加密矿业演化简史：矿机升级与算力变迁

原文标题：《区块链演化史：加密矿业演化简史》原文作者：wesely，DeFi之道在加密行业中，矿工是一个特殊的群体，他们是区块链底层安全保障，是加密行业中最富有的和最具话语权的一群人，代表着加密市场的晴雨表；同时，在反对者眼中，其所处的行业是吞噬能源的巨兽，是披着数据科技外衣的落后产能。芬兰的赫尔基辛是加密矿业的开端之地，2009年年初中本聪在这里挖出了比特币的首个区块，之后伴随着比特币价格的暴涨，算力的军备竞赛开始不断白热化，2010年9月出现了GPU挖比特币的代码，打破CPU挖矿常规，不久之后各式的矿机飞速迭代。2010年12月，捷克程序员Marek创建了世界上第一个矿池「slushpool」，这种大规模的集合式矿场也逐渐成为了行业发展的主要模式，伴随着此后一系列矿机专业化、矿企上市、算力的金融化等发展，为矿业带去了持续的动力，也让这一新型赛道逐步发展出了规模庞大的商业版图。截止2022年4月，21家上市的比特币矿业公司总市值就超过150亿美元，在以太坊合并前，单以太坊矿机市场价值就高达50亿美元。但矿业发展的阻力也不小，在绿色环保的全球共识之下，高耗能的POW挖矿成为了一种天然的不正确，变成了不少人口诛笔伐的对象，加上不断加码的政策、不断上升的电力成本，让矿工群体不得不四处迁徙，而这也制约了行业的进一步发展。POW时代的没落，则让矿工群体的话语权开始不断收缩，但流动性挖矿、零知识证明所带来的ZK挖矿，却也让矿业的边界得以再一次扩展。细数加密矿业的历史，其发展历程或许称不上波澜壮阔，但在十几年跌宕起伏的加密行业中，也同样精彩，它在乌托邦与修罗场之间来回穿梭，却也在夹缝与危机中一次次地向上生长。淘汰与进化

加密行业的演化，最直接的例子就是不同硬件矿机的迭代。从CPU到ASIC

2010年7月，比特币的场外交易价格数天时间从0.008美元涨到0.08美元，这也让最早的一批「矿工」嗅到了商机。在这个时期，比特币全网算力仅140MH/s，大多是以个人电脑挖矿的方式，挖矿的门槛并不高，在比特币价格利好的带动下，参与比特币挖矿的人开始迅速增长，开始有人把目光从CUP转向算力更强大的GPU上，据估计，当时GPU的算力比CPU高出了3个数量级达到9MH/S，而CPU的算力大约只有1KH/S，在以个人电脑CPU挖矿的年代来说，GPU挖矿的出现可以说是降维打击，所以短短7个月后，全网算力涨到了500GH/s，增长了3500倍，并在一年后达到15TH/s，至此，个人电脑挖矿的方式也成为过去式，GPU算力统治这比特币挖矿市场。

加密矿企Bitfarms三月产出 424 枚比特币:金色财经报道，加密矿企Bitfarms 三月产出 424 枚比特币，同比增长 17%。产出的比特币中有 394 枚比特币以均价 24700 美元出售。截至 2023 年 3 月 31 日，Bitfarms 总算力为 4.8 EH/s，环比增长 2%，同比增长 78%。[2023/4/3 13:42:35]

