作者| Coin Metrics
核心要點
區塊獎勵是目前礦工們的主要收入來源。獎勵減半會導致一些礦工退出網路。短期內礦工數量的突然減少可能會使網路更容易受到51%攻擊等安全威脅。
不同型別的挖礦礦機之間的算力分佈也會對網路的安全性產生影響。二級市場上可依然購買的老礦機（即前幾代礦機）對網路構成了潛在的威脅。
涉及nonce分佈的新型技術使我們能夠從數值上估計出某些型別的礦機提供的算力，包括S7和S9老礦機。
現在看來大量舊S9礦機已經被重新開啟了。目前，Antminer S9系列的礦機約佔BTC算力的32%。
雖然老礦機S9所能產生的算力遠達不到51%，但它們的存在給網路安全動態帶來的變化是巨大的。
BTC減半
5月11日，BTC迎來歷史上第三次減半。該事件每隔21萬個區塊，即大約每4年就會發生一次，直到發行量最終趨近於零。
在這一次減半中區塊獎勵從12.5BTC降至6.25BTC。在減半之前的時間裡市場發生明顯波動，而減半過後市場波動有所緩解，總的來看該事件對網路安全的影響是較小的。
區塊獎勵目前是礦工收入的主要來源，因此獎勵的減少會導致部分礦工退出網路。在收入減少的情況下，利潤空間被收緊，效率較低的礦工可能會突然發現自己的運營出現虧損。從長期來看，隨著市場趨向再平衡，這些低效率礦工通常會被高效率礦工所取代。但從短期來看，礦工的突然減少會使網路更容易受到51%攻擊等安全威脅。
本文將討論重點討論減半對安全的影響以及執行舊挖礦礦機帶來的經濟影響。我們將使用Nonce資料來估計目前網路上某些型別礦機的使用份額，並討論老礦機的存在如何影響BTC的安全性。
減半 vs 安全
BTC礦工透過區塊獎勵和交易費用兩種方式獲得收益，前者直接受區塊獎勵減半影響，而後者不受影響。交易費一般是區塊空間需求的一個函式，因此在區塊擁擠和流量大的時期，交易費往往會激增。
目前，交易費用佔礦工總收入的比例很小。過去五年來，礦工收入中只有約4.4%來自交易費用。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
隨著BTC區塊獎勵大約每四年減半一次，這會使得交易費用增加，以激勵礦工保證鏈上安全。在減半之前的短期內交易費用已經猛增（約佔礦工總收入的17%），其增至近一年來從未見過的水平。
交易費用的增加可能被減半後算力的下降所放大，而這種下降又是由於效率較低的礦工離開網路而造成的。算力的下降短期內增加了挖出區塊所需的時間（難度的調整是定期的），從而減少了可用的區塊空間。
為了減少收益的不確定性，礦工們通常會選擇接入礦池，礦池是由某個礦池運營商組織的“鬆散聯盟”，在礦池中礦工通常根據算力的貢獻來分配收入。礦工經常會因為某些因素而切換礦池，其中最受關注的是運營商收取的費用。
只要沒有任何一個不誠實的實體控制著BTC一半以上的算力，這個網路就是安全的。在51%攻擊的過程中，一個控制著超過一半以上算力的節點，會利用算力更改區塊交易從而進行雙花（double-spends）操作。
為了進行51%攻擊所需礦池的最小數量被稱為中本系數（Nakamoto coefficient）。此時網路上規模前4的礦池需要相互勾結才能達到51%的算力。在BTC的歷史上，這個數字總體上是上升的，這表明去中心化程度在穩步提高。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
中本系數並不是一個完美的度量標準，它會高估BTC的中心化程度。因為單個礦工會面臨著礦機等資本的大量前期開銷，這同樣會讓他們失去攻擊網路的積極性，即這些礦工最後還是很可能選擇從惡意操作的礦池中離開。
然而，礦池會選擇該組織中礦工將要挖的區塊，並在一定程度上限制他們的離開以達到相對控制的目的。且攻擊者還有可能透過類似於羽量級分叉（feather-forking）的技術，用不到網路一半的算力來改變歷史交易。因此，有一個像中本系數這樣的度量指標來量化礦工之間的中心化程度還是非常有用的。
Stratum V2是Betterhash的一個實現（但對原始協議進行了修改），它建議讓單個礦工選擇他們要挖礦的區塊，而不是由礦池操作者來做。這種對礦池運營方式的潛在改進是把更多的權力掌握在個人礦工手中，進一步將網路去中心化。
除了不同實體之間的算力分配之外，不同型別挖礦礦機的算力分配對網路的安全性也有很大的影響。
強化礦機（Hardening Hardware）
BTC礦工們會試圖找到一個nonce值（或任意值）從而將一個新區塊新增到現有的區塊鏈上，該nonce值會使區塊頭的雜湊值低於目標值，而這些雜湊值被計算和驗證的速度被稱為算力，滿足這個條件的nonce被稱為黃金nonce。理論上來說，黃金nonce是均勻地分佈在潛在nonce和有效區塊的空間中，區塊頭的雜湊值必須滿足的閾值，是由由網路的難度引數設定的，該引數根據區塊在鏈上被接受的速度定期調整。
