比特币产业链商业模式详解
币价飙升既刺激着矿机市场的神经，在巨大需求的刺激下，近日二手矿机价格轮番上涨。随着比特币价格一路飙涨至10000美元以上，矿机产业迎来新一轮的繁荣。近日，据彭博社消息，虚拟货币第一大矿机制造商比特大陆将恢复IPO计划，最早于7月重启IPO，上市地点则由香港换成了美国。
更早之前在今年1月，彭博报道称嘉楠耘智已考虑赴美上市。另有消息称，比特币矿机生产商亿邦国际在第二次登陆港交所失败后，正在考虑前往美国市场上市。这也意味着曾在2018年尝试香港主板上市的三家矿机生产商均有前往美国上市的计划。
比特币最初的设计理念是基于密码学的去中心化网络。相互独立的矿工通过进行工作量证明计算形成共识，维持网络的运行并获得收益。但币价上升带来的收益提升，在比特币生产环节，带动专用挖矿设备(矿机)，共同挖矿服务(矿池)等商业模式的出现。
在交易环节，由于比特币网络交易速度过慢等问题，出现基于第三方信任的交易所、托管行等提供类似于目前金融行业功能的组织，整个网络向中心化演化。这篇报告里我们介绍这些行业的商业模式和技术细节。
▌比特币产业链逐渐向中心化演进
2008年“中本聪”提出比特币是基于密码学的去中心化网络。相互独立的矿工在自己家里利用PC通过工作量证明形成共识，维持网络的运行，并获得收益。用户通过钱包实现点对点的支付，整个交易不需要通过银行等可信赖第三方机构的支持。
随着比特币网络规模的扩大和币价上升带来的收益提升，比特币网络碰到矿工收益逐渐降低，以及交易处理速度慢等问题。为了解决这些问题，出现了(1)专用挖矿芯片;(2)矿池;(3)矿场;(4)交易所等新商业模式。整个网络向中心化演进。
矿机是专门用于挖矿(工作量证明计算)的计算机，矿机的特点是通过采用大量专用挖矿芯片进行并行计算，实现远远优于CPU/GPU等传统通用芯片的能耗比和计算设备的硬件的性价比。
比特币矿工通过参与竞争记账，获得比特币网络的奖励和交易发起方支付的交易手续费。目前矿工一般加入某个矿池，参与共同挖矿，矿工一定时间能够获得的收益与矿机成本、电力成本、全网算力、自身贡献算力、币价等因素有关。
矿池的主要职能是通过专用挖矿协议，协调大量的矿工一起挖矿。成功出矿的奖励先支付给矿池，矿池再根据各个矿工的贡献分配收益。矿池从中收取一定比例的费用。加入矿池，比特币用户一方面可以避免运行全节点;另一方面也可以减少挖矿回报的方差。根据BTC.com统计，目前前6大矿池垄断72.9%算力，不参加任何矿池的独立算力不到总算力的3%。
矿场是为矿机提供托管服务的专用数据中心。矿场的作用在于将矿机物理集中在电价较低的区域，利用低电力成本获取更大收益。在中国来看，一般会选择内蒙古、四川、云贵高原、新疆等电力资源丰富且电价便宜的地方。根据blockchain.info的统计，2018年中国矿场占全球比例约58%。
交易所:提供加密资产链下交易平台。由于比特币区块链区块大小设计的限制，每秒只能处理7笔交易，无法支撑快速上升的交易需求，交易所由此应运而生。交易所主要提供:1)法币-加密资产之间的兑换服务;2)不同加密资产之间的兑换服务;3)杠杆交易等融资服务。
▌产业链主要环节简介
矿机:从CPU/GPU挖矿到ASIC挖矿
比特币及以太坊等主要加密资产采用哈希运算等工作量证明(ProofofWorks)的形式进行竞争记账。作为成功记账的奖励，参与记账的节点(矿工)获得1)交易发起方支付的手续费;2)比特币网络新生成的区块奖励(比特币)。矿工主要成本包括1)进行哈希运算消耗的电费;2)矿机的初始成本以及折旧。
比特币矿机是专门用于挖矿(工作量证明计算)的计算机，矿机的特点是通过采用大量专用挖矿芯片进行并行计算，实现远远优于CPU/GPU等传统通用芯片的能耗比和计算设备的性价比。
最新的英特尔CPU挖矿性能是20MHash/s，英伟达的GPU性能约400MHash/s。而2012年的第一颗挖矿专用芯片烤猫BE100开始已经达到850GH/s，到最新一代蚂蚁矿机S15达到28TH/s(1T=1024G)，哈希运算能力在不断增强，而能耗比方面，已经降到了GPU的1/10000。采用专用芯片以外的方法进行挖矿，在经济上已经不可行。
以太坊等一部分加密资产，认为ASIC挖矿有损加密资产社区的公平性，因此调整算法，限制ASIC挖矿的性能，这些加密资产的挖矿目前以GPU方法为主。