2010年7月-2011年2月比特币全网算力增长情况数据来源：btc.comGPU算力的优势，让大家看到更高算力所能带来的额外收益，于是在2011年比特币牛市助推下，算力的军备竞赛也正式开启，之后算力更为强大的FPGA开始出现。2011年6月，被称为现场可编程门阵列的专业挖矿设备被广泛提及，这是第一次针对挖矿所做的专业芯片设计，这对当时主要通过业余硬件进行挖矿的群体来说，无疑也是一次巨大的进步，也为之后更为专业的ASIC专业挖矿芯片叩开了大门。FPGA的算力在原GPU的基础上，再次提升了大约3个数量级，达到了GH/S的级别，但因其开发难度大和算力提升较慢，在昙花一现后便淡出了人们的视野。2013年，减半后的比特币迎来了第二轮牛市，算力也开始了新一轮的涌入，比特币挖矿难度水涨船高，大家不得不去寻找算力更为强大的装备，专为挖矿设计的ASIC芯片应运而生，因其算力集中等特性，可以以更低的单位能耗实现更高的计算速度，ASIC将矿机算力推向了一个新的高度，2013年12月蚂蚁矿机一代开始对外出货，之后，ASIC芯片也从110nm一路奔向3nm，还从低功耗、高性能等多个维度不断优化，一代代的ASIC矿机飞速迭代。2013年1月，第一台商用比特币ASIC矿机阿瓦隆矿机交付，让比特币进入了ASIC算力时代，该矿机开发公司嘉楠耘智也在2019年11月在纳斯达克完成了上市，成为加密行业上游的知名矿机龙头，有趣的是，第一台FPGA矿机正是由嘉楠耘智创始人南瓜张研发所推出的，在FPGA矿机仅仅半年后，退学后的他就用ASIC矿机把FPGA矿机挤下了舞台。同样是在2013年，吴忌寒成立比特大陆，当时蚂蚁矿机S1一经推出就受到了市场疯抢。在这期间，矿业市场上涌现了众多的矿机品牌，比如烤猫、西部、蚂蚁、ASICME、TMR、比特大陆等等，但很多矿机厂商都在竞争中被淘汰，没有改变的就是ASIC的统治地位一直延续至今。对于最早接触比特币挖矿的那群人来说，伴随着加密矿业的发展中，一部分成为了上游矿机的开发商，比如以南瓜张的嘉楠耘智，而一部分则选择成为专业的矿工，比如神鱼。ASIC矿机在低功耗、高性能的道路上不断进化，自2013年后比特币也正式进入了高算力时代。从个人到矿场

加密矿业公司Celsius Mining向美SEC提交上市注册声明草案:5月16日消息，加密借贷平台Celsius Network旗下全资加密矿业公司Celsius MiningLLC近期已向美国证券交易委员会（SEC）秘密提交一份FormS-1（股票上市申请登记表）注册声明草案。注册声明预计将在SEC完成审查程序后生效，具体取决于市场和其他条件。

此前报道，2021年11月22日，加密借贷平台Celsius Network对北美比特币挖矿业务再次投资3亿美元，投资总额达到5亿美元。Celsius Network首席执行官Alex Mashinsky表示，这笔投资旨在扩大Celsius Network在北美的挖矿算力及矿机功率容量。[2022/5/16 3:19:36]

2013年5月，比特币矿池鱼池正式开放，并迅速成为首屈一指的比特币矿池，即使是在2021年中国对加密矿业宣布禁令后，F2Pool在比特币算力占比中也占据了非常高的比重，截止2023年1月11日，F2Pool以16.53%的算力占比位居第三，仅次于Antpool和Foundry。矿池的形成体现了从个人挖矿到专业集体挖矿的转变，它是算力竞争下的一种自然进化。CPU挖矿时代属于典型的个人挖矿阶段，大家各自为战，而在GPU成为主流挖矿方式后，个人挖矿也不再具备竞争优势，大家开始聚集算力来进行竞争，所形成的矿池因算力占比高，挖出区块的概率更大，获得奖励后按照矿池中矿机算力分配挖矿所得，能为矿机所有者带来稳定的挖矿收入，而个人/小矿场则饥一餐饱一餐，在不断上涨的挖矿难度下，能获得挖矿奖励的概率不断下降，此外，大矿场的竞争优势会吸引更多的矿机拥有者加入，并进一步强化它的优势，在这种正向循环下，几家头部矿池便渐渐的占据了比特币算力的绝大部分，目前仅前五大矿池的算力就占到了比特币全网算力的超80%，这种算力被头部矿池垄断的情况也同样出现在莱特币、狗狗币以及合并前的以太坊身上。在经历了2013年矿机百家争鸣的时代后，一些矿机厂商也开始直接涉足挖矿，比如比特大陆旗下的Antpool与BTC.com，2014年11月比特大陆上线其挖矿平台Antpool，目前它19.87%的比特币算力占比位居第二，而在2018年2月比特大陆旗下矿池算力一度占到了全网的40%。

