HashKey:读懂 PoW 挖矿产业结构与矿池衍生品

作者:HashKey Capital Research 钱柏均

本文研究 PoW 挖矿产业及其衍生品风控分析。长久以来,矿工需要承担多重风险,包含货币错配、硬件设备迭代、币价因素及电力成本,金融衍生品能够有效地提供矿工避险的选择。本文分为三个部分:

  • 第一部分分析 PoW 挖矿产业结构;
  • 第二部分研究矿池衍生品所能提供给产业的避险模式;
  • 第三部分总结并探讨矿池衍生品避险的困难之处。

PoW 挖矿产业

矿池

对于 PoW (工作量证明)区块链的安全性来说,挖矿为必备的机制。矿工们通过算力竞争来保证加密货币网络的安全。当比特币刚出世时,挖矿的难度并不高,任何拥有电脑的人都可以参与到区块的哈希计算中。随着参与的矿工数量越来越多,挖矿硬件设备也从 CPUs、GPUs,一直到现在的 ASIC(特定应用集成电路)。ASIC 顾名思义只能做特定应用计算,在效率上比 CPU 这种通用计算晶片要高很多。但是,随着比特币全网的算力不断上涨,单个设备或少量的算力都很难再挖到比特币。矿工为了提升挖到区块的机率以及降低成本以达到盈亏平衡,会聚集而成矿池。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,矿工负责竞争区块链记账权。由于集合了很多矿工的算力,所以矿池的算力占比大,挖到比特币的机率更高。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。

目前来说,挖矿产业已形成清晰的产业链与生态。在上游,矿机厂商是算力的最初供应方,矿工用法币从矿机厂商购买矿机。在中游,矿场是算力托管处,矿工将矿机托管于矿场,并获取部分收益。在下游,矿工可以选择将算力直接接入矿池,或出售给云算力厂商。矿池产业有几个特点 :

  1. 头部矿池产业为垄断竞争,大矿池规模效应明显。
  2. 矿池产业有明显的行业周期,通常是三至四年一轮。矿池产业的周期由盈利期及结构调整期组成,盈利期通常为一年,结构调整期为二至三年。行业周期形成的原因复杂,涉及币价与算力增速、矿机生产与淘汰以及芯片研发进度等等。
  3. 矿机是 PoW 代币物理形式的双变量看涨期权,由挖矿奖励及币价决定收益。因此矿工会有货币错配问题,矿工的成本支出是法币,收益是比特币,必然要承担币价波动风险,而且要持续卖币才能获得法币来应付成本支出。需要注意的是,矿池是矿工算力的集合,而矿场是矿机物理的硬件设备的集合。因此矿场是电力成本规模经济的实现,而矿池则是算力的规模经济实现。

矿池由矿工组成,矿池通过协调员来组织矿工。协调员通过随机数运算确保矿工没有浪费算力来建立相同区块,并负责奖励的分配。目前存在几种常见的奖励的分配方式 :

  1. PPS(Pay-Per-Share)。PPS 是一种最常见的奖励分配机制。奖励分配的方式与矿工贡献的算力占全部矿池算力的比例成正比,只要矿工贡献算力,都将收到相应的报酬。但是,矿工贡献算力不代表矿池一定挖出区块,无论是否挖出区块矿工都可收到报酬,多数风险为矿池运营者承担。因此,矿池运营者会向矿工收取一定的费用做风险贴水。
  2. PPLNS(Pay Per Last N Shares)。PPLNS 具体分配方案是,当挖到一个新区块后,矿池先扣掉手续费,然后将剩下全部收益(包括区块链奖励和矿工费)按照算力占比分配给各个矿工。不同于 PPS,PPLNS 只会在新区块生成时才会对矿工进行奖励。虽然长期而言,挖出区块的机率与矿工贡献算力成正比,但从短期来看,矿工的预期收益将与实际收益有很大的区别。因此,在 PPLNS 分配方案下,矿工的收益会上下浮动,承受风险较大。除此之外,越来越多矿池混合两种奖励分配方式,以达到风险收益均衡。