由于能耗比是矿机芯片的主要性能参数，矿机芯片一般采用最先进的半导体制造工艺进行生产。从台积电的季报业绩披露可以看到，矿机芯片与苹果手机芯片，英伟达等的GPU芯片一起成为7nm等台积电最先进工艺的主要用户。除了采用最先进的半导体生产工艺以外，矿机厂商也通过采用自己研发的低功耗IP等方法，降低整体功耗。
▌币价，在网算力，矿机销售量之间的关系
我们注意到比特币价格和在网算力之间存在动态平衡的关系。在网算力直接影响矿机的销售。
当比特币价格处于上升通道:市场较为火爆时，预期挖币收益提高，回本周期缩短，带动矿机售价及销量走高，新增算力持续增加;直至某个节点，新增矿机预期回本周期不具备吸引力，则会有矿机退出，达到动态平衡状态。
当比特币价格处于下行阶段:市场较萎靡时，预期挖币收益降低，回本周期拉长，拉低矿机售价及销量，算力增速降低，有矿工持续退出;直至某个节点，单台矿机经济效益达到上升拐点，再次吸引矿工加入，达到动态平衡状态。
▌矿工:比特币网络的维护者和受益人
比特币矿工通过参与竞争记账，获得比特币网络的奖励和交易发起方支付的交易手续费。目前矿工一般加入某个矿池，参与共同挖矿，矿工一定时间能够获得的收益与矿机成本、电力成本、全网算力、自身贡献算力、币价等因素有关。一个简化的收益公式如下。
► 矿机成本:矿工可以通过选择不同的矿机来控制矿机成本，但这个也会同时影响矿机算力。一般新一代矿机成本较高，但算力贡献也大。
► 电力成本:矿工可以选择到电费低的地方挖矿，或者通过加入电费较低的矿场来降低电力成本。
► 在网总算力:矿工无法控制，长期来看，取决于币价走势。币价上涨会导致总算力增加，然后最终达到均衡。
► 自身贡献算力:取决于矿机的算力。但由于现在全网算力很大，单台矿机几乎无法取得收益，因此几乎所有矿工选择加入矿池，提高节点算力和挖到比特币的几率，之后通过矿池分成模式获得对应收益。
► 币价:矿工无法控制，取决于比特币市场行情。
▌矿池:算力逐渐集中
矿池的主要职能是通过专用挖矿协议，协调大量的矿工一起挖矿。连接到矿池里的矿工，在挖矿时与矿池服务器保持连接，和其他矿工同步工作。
矿池中的矿工共享奖励。成功出矿的奖励支付到矿池的比特币地址，而不是单个矿工。一旦奖励达到一个特定的阈值，矿池服务器便会支付奖励到矿工的比特币地址。通常情况下，矿池服务器会为提供矿池服务收取一定比例的费用。
对矿工来说，和个人挖矿相比，加入矿池有两个好处。一方面可以避免运行比特币全节点所需要的存储和带宽成本;另一方面通过和其他矿工分享收益，可以提高挖矿回报的稳定性。2018年12月3日全网算力约38.88EH/s，一台蚂蚁S9算力为13.5TH/s，一天理论上可以挖到0.063%个比特币。
根据BTC.com统计，目前前6大矿池垄断72.9%算力，不参加任何矿池的独立算力不到总算力的3%。过去一年，95%的比特币被矿池挖到。
▌矿池的商业模式和收益
成功挖币的关键在于最先找到全网难度的随机数。矿池在接收到下一个区块难度时，会将区块难度分成很多难度更小的任务下发给矿工计算，矿工完成一个任务后将结果提交给矿池，这个过程算矿工提交一个share。假设全网难度要求n的值为100，即前100个比特位为0，矿池可能会给矿工分配一个任务，要求前30位为0，然后再从所有提交的任务中，寻找有没有凑巧前100位为0的目标值。
不同矿机算力的大小不同，矿池会根据算力大小分配不同难度的任务。比如A矿机的额定算力5T，B矿机的额定算力为10T，那么矿池给A矿机分配任务要求计算哈希难度的前5个比特位为0，B矿机的任务可能会是哈希难度的前10个比特位为0。
找到前10个比特位为0的难度要远大于找到前5个比特位为0，而前10个比特位为0成为符合条件目标值的概率也大于前5个比特位为0的概率。所以从概率上来讲，B矿机可能贡献正确答案的概率要大于A矿机。
▌矿场:挖矿用的数据中心
矿场是为矿机提供托管(Hosting)服务的数据中心。矿场的作用在于将矿机物理集中在电价较低的区域，利用低电力成本获取更大收益。在中国来看，一般会选择内蒙古、四川、云贵高原、新疆等电力资源丰富且电价便宜的地方。
根据blockchain.info的统计，2017年全球比特币耗电量达到227亿度，其中中国矿场约占全球70%。2017年9月4日，央行限制比特币交易所在中国的运营;11月互联网金融整治办开会讨论引导矿场退出问题，央行要求各地政府从电力供应入手，逐步削减比特币矿场规模。在政策不利的情况下，很多矿场开始向海外转移。