哈萨克斯坦能源部：单个加密矿场消耗电力相当于24000户家庭用电量:10月23日消息，为了解释哈萨克斯坦为什么考虑对新的加密货币挖矿业务施加限制，该国能源部告诉当地媒体，进行挖矿的数据中心每小时耗电5兆瓦，仅一个挖矿设施每月平均消耗360万度电，这相当于24000户家庭的消耗量。据悉，由于电力短缺，哈萨克斯坦开始针对加密挖矿业务开启限电措施。（Bitcoin.com）[2021/10/23 6:09:00]

当前矿池算力分布数据来源：explorer.btc.com2013年7，GHash.IO矿池成立，其凭借不收取矿池费用的运营策略迅速壮大，在2014年6月矿池算力占比一度逼近了全网的51%，引发了社区对于51%算力攻击的担忧，但之后在大规模的DoS攻击和熊市的打击之下，运营商关停了GHash.IO，其份额相继被鱼池、Antpool、BTC.com等中国矿池所吃掉。挖矿方式从过去的单边作战转变成了「组队打怪」的矿池模式，体现了平台化、集约化是一个不可避免的演进过程，在ASIC矿机时代，这种趋势被进一步强化，而矿场彼此的竞争也同样激烈，诸如GHash.IO、BTCCPool、Eligius等曾经名噪一时的矿池也相继消失在历史的长河中。矿业的发展边界也在不断地扩张，IPFS的出现让存储也成为一种新式「算力」，而从物理算力到云算力的出现，降低了挖矿的门槛但也同样引入了更大的风险，算力的金融化的创新将算力的应用从底层挖矿提升到了二级市场，衍生成了一种新的金融资产，但也向投资者提出了更高的投资要求。算力的变迁

纵览十几年矿业的发展，算力作为其核心要素，可以说在十多年的发展中发生了翻天覆地的变化，这种变化主要体现时间和空间两个维度：时间维度

我们以三年一个周期来看比特币全网算力的增长情况：2009年-2011年，比特币全网算力从10GH/s增长到10TH/s，增长约1000倍；2012年-2014年，算力从20TH/s增长到300PH/s，增长15000倍；2015年-2017年，算力从1EH/s增长到14EH/s，增长了14倍；2018年-2020年，算力从40EH/s增长到160EH/s，增长约4倍；2021-2023年1月，算力200EH/s到255EH/s，增长约1.3倍；首先，对比可以发现，自比特币诞生以来，网络的算力一直都在增长，虽然中途会因为市场转向、政策监管等原因出现短暂的算力下降，但增长的长期趋势一直都在。第二，这种增长的势能正在逐步减弱。这主要是由于矿机算力开始逼近物理极限后，想要对矿机进一步升级会更难，加之全网算力攀升到一定高度后，行业门槛越来越高，阻碍了新算力的进入，进而让比特币算力的增长趋缓。第三，2012年-2014年期间，比特币算力15000倍增幅主要得益于ASIC矿机的出现。在此期间，比特币在一年多的时间上涨了超600倍，吸引了大量的新算力，为了扩大各自竞争优势，专为挖矿设计的ASIC矿机问世，并成为之后主导加密矿业的产品，并一直延续至今。第四，2019年之后，算力增长开始逐渐趋缓，也是在这个时期开始，电价的重要性开始逐渐超过了硬件效率，因为无论是芯片设计还是对功耗比的追求都开始触及当前技术极限，在没有全新的突破性技术下，比特币矿工将很难像过去一样依靠硬件和设备的更新进行降维级别的算力竞争，而成本的控制显得更加重要，于是这个时期的比特币算力在横向空间的迁移变得更加明显。空间维度

