块链技术和商业创新探索。
当前全球联合监管的共识在增强，国际区块链行业自律组织出现，在反、反恐融以及稳定币发行方面，全球性组织开始关注并将逐渐扮演最终的监管机构角色，比如G20金融稳定委员会(FinancialStabilityBoard,FSB)2020年发布了《解决全球稳定币(GlobalStableCoin,GSC)项目所引起的监管、监督挑战》，对稳定币提出10项监管建议，具有非常大的影响力。
三、比特币后市展望
1..挖矿风险
政策风险：此类风险主要包括行政上做出查封矿场的行为，或者针对挖矿所消耗的电费进行单独提价的风险。
比特币价格风险：倘若币价持续下跌，大量矿机的收益将受到影响，甚至无法回本。
矿机风险：矿机的寿命一般在3年左右，不排除因散热或矿机自身原因导致中途退休。
算力风险：挖矿的收益通常是动态的，一方面取决于变化的币价，另一方面取决于新加入的算力参与竞争。由于币价下跌，矿机商通常会将手头的矿机折价出售，加上牛市时期矿机供不应求的期货开始参与挖矿，在牛熊转化初期，币价下跌仍旧会有大量算力加入进来，对挖矿收益造成双重打击。
矿机迭代风险：比特币大涨吸引了大量芯片厂商参与到跟高性能的矿机研发当中，一旦市场上能够出现比现有矿机性能高出一个数量级的产品，那么对现存的矿机收益都将是一个巨大的打击。
2.BTC与ETH全网算力展望
从网络状态来看，2020年比特币网络的挖矿难度全年共调整了28次，其中仅9次下调了难度，其余17次均上调了难度，其中6月16日上调幅度最大，单次上调了约14.95%，另外还有4次难度上调幅度超过8%。全年累计上调难度约43.79%，相比2019年累计上调97.67%而言，预计2021年难度调整相对更温和。
挖矿难度的变化与算力的变化密不可分。在矿业周期中，《币价上涨——算力上升——难度上调》已经构成了一个因果连锁反应。BTC挖矿难度温和上涨是其全网算力温和上涨的体现。根据统计，2020年比特币全网算力从年初的112.93EH/s上涨至年末的153.48EH/s，全年涨幅约为35.91%，较2019年全网算力上涨143.59%大幅回落。与2020年BTC上涨304.74%相比，温和的算力涨幅使矿业在理论上有机会获得超额利润。
ETH挖矿难度大幅上涨同样也是全网算力大幅提高的体现。根据统计，2020年以太坊全网算力从年初的141.55TH/s上涨至年末的281.37TH/s，全年涨幅约为98.78%。与2019年下跌10.54%相比，2020年以太坊全网算力大幅上涨，矿业基本面有了很大的改善。
受到以太坊生态应用的利好刺激，2020年ETH上涨了468.64%，远超全网算力涨幅，这使得理论上ETH矿业比BTC矿业更可能在2020年获得超额利润。
3.比特币后市
2021年比特币价格受全球央行宽松节奏、传统企业资产配置、金融监管态度、公众人物宣传四大因素影响:
疫情反复，为刺激经济发展，全球央行竞相宽松；
为对抗通胀，“传统”企业将资产中现金臵换为比特币，如特斯拉、Microstrategy等；
灰度GBTC之后，比特币ETF在加拿大获批，更多机构有望入市；
特斯拉创始人马斯克在社交媒体对比特币的不断宣传也是重要因素，这进一步深化了比特币“数字黄金”的形象，提升了比特币的社会认知度。
谨防币价波动风险，做好库存管理。当前美国疫情形势有所缓和，经济复苏节奏加快，央行“放水”现象有边际收紧迹象，传统企业资产配置步伐或受影响，需谨防币价下跌、挖矿收益减少、矿机厂商库存增加、比特币购买成本过高风险.
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