云算力

一般投资人如果要参与挖矿收益,执行的步骤是购买矿机、部署矿机、设置挖矿、获取收益等四个步骤。在这四个步骤中,用户需要了解算力及挖矿奖励分配、矿机硬件设备、挖矿市场及风险规避,进入门槛相当高。因此,云挖矿模式应运而生。云挖矿是一个提供投资人低进入成本的挖矿方式,有别于传统的需要采购高配置的硬体并进行专业的维护的挖矿方式。云挖矿是算力衍生产品的一种原始形态,它将矿机的未来生产与其当前物理位置分离。具体的实现模式为,矿池提供算力租赁服务,投资人可以通过购买算力合同,赚取相应算力所挖的代币。也就是说,投资人是通过网络远程使用别人的矿机挖矿,可以视为一种租赁托管服务。

投资人支付矿池某种形式的货币(比特币或法币),在设定的时间段(如 30 个月)内获得一定量的算力(如 20 TH / s)。 云挖矿和常规的挖矿之间最主要的区别在于硬件设备的拥有权。在云挖矿中,提供合同的公司拥有实际的硬件,而投资者仅拥有其一段时间内提供的算力。对于没有技术或经济能力来投资挖矿设备并在自身家中运行的人来说,云挖矿具有一定的吸引力。云挖矿成功的主要原因在于友善的用户操作体验,而没有传统挖矿所需的各种繁琐操作和巨大资本投入,且投资人能够在市场转为牛市时快速加入挖矿市场,不需要等待矿机购置时间,是一个快速建立投资头寸的方法。

但是由于不需要投资人亲自维护及运作挖矿硬件设备,让云挖矿衍生出一些主要问题 :

  1. 云挖矿平台品质参差不齐,平台时有诈骗或倒闭的情况发生,投资者权益难以保障。在过去的 7 年中,已经有数十个云挖矿平台被证明是骗局。在熊市下,云挖矿平台会因为成本因素关闭老旧矿机,而承诺投资者的算力份额时常无法实现。除此之外,矿场内进行云挖矿的矿机为投资者托管或租赁的资产,而矿场在资产保管上有绝对的义务。依照传统金融托管的标准,矿场有责任为矿机提供保险。举例来说,比特小鹿在 2020 年 7 月 19 日发出声明,其提供云挖矿的 ETH 及 ETC 矿机遭到非法转移,目前下落不明。而这些矿机提供的云挖矿服务也无法继续进行。
  2. 不透明的定价及欺诈式营销。不同云挖矿平台的合同定价差距大,且价格不是由开放市场决定。通常会导致投资人处于不利的地位。且由于大矿工自行挖矿的利润更高,该市场只能针对零售买家。挖矿的报酬率预估困难,背后涉及多种因素,刚开始学习挖矿的零售买家并不能做出好的投资决定。

对于矿池及矿场而言,云挖矿为其重要的避险产品。矿池以略低于自身挖矿收益的价格将一段时间内的算力使用权租赁给客户,可以提升矿池自由现金流量,并且预购最新矿机,扩大生产规模,甚至可以利用多余的现金流到矿机衍生品市场中获利。除此之外,某种程度上也能在熊市时保留矿机,并转嫁风险至零散投资人。

矿机

矿机市场与产出的代币二级市场并不相同,受到地理位置、时间及矿机品质等物理性因素影响。算力的产出也会因为外在因素而有所差异,如芯片技术、供应链、电力成本及矿机运作。矿机市场缺乏流动性,为了避免熊市弃单率过高风险,矿机制造商会在接到订单后才开始生产矿机,大部分买家等待时间长达二到四个月,通常包含组装及物流时间。矿机制造商客户主要为矿场,只会向公众贩售小部分矿机,而制造商的地理位置会造成同一款矿机价格差异庞大。