由于矿场选址的两个条件:1)电价低;2)温度低，加拿大、俄罗斯、冰岛等地区逐渐成为挖矿首选地区。莱比特和微比特两个中国较大矿场已经在加拿大、冰岛和美国设立分部。
矿场经营的另一个压力来自比特币价格的不断下跌。2018年12月4日比特币价格为3859美元，和年初最高点相比已经下跌70%，这意味着挖矿获得的收益已经不足以支付电费、管理费等挖矿成本，很多中小型矿场迫于成本压力将会选择退出市场。
主要交易所:Coinbase、Circle、火币、币安
交易所交易包括币币交易及法币与加密资产的交易，主要有两种获利方式:交易费和上币费。1)交易费:概念类比证券交易所，收取千分之一到千分之四的交易费不等，根据交易实际情况而定;2)上币费:数字资产若想登录交易所，需要支付百万至千万人民币的申请费。
我们认为交易所可以分为两类，一类交易所重视合规，仅支持法币与加密资产兑换，如Coinbase和Circle;另一类重在提高交易量，提升交易所活跃度，比如币安、火币等。我们认为，未来合规化是大方向，交易所将努力拿到更多的国家牌照来拓展业务。
Coinbase:估值最高的交易所，向合规方向发展
Coinbase是美国知名的加密资产交易平台，成立于2012年，总部在美国旧金山，目前有来自33个国家的2,500万注册用户，月活用户达到60万。Coinbase从成立开始已经完成7轮融资，总计5.25亿美元，最新估值80亿美元，投资方包括著名基金TigerGlobalManagement，UnionSquareVentures，AndreesenHorowitz，IDGVentures等。另外，还有老牌金融机构纽约证券交易所NYSE，美国大牌金融机构USAA，日本东京银行BankofTokyo，日本三菱金融集团MUFG等知名传统金融机构。
Coinbase是注重合规的典型代表，在美国和全球几乎拥有所有合规的牌照。
Coinbase依托合规的牌照，在全球开展加密资产全生态链和全球化的布局:
Circle:致力于建立加密资产生态
Circle成立于2013年，是一家提供加密资产交易平台以及加密资产储存的创业公司。创始人是Macromedia前科技总监JeremyAllaire及SeanNeville。目前旗下业务包含CircleTrade场外交易服务、Poloniex交易平台、CircleInvest以及CirclePay等。
Circle的主要投资人包括高盛、IDG资本、Pantera、中金公司、光大、百度等。2018年5月Circle完成1.1亿美金的E轮融资，投后估值30亿美金。
与Coinbase一样，Circle的优势也在于齐全的合规牌照。
▌托管行:加密资产市场资产安全保障
传统的资产管理市场主要包括三大金融机构:财富管理、基金管理人以及券商。
► 财富管理:资金提供方，主要包括家族资产、养老金、私人银行、保险公司等;
► 基金管理人:负责资金的管理，主要包括公募基金、私募基金、VC/PE、HedgeFund等;
► 券商:提供资产标的和资产的流动性。传统金融业务托管行负责为资产管理市场各个参与者提供第三方的资产保管服务。
目前，加密资产托管服务主要分为四种:
► 个体离线托管:用户通过未连接互联网的离线硬件“钱包”保管;
► 个体在线托管:用户通过线上“钱包”平台保管加密资产;
► 交易所代托管:用户通过交易所进行加密资产交易时，交易所为用户提供的加密资产保管服务;
► 第三方代托管:用户通过委托第三方托管行管理加密资产。
随着投资人逐渐加大对加密资产的投资，他们希望资产的安全能够得到保证，因此第三方托管机构变的更加重要。
与传统资产管理市场的托管银行类似，加密资产第三方托管机构主要的作用是作为被信任的第三方，负责资产保管。除此之外，托管行还可以完成归集支付、资金监管、抵押资产保管、份额登记、风控合规、交易监督、估值核算等功能。
加密资产托管行主要通过多重签名的方式保证托管资产的安全。具体的商业模式主要有两种:全托管方案和协同管理方案。全托管方案会为托管资产准备5个私钥，5个私钥全部归托管行所有，分别放在5个不同的地点储存。只有5个私钥中的3个正确，才有权限对托管资产进行操作。
协同管理方案同样会为托管资产准备5个私钥，但其中1个私钥归客户所有，另外4个私钥全部归托管行所有。托管行会将私钥分别放在5个不同的地点储存。只有5个私钥中的3个正确，才有权限对托管资产进行操作。
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