什么是比特币挖矿？
比特币的发行和交易的完成是通过挖矿来实现的， 比特币以一个确定的但不断减慢的速率被铸造出来，这个过程叫做POW（Proof of Work）。每一个新区块都伴随着一定数量从无到有的全新比特币，它作为Coinbase交易奖励给找到区块的矿工。每个区块的奖励不是固定不变的 ，每开采210000个区块，大约耗时4年，货币发行速率降低50%。在比特币运行的第一个四年中，每个区块创造出50个新比特币，在2012年11月发生了第一次减半，每个区块产量由50BTC减少为25BTC，在2016年7月发生了第二次减半，每个区块产量由25BTC减少为12.5BTC，第三次减半预计在2020年4月30日前后发生。
比特币的挖矿过程即矿工运用计算工具（矿机）接入比特币网络，每挖出1个区块，就可以获得该区块所新产生的比特币奖励，除了块奖励外，矿工还会得到区块内所有交易的手续费(手续费约占块奖励的2%)。矿工早期用电脑显卡（GPU）作为矿机，后来矿机技术变革又经历了从FPGA（Field-Programmable Gate Array），到ASIC （Application Specific Integrated Circuit)矿机的历程。由于效率、功耗、价格等因素目前市场上的矿机都由ASIC芯片矿机取代。
如何计算比特币挖矿收益？
获取比特币只有两个方式，第一直接买币，第二买矿机挖币。所以当我们谈论比特币挖矿收益的时候，我们的参照永远只能是和从市场上直接买比特币进行收益对比。
图1.直接买币和挖币对比1
图片来源：FineWallet研习社
为了简化模型，我们暂时把费用占比较少的矿场运维费和矿池手续费去掉得到如下表格：
图2.直接买币和挖币对比2
图片来源：FineWallet研习社
然后我们再同时去掉比特币价格涨跌的共同因子，得到如下表格：
图3.直接买币和挖币对比3
图片来源：FineWallet研习社
对于在计算挖矿收益的时候要去掉比特币价格涨跌的因子，这里我们强调一下，因为比特币价格上涨部分的收益，和我们直接去买比特币是没有差别的，并不属于挖矿特有的收益因子。我们这里把挖矿和直接买比特币进行收益对比的时候，币价涨跌作为共同因子而约去。我们常听到矿机销售说“虽然目前比特币挖矿难度在增加，但是难度涨了币价也会上去“，希望看了我们这边分析的朋友能够知晓，币价涨跌不应该计入挖矿收益的考量范畴。
矿机购置费：
不变量，可以从各矿机厂商获得矿机价格
挖 矿 产 出：
变量，挖矿难度平均每2周调整一次，块产出平均每4年减半一次，可以从BTC.com查询。当前产出为：每T收益1T * 24H = 0.00001971 BTC
电 费：
不变量，电费由电价和功耗计算出，电价一般丰水期水电电费0.27￥/kw.h, 火电电费0.37￥/kw.h。功耗可以从矿机产品参数获得
静态挖矿收益：
我们把矿机价格、当前比特币价格、挖矿产出、电费（电价、功耗）带入计算器则可算出静态的（不考虑挖矿难度变更和产量减半）挖矿收益和回本周期。
图4.静态挖矿收益
数据来源：各矿机官网，FineWallet研习社
从上表可以看到，由于近期比特币价格从10000USD跌倒了8000USD附近，部分矿机产品跌入静态负收益区间。
接下来我们研究当考虑挖矿产出变化情况下对挖矿收益的影响。
产出减半情况下的挖矿收益：
图5.考虑产出减半的挖矿收益
数据来源：各矿机官网，FineWallet研习社
难度增加+产出减半的情况下挖矿收益：
由于比特币挖矿技术升级变更， 我们认为不必统计太过早期的比特币挖矿难度变化数据，我们统计自2017年以来的情况。
图6.比特币挖矿难度和价格的关系
图片来源：FineWallet研习社
根据图表，我们发现比特币难度随价格变化的关系，价格上涨则难度上涨，且难度变化存在3~8个月的滞后性。我们统计出2017年1月至2019年9月，难度的平均增幅为5.26%。我们按每周期+5%的难度变更之后计算得到下表：
图7.难度增长和产出减半下的挖矿收益
数据来源：各矿机官网，FineWallet研习社
难度增加上限+产出减半的情况下挖矿收益：
当然，挖矿难度不会无限制的上升，有两个限制，一是矿机厂商的产能限制，二是电力能源的负荷限制，按陈雷预计难度较目前至多再上涨67%（当前全网算力90E）。
“关于难度，有两个天花板，一个天花板就是厂商的出货量，另外一个就是电力的负荷。现在掌握的情况，我们觉得全球去掉中国，大概一年之内能新增的电应该不会超过50W，国内的高功耗的机器退出来的空间也不会很大，因为丰水期已经结束了，所以关于难度应该不会超过150E。“-----蓝鲸区块链 创始合伙人 陈雷 2019-09-22
那么，我们再假设难度每周期上涨5%，上涨10个周期之后停止上涨，计算得到如下表格。
图8.难度增长上限和产出减半下的挖矿收益
数据来源：各矿机官网，FineWallet研习社
现实依然非常骨感，当前市场通过购买矿机挖矿依然无法回本。
我们没有考虑难度下降的情况，根据历史数据，挖矿难度只有在比特币价大幅下跌之后才会开始下降。如果你买了矿机期望难度下降而获利，那么你买了矿机之后币价必然也有大幅下跌，而且币价的跌幅一般会大于难度的跌幅，从而导致亏损。
诚然，挖矿行业肯定不会消失，但是会经历一些阵痛和变化。当前情况下，由于币价下跌，难度大幅上涨，矿机销售逐步进入困难期，挖矿行业利润受到极大压缩。未来矿机厂商应该会调整矿机价格，推出性价比更高的矿机，整个行业会更加考验矿机厂商的供应链管理能力和技术创新能力。
总结：
从挖矿投资的角度出发，目前我们建议等比特币价上涨一定幅度再买矿机挖矿，或者等矿机厂商降价再买矿机挖矿，或者等比特币难度和价格同步调整到能获利的区间再考虑投资比特币挖矿。
FineWallet研习社 首席分析师 Willian Gan,CFA,FRM
(微信公众号：FineWallet研习社）
2019-09-29
附.挖矿收益计算
在线计算器地址：https://btc.com/tools/mining-calculator
1. 矿机价格
2. 矿机算力
3. 矿机功耗
4. 电价
5. 比特币价格
6. 难度增长率
7. 收益率=回报率 - 1
8. 难度增长10个周期