动态 | 美国前财政部官员敦促国会对加密矿工进行监管:美国前财政部官员、金融诚信网络（FIN）产品开发和服务副总裁David Murray今天将出席听证会，他将对美国参议院小组委员会表示，加密货币正在帮助促进人口贩运，因此应该更加严格地进行监管。在Murray准备的书面证词中，他建议国会创建一类新的受监管金融机构，称为“虚拟资产交易验证器”，即加密矿工。Murray称，对于加密货币交易中的这些重要参与者，这种监管制度将强调交易对手金融机构的尽职调查。对此，华盛顿智库Coin Center的研究主管Peter Van Valkenburgh表示，Murray所描述的监管矿工的方式将等于禁止矿工参与公共区块链网络。他认为，这样的禁令对于攫取罪犯的目标会适得其反。据悉，Murray曾担任财政部非法金融办公室主任。此外，小组委员会听证会上的另外两名专家证人，即内布拉斯加州检察长Douglas Peterson和内布拉斯加州参议员Julie Slama也准备在讲话中提到加密货币在人口贩运中的使用。[2019/9/4]

从中国视角来看，横向空间的迁移首先就是追逐便宜电价，比如几年前矿工从丰水期的云贵川到煤炭大省内蒙古、新疆的周期性迁徙；而从全球视野来看，在政策的影响下，以比特币为代表的算力也经历了一轮从中国向海外的集体迁移。2013年，国内矿业在经历了矿机百家争鸣之后，比特币全网超过70%算力就一直牢牢扎根在中国的国土上，直到2020年10月之后，中国占比的算力开始一路下滑，据剑桥替代金融研究中心统计的数据显示，2020年10月至2021年5月，位于中国的算力占比从超70%降至44%，几个月后，算力占比进一步从跌至零，与之相对的是美国比特币算力的大幅攀升，从2021年4月的17%上升至8月的35%，之后美国顺利也超越中国成为世界最大的比特币算力来源国。

动态 | 蒙大拿州Missoula县要求加密矿工使用可再生能源:据bitcoinexchangeguide消息，蒙大拿州的Missoula县正努力确定新计划，该计划将要求加密货币矿工在遵守噪音和分区管理条例的同时，禁止使用化石燃料能源。其中一项相关法规将要求加密矿工购买已经建立的可再生能源开发项目，或自行开发新的能源。[2019/3/21]

2020年7月中国比特币算力占比降为02020年10月至2021年5月，中国算力占比的下滑主要是海外矿企的大规模扩张所形成的挤出效应，这年美国矿企RiotBlockchain,Inc、CoreScientific两家就从比特大陆分别预订了3万台与1.7万台S19系列矿机，美国多地还批量建设了大量矿场。此外，2020年9月中国明确提出了双碳目标，而加密矿业很早之前就被视为落后产能也经历了不同程度监管施压，这也让一些嗅觉灵敏的矿工开始有所行动。2021年2月，在双碳目标指导下，作为煤炭大省的内蒙古率先行动，内蒙古公布《关于确保完成「十四五」能耗双控目标任务若干保障措施》以征求意见，提及将在4月底前清理关停虚拟货币挖矿项目，后续又发布惩戒挖矿的八项措施征求意见稿，整顿力度空前。2021年5月21日，国务院5月21日的召开国务院金融稳定发展委员会第五十一次会议，其中就提及要打击比特币挖矿和交易行为，一时间，新疆、四川、云南、贵州等电力丰富的省份纷纷下达了清退令，于是国内的比特币算力占比迅速降至了0。值得一提是6月16日，新疆准东经济开发区对加密货币矿场的拉闸停电，一度让比特币全网的平均算力骤降两成，由此可见当时中国矿工对比特币网络的影响之大，但这种影响力如今也成为过去式。等到2021年9月24日，随着「关于整治虚拟货币「挖矿」活动的通知」文件的发布，宣告了国内加密矿业的「死刑"，这份由国家发改委、能源局、部等十部委联合发布的文件规定：全面梳理排查虚拟货币「挖矿」项目将虚拟货币「挖矿」活动列为淘汰类产业，严禁新增项目投资建设严禁以数据中心名义开展虚拟货币「挖矿」活动，加强数据中心类企业信用监管停止对虚拟货币「挖矿」项目的一切财税支持于是，挖矿从灰色地带成为了非法行为，这个一年，中国矿工大举外迁。2021年5月23日，火星云矿宣布部分矿机将转场至哈萨克斯坦矿场，莱比特矿池创始人江卓尔表示要在北美部署矿场。2021年5月24日，比特矿业宣布与哈萨克斯坦公司合作，投资6000万人民币建设和运营新的矿场。2021年7月27日，比特大陆宣布剥离旗下矿池品牌蚂蚁矿池，表示会在海外开展这部分业务，还与Enegix合作在哈萨克斯坦矿场装备5万多台蚂蚁S19Pro矿机。此外，火币、币安矿池、嘉楠科技等众多中大型矿企将业务转移至海外。等到2022年初，这场矿工的迁徙基本完成，美国、俄罗斯和哈萨克斯坦等国家成为算力迁入最大的国家，曾经最大的矿池蚂蚁矿池也易主美国矿企Foundry，而这场最大的算力迁徙一度让比特币的全网算力下跌了超43%，迁徙完成后，诸如AntPool、F2Pool、ViaBTC等有中国背景的矿池算力也迅速恢复，继续盘踞在算力榜单头部名单中，对于这些大矿池来说或许只是换了个地方挖矿而已。有意思的是，待监管风声趋缓后，国内的比特币算力又开始恢复了一部分，根据chainbulletin的统计，当前位于中国的比特币算力占比约为21.1%，仅次于美国，究其缘由，据业内人士推测，某些矿工会通过国外代理服务器规避国内监测，小规模分散在偏远地区秘密挖矿，甚至于采用离网发电躲避电力监测。