雖然挖礦最初是由CPU來完成的，但透過GPU這個過程在早期被並行化，挖礦也因此變得更加高效。如今挖礦幾乎都是使用包含有專門晶片的挖礦裝置進行的，這些裝置被稱為ASIC。與其他礦機相比，這些裝置的速度明顯更快，並行化能力更強，而且更節約能源。
舊式挖礦礦機的存在改變了目前BTC的安全模式，因為雖然後續運營成本較大，但需要的前期投資較小。即便除了礦機成本之外開辦一個由老礦機組成的礦場，還存在著各方面的障礙（實際或其他後勤成本），但這些礦機的存在也使得進入市場的固定成本大大減少。
由於挖礦行業的匿名性，我們通常很難辨別出用來保障網路安全的挖礦礦機是哪種型別的。然而，最新的技術讓我們能夠從數字上估算出某些型別的礦機提供的算力。
我們可從BTC的nonce分佈，推算出網路上被用來挖礦的礦機型別。透過將這些資料與二級市場上的礦機價格資訊相結合，我們還可以量化出這些廉價且又稍微過時的礦機所帶來的風險程度。
由於黃金nonce均勻地分佈在所有潛在區塊的nonce空間中，所以之前我們預期隨著時間的推移，黃金nonce會呈均勻分佈，但事實上其nonce分佈卻不是這樣子的。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
在上圖左側附近，nonce集中分佈在較低範圍。這是CPU挖礦時代礦工們使用取樣技術（sampling technique）的結果，即從零開始向上遞增迭代來測試數值。
2015年，BTC的nonce分佈首次呈現條紋狀，最近這一形態才開始消退。該類條紋形狀一開始是較寬的，然後突然收窄，然後逐漸消退。總共我們可看到四條明顯的條紋，每條條紋的窄帶和寬頻都可以在圖中確認。
這些條紋的出現源於Bitmain Antminer S7和S9礦機對黃金nonce的取樣技術。這些礦機都曾一度是網路上的主導礦機，而S9的主導地位最近才被Antminer S17取代。
寬頻和窄帶分別是由於S7和S9系列礦機所使用的取樣技術造成的，我們可以利用所獲知的這些資訊與該技術背後的原理從數值上估算出S7和S9所提供的算力在網路中的比例。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
我們從上圖中可以看到S7s及相關礦機提供的算力比例在2016年5月達到峰值（約為61%）。如今，S7s在全網算力的佔比並不大。由S9s和相關礦機開採的區塊比例在2018年5月達到峰值（約為78%）。而現在約32%的區塊由S9s產生。
這種估算方式是基於這樣一種假設，即 S7s 與 S9s 均不在排除帶內進行 nonce 值取值，而在排除帶之外，所有礦機對 nonce 值的取值演算法均是一致的。這些假設條件在CPU挖礦時代是不成立的，而從GPU挖礦開始似乎就一直存在。排除帶是由人工確定的，並且對 0~100% 範圍之外的估算值進行了校正和標準化處理。
估計值會受到一定量噪聲的影響（我們可在圖的左側可以看到這一點）。2015年S9算力估計比例的小凸起可能是由於噪聲造成的，也可能是其他事情發生的訊號，比如實驗礦機的測試。
每種型別的礦機提供的算力的比例，進一步印證了目前老礦機會威脅BTC安全的觀點。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
上圖中最值得注意的是維護網路安全的算力呈指數級增長
S9s提供的算力估計值在2019年8月達到峰值，當時的算力為 52EH/s。2020年2月，S9s 的算力達到了谷底，約為21EH/s。
現在看來，已有相當數量之前已經離線的S9被重新開啟，這很可能是最近BTC價格升值的結果。現在這種礦機算力為 37EH/s。
由於市場環境的快速變化，此時的各類礦機的算力分佈是不會一直按照現狀持續下去的。然而，我們的分析說明了在有利的條件下，使用老礦機進行挖礦的可行性，與部署該類廉價礦機的難易性。
現在S9礦機在二級市場上以非常低的價格在出售。這些礦機的二手價格在20美元到80美元之間，而其原價約為3000美元。考慮到如今的經濟環境和因中國雨季所帶來的廉價電力，礦工們發現這些裝置的執行是有可能使他們獲利的。
雖然之前已離線（現又投入使用）的S9產生的算力遠不足以發起51%攻擊，但它們的存在給網路安全動態帶來的變化是巨大的。使用BTC 挖礦演算法的其他平臺可能會更強烈地感受到這種影響，包括BCH和BSV，目前這兩個平臺的安全計算力分別約為2.5EH/s和1.8EH/s。
BTC開啟新紀元
在減半預期以及與機構對投資於BTC的興趣逐漸增加的影響下，BTC的價格大幅上漲。自減半以來，BTC市場波動性有所緩解，但價格仍有繼續上漲的趨勢。此次減半也帶動了交易費的上漲，並導致算力的下降。