二手矿机也有相当大的市场,但是内部存在大量信息不对称交易。交易通常是 C to C,卖家掌握更多矿机质量相关数据信息,二手矿机通常已过保修期,无法达到预期算力的情况十分常见。但是,部分矿机型号难以在矿机制造商处买到,因此二手矿机的二级市场相对活跃。在矿机二级市场中,价格由供求关系决定,时常受到算力及奖励的影响而矿机价格大幅变动,目前矿机市场还是由比特大陆、嘉南耘智及神马为主流矿机制造商。

矿池衍生品

矿工挖矿是生产行为,主要有三个生产因素风险需要规避 : 一是币价,二是算力,三是电力成本。当挖矿产业刚兴起时,矿工未提取的币大部分都交由矿场保管,类似矿工钱包。而到了近两年,矿工开采出 PoW 代币之后就会选择出售,并用法币支付挖矿设备及电力费用,或是支付矿场保证金。矿工聚集挖矿或是委托矿场管理矿机属于电力成本避险行为。而算力和币价的风险主要体现在矿工挖矿难度以及矿机回本敏感度上。矿工对 PoW 代币在二级市场的表现会有不一样的看法,部分矿工可能认为 PoW 代币价格未来会变得更高,而因此发生屯币的行为。屯币本身等同于矿工再投资行为,相当于一家公司将本业产生的利润,投入二级市场投资。当长期币价下跌时会发生连锁反应,矿场会要求矿工追加保证金,而低币价造成矿工无法通过变卖代币来支付运营成本,因而需要通过高杠杆借贷来维持矿机运营。一旦币价持续维持低档,矿工将逐渐无法负荷运营成本及贷款,部分过度杠杆矿工将面临破产。当多数矿工破产无法赎回矿机时,矿场的规模经济不再使它营利,反而囤积过多高成本矿机影响自身现金流。因此,挖矿产业参与者皆需要进行衍生品避险。

套期保值

套期保值属于币价风险规避。从 Black–Scholes model 金融衍生品定价的模型中,我们可以知道现货市场的价格和衍生品市场的价格涨跌的一致性相当高。虽然代币的现货市场和衍生品市场是两个独立的市场,但是同一种代币在同一时间范围内,它的衍生品价格和现货价格受到相同经济因素的影响,举例来说 : 供需、政策、预期、投机、周期等。所以一般情况下,两个市场的价格变动趋势是相同的。套期保值就是利用现货市场和衍生品市场走势一致的规律,在两种市场做方向相反的交易,在一个市场出现亏损的同时,另一个市场出现盈利。无论是看多或是看空,可以藉由调整任一市场投入的比例来降低风险。最终无论币价是涨是跌,双边操作可以实现风险平衡。

套期保值的方式有分为三种 : 借币套保、期货合约套保以及期权套保。过去在期权避险组合尚未盛行时,借币套保为主流。但借币套保成本及风险较高,近几年开始盛行期货合约及期权套保。合约和期权产品都可以实现矿工的套保需求。比如,如果矿工预测币价下跌,可以通过开空合约和买入看跌期权以对冲风险,实现资产保值或减少损失的目的。套保合约分正向合约及反向合约,两者的价值都是参考交易所代币对的价钱来定价,差别在于结算和购买时的币种不一样。因此,矿工对代币二级市场的走势的看法会影响到正向合约或反向合约的使用。如果二级市场在上涨趋势时,反向合约会因为获得的代币价值上涨而获得更多的收入,反之在下跌趋势时,获利也为因代币价值下跌而使获利减少。因此以矿工长期看涨的趋势下,反向合约是较受欢迎的工具,并且对矿工而言有较好的资金利用率。

而期权与合约不同的点在于,购买看跌期期权需要支付一笔权利金。而合约套保则是在币价大幅波动时,会占据大量流动性。矿工需要不断追加保证金避免爆仓,避险成本较难控管。两者各有利弊,须看矿工风险偏好选择较好的避险工具。