比特币去全球当前算力地图数据来源：chainbulletin后POW时代

在当前的加密行业，POW叙事吸引力早已没有了过去的光彩，相反其高耗能、不环保等却成为了受人口舌的把柄，加上过去恶意挖矿所带来的负面影响，将这个很多圈外人说不清道不明的行业盖上了灰色的影子。恶意挖矿一般是指在未经用户同意或知情的情况下使用设备来挖掘加密货币，以一种不易察觉的方式使用对方设备的计算资源进行挖矿，也被称为「加密劫持」。比如在2022年11月17日，美国FBI与网络安全与基础设施安全局联合发布一份报告称，某个由伊朗支持的网络组织入侵了联邦民事行政部门组织，并部署了加密货币挖矿恶意软件。在2021年之前相关的恶意挖矿非常频繁，比如TeamTNT、H2Mine、8220等恶意挖矿组织，以及Crackonosh、LemonDuck、Sysrv-hello等木马挖矿家族，这些组织和木马软件的猖獗造成了极大的网络威胁。而环保问题则是比特币或者说POW公链挖矿另一个软肋，据剑桥替代金融研究中心的统计，2022年比特币网络总耗电量约为107TWH，与拥有1700万人口的荷兰全年用电量相当，如果要论全球排名的话可以排在33名。而全年产生的碳足迹大约43.28公吨，与香港全年产生的碳足迹相当，此外，在矿机的升级迭代汇总，比特币全年产生的电子垃圾更是高达4.3万吨。

比特币网络耗电量统计数据来源：ccaf在绿色环保的大趋势下，比特币挖矿转向清洁能源成为了一种必然的选择，于是越来越多的矿场开始选择太阳能、风力等清洁能源来进行挖矿，据比特币矿业委员会BMC去年发布的报告显示，截止2022年6月，比特币挖矿能耗中达到了66.8%，至于占比是否真的这么高我们不得而知，但比特币使用清洁能源挖矿也正在成为一种广泛的叙事，这种叙事能减少挖矿行业所面临的政策和舆论压力。无论是恶意挖矿亦或者是对比特币挖矿高耗能的指控，本身都与POW机制有关，而在新公链爆发后，POS共识公链开始占据主流并绕开了上述比特币所面临的这两个问题，也为公链带来了可扩展性等其他方面的发展优势，以太坊成功从POW转型为POS，也在一定程度上正好迎合了这一趋势。此外，从POW向POS的转变也将矿业引入了新的领域，无论是流动性挖矿还是Zero-KnowledgeProofs趋势下ZK矿机，也为矿业扩展出了新的边界。与整个加密行业一样，矿业的发展也在这种沉沉浮浮的跌宕中，不断向前发展，淘汰着也进化着，有市场因素的调节，也有政策之手的干预，未来加密矿业会向何处演化，我们很难预测，但现在对于正在经历这轮寒冬的矿企来说，活下去是第一要务。

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