與減半相關的情緒將繼續影響市場，減半事件本身也將繼續考驗BTC能否成功過渡到，讓礦工的收入主要依賴於交易費用的階段。這一事件的長期影響還有待觀察，但其對礦機經濟和整個市場的影響已經很明顯。
網路資料觀察
各項指標概要
Source: Coin Metrics Network Data Pro
BTC和ETH的交易費用繼續攀升，但大多數其他指標與上週相比相對持平。
BTC的交易費用中位數在5月14日達到2.88美元，此為2019年6月以來的最高水平。同時，以太坊的交易費用中位數在5月14日達到0.25美元，此為2018年8月以來的最高水平。交易費用中位數往往會在區塊容量擁擠時激增。關於這一飆升的原因，我們將在下文中進行探討。
網路亮點探尋
BTC的算力在減半後已經跌至81.66 TH/s，與減半前的高點相比下降40%左右。正如本週的週報特稿所指出的，隨著效率較低的礦工退出網路，算力的下降是可以預期的。它可能會在經過一段時間的洗牌期後恢復，在這段時間裡，高效的礦工取代低效礦工。然而，目前還不清楚這一週轉期究竟會持續多久。
Source: Coin Metrics Network Data Pro
算力的下降使得BTC區塊的平均時間間隔已經上升到了2018年底以來的最高水平（不包括2020年3月12日前後的區塊間隔時間，因其區塊時間間隔的增加是由BTC價格驟降和隨後引起的雜湊率的下降引起的）。
由於區塊產生的速度變慢，因此區塊空間的競爭也越來越激烈，這導致了交易費用的上漲。支付較高的交易費導致礦工將交易納入區塊的概率更高。因此，在區塊空間處於溢價的時期，交易費用中位數往往會激增。
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區塊總數的減少也導致了每個區塊的大小增加。BTC平均區塊大小在5月17日創下了1.32MB的歷史新高。
自BTC減半以來，以太坊交易費用中位數也出現了增長的跡象。然而，比特幣現金（BCH）、比特幣SV（BSV）、瑞波（XRP）和Litecoin（LTC）的交易費用中位數並沒有出現明顯的增長。
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市場資料觀察
BTC的表現已經連續三週超過了其他數字貨幣資產，並形成了一個不可忽視的趨勢。雖然不能排除這種趨勢只是價格隨機遊走的結果，但一個看似合理的解釋是，BTC的儲值屬性在當今的市場環境中越來越重要。而且隨著我們觀察到機構投資者越來越多地將BTC納入投資組合中，BTC也自然成為了機構投資者尋求數字貨幣投資的首選，並最終導致的數字貨幣資產作為一個獨立的資產類別被採用。
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一種標的於通脹的看漲期權
現在有一種新的說法：全球央行和政府採取了無與倫比的貨幣和財政政策的市場環境下我們需要BTC的存在。為了研究這一現象，我們展示了美聯儲資產負債表的年同比變化，突出了美聯儲對COVID-19的反應速度和幅度。此次美聯儲的政策反應已經超過了金融危機後前三次量化寬鬆計劃中的資產負債表擴張。
同樣，無論是基於調查指標（survey-based）的通脹預期，如密歇根大學的消費者調查，還是基於市場指標（market-based）的通脹預期，如TIPS得出的5年、5年遠期通脹預期，都是被人們持續關注著。
在通脹上升的環境下，我們如何調和這樣一種擔憂：一方面BTC是通脹上升時期的抗通脹資產；另一方面通脹在短期內是不存在的，且中長期通脹預期是非常低的？根據美聯儲的消費者預期調查顯示，通脹預期中位數並沒有因COVID-19而發生重大變化，但受訪者對通脹預期的不確定性都出現了前所未有的上升。
為了解釋這一現象，我們可將BTC看成是一個以通脹為標的的看漲期權，並研究它的希臘指標：即期權價格相對於通脹的敏感性。即使對未來通脹水平的中位數預期保持不變，但未來通脹的潛在波動率是增加的。
標準的期權價格理論表明，標的物隱含波動率增加應該會導致看漲期權的價格增加。因此，我們可以將近期BTC價格上漲的原因歸結為“預期通脹波動性的上漲”。
CMBI觀察
本週CMBI和Bletchley指數都有非常好的表現，收盤時比前一週的收盤價高出5%至15%。在本週最大的訊息是，BTC減半之後，CMBI BTC指數表現最強，回升14.4%。CMBI 以太坊指數也在本週表現強勁，收盤上漲11.9%。儘管有這兩個強勢的表現，但在市值加權指數中表現最好的還是小盤股Bletchley 40指數，本週收盤上漲12.1%。
Source: Coin Metrics CMBI