算力衍生品

矿池产业中绝大多数参与者都会遇到相似的问题,就是在面对算力大幅波动时,矿池成本将被无限放大。算力作为衡量整个区块链网络计算能力的波动指标,决定了矿工挖出区块所需要的成本。在矿池的生产力保持恒定情况下,一旦全网算力飙升,意味着挖出区块的机率大幅下降,这也意味着成本的提升,并导致利润侵蚀。因此通过算力衍生品避险成为矿池的另一个选择。算力波动之于矿池相当于原物料价格波动之于传统企业。传统企业中,原物料价格的波动往往成为企业成本高低的因素之一,因此他们时常会在二级市场对冲风险,而矿池产业放大了算力对于成本的影响。算力衍生品可以视为算力保险,当算力上升矿工成本增加的一种补偿。但是,算力衍生品存在挖矿竞争中的信息不对称风险,且该商品流动性低,市场离成熟尚有一段距离。

除了一般的算力期货外,代币化矿机及算力远期也是算力衍生品的范畴之一。代币化矿机代表矿机一部分权益的流动性代币,投资者期望能够避免矿机在二级市场的价格波动性,而非进行代币避险。代币化矿机的主要缺陷在于挖矿收入的变量过多,因而投资人对流动矿机的代币价值难以取得共识。算力远期则类似于在云挖矿,可以让矿工在一定时间内以固定价格出售固定单位的算力,但是算力远期更具交易条件的灵活性,能够结合其他金融工具进行结构组合。

抵押借贷

随着挖矿产业竞争激烈,矿场及矿工回本周期越来越长。矿工购买矿机和支付电费一般都是通过法币进行,但挖矿行为产出的是数字货币。在熊市的行情中,矿工仍需要法币来支付电费。当矿工对比特币长期看多时,直接卖出数字货币并不是性价比最高的一种方式。矿工更愿意将手中的数字货币进行质押贷款而非卖出。一般来说,矿工可以进行的抵押借贷方式有三种 :

  • 抵押币借贷。当矿工认为币价涨幅将超过借贷利率时会采取的策略,尤其是在目前实际法币的借贷利率越来越低的大环境下,抵押币借贷成为矿工借贷的主流方式。
  • 信用借贷。挖矿产业常用的信用借贷通常是通过发行云算力。通过出售云算力,根據合約內容的不同,提供流動性的客户除了能够获得利息外,也能获得一定比例矿机回本盈余。而矿池则获得即时的现金流。但是出售云算力的方式十分依赖矿池的信用纪录,以及过往盈余分配承诺。
  • DeFi 借贷。除了一般在 DeFi 上进行借贷或做 Staking,目前还有许多与比特币 1:1 锚定的代币,包含闪电网络及 WBTC 等,都可以让矿池在 DeFi 上进行避险操作。

小结

加密货币市场流动资金越来越多,传统金融业开始与加密货币公司展开合作,银行也逐渐接受加密货币做为贷款抵押品,这将对矿池的避险工具带来深远的影响,矿工能够获得更低的贷款利率及更多元的金融产品。而矿池则更趋向中心化及专业化,矿池是重要的矿工流量聚合地,同时兼具算力流量及加密货币基金管理的身份,能够提供庞大的二级市场交易量,因此交易所垂直整合矿池将会是未来趋势,交易所如 Binance 及 OK 交易所均進軍 PoW 礦池業務。而今年新推出的算力衍生品让矿工除了可以进行币价避险,也可以尝试算力避险,甚至可以利用算力衍生品发行固定收益或者收益分割的挖矿投资产品,吸引更广泛的场外投资机构参与到挖矿领域。

虽然矿池衍生品风控逐渐成为趋势,但是在实践中,建构一个完善的避险组合是一个非常复杂的任务。目前主要有三个困难难以突破 :

  • 第一,矿机回本天数敏感度会随着市场变化有所改变,这意味着各种工具的对冲比率要实时更新,矿工需要密切追踪调整策略。
  • 第二,在现实中,并非所有避险工具流动性皆相等,流动性差的商品会有额外的转换摩擦成本。
  • 第三,订价模糊,避险工具的订价容易受到市场变动而有溢价的情况发生,容易将矿池经营成本的风险转化为财务风险。

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