長久以來,礦工需承擔貨幣錯配、硬件設備迭代、幣價因素及電力成本等多重風險,金融衍生品能爲礦工提供有效的避險選擇。

原文標題:《PoW 挖礦產業及其衍生品風控》
撰文:錢柏均,就職於 HashKey Capital Research
審覈:鄒傳偉,萬向區塊鏈、PlatON 首席經濟學家

本文研究 PoW 挖礦產業及其衍生品風控分析。長久以來,礦工需要承擔多重風險,包含貨幣錯配、硬件設備迭代、幣價因素及電力成本,金融衍生品能夠有效地提供礦工避險的選擇。本文分爲三個部分:

  • 第一部分分析 PoW 挖礦產業結構;
  • 第二部分研究礦池衍生品所能提供給產業的避險模式;
  • 第三部分總結並探討礦池衍生品避險的困難之處。

PoW 挖礦產業

礦池

對於 PoW (工作量證明)區塊鏈的安全性來說,挖礦爲必備的機制。礦工們通過算力競爭來保證加密貨幣網絡的安全。當比特幣剛出世時,挖礦的難度並不高,任何擁有電腦的人都可以參與到區塊的哈希計算中。隨着參與的礦工數量越來越多,挖礦硬件設備也從 CPUs、GPUs,一直到現在的 ASIC(特定應用集成電路)。ASIC 顧名思義只能做特定應用計算,在效率上比 CPU 這種通用計算晶片要高很多。但是,隨着比特幣全網的算力不斷上漲,單個設備或少量的算力都很難再挖到比特幣。礦工爲了提升挖到區塊的機率以及降低成本以達到盈虧平衡,會聚集而成礦池。礦池突破地理位置的限制,將分散在全球的礦工及礦場的算力進行聯結一起挖礦。礦池負責信息打包,礦工負責競爭區塊鏈記賬權。由於集合了很多礦工的算力,所以礦池的算力佔比大,挖到比特幣的機率更高。礦池挖礦所產生的比特幣獎勵會按照每個礦工貢獻算力的佔比進行分配。相較單獨挖礦,加入礦池可以獲得更加穩定的收益。

目前來說,挖礦產業已形成清晰的產業鏈與生態。在上游,礦機廠商是算力的最初供應方,礦工用法幣從礦機廠商購買礦機。在中游,礦場是算力託管處,礦工將礦機託管於礦場,並獲取部分收益。在下游,礦工可以選擇將算力直接接入礦池,或出售給雲算力廠商。礦池產業有幾個特點 :

  1. 頭部礦池產業爲壟斷競爭,大礦池規模效應明顯。
  2. 礦池產業有明顯的行業週期,通常是三至四年一輪。礦池產業的週期由盈利期及結構調整期組成,盈利期通常爲一年,結構調整期爲二至三年。行業週期形成的原因複雜,涉及幣價與算力增速、礦機生產與淘汰以及芯片研發進度等等。
  3. 礦機是 PoW 代幣物理形式的雙變量看漲期權,由挖礦獎勵及幣價決定收益。因此礦工會有貨幣錯配問題,礦工的成本支出是法幣,收益是比特幣,必然要承擔幣價波動風險,而且要持續賣幣才能獲得法幣來應付成本支出。需要注意的是,礦池是礦工算力的集合,而礦場是礦機物理的硬件設備的集合。因此礦場是電力成本規模經濟的實現,而礦池則是算力的規模經濟實現。

礦池由礦工組成,礦池通過協調員來組織礦工。協調員通過隨機數運算確保礦工沒有浪費算力來建立相同區塊,並負責獎勵的分配。目前存在幾種常見的獎勵的分配方式 :

  1. PPS(Pay-Per-Share)。PPS 是一種最常見的獎勵分配機制。獎勵分配的方式與礦工貢獻的算力佔全部礦池算力的比例成正比,只要礦工貢獻算力,都將收到相應的報酬。但是,礦工貢獻算力不代表礦池一定挖出區塊,無論是否挖出區塊礦工都可收到報酬,多數風險爲礦池運營者承擔。因此,礦池運營者會向礦工收取一定的費用做風險貼水。
  2. PPLNS(Pay Per Last N Shares)。PPLNS 具體分配方案是,當挖到一個新區塊後,礦池先扣掉手續費,然後將剩下全部收益(包括區塊鏈獎勵和礦工費)按照算力佔比分配給各個礦工。不同於 PPS,PPLNS 只會在新區塊生成時纔會對礦工進行獎勵。雖然長期而言,挖出區塊的機率與礦工貢獻算力成正比,但從短期來看,礦工的預期收益將與實際收益有很大的區別。因此,在 PPLNS 分配方案下,礦工的收益會上下浮動,承受風險較大。除此之外,越來越多礦池混合兩種獎勵分配方式,以達到風險收益均衡。

雲算力

一般投資人如果要參與挖礦收益,執行的步驟是購買礦機、部署礦機、設置挖礦、獲取收益等四個步驟。在這四個步驟中,用戶需要了解算力及挖礦獎勵分配、礦機硬件設備、挖礦市場及風險規避,進入門檻相當高。因此,雲挖礦模式應運而生。雲挖礦是一個提供投資人低進入成本的挖礦方式,有別於傳統的需要採購高配置的硬體並進行專業的維護的挖礦方式。雲挖礦是算力衍生產品的一種原始形態,它將礦機的未來生產與其當前物理位置分離。具體的實現模式爲,礦池提供算力租賃服務,投資人可以通過購買算力合同,賺取相應算力所挖的代幣。也就是說,投資人是通過網絡遠程使用別人的礦機挖礦,可以視爲一種租賃託管服務。

投資人支付礦池某種形式的貨幣(比特幣或法幣),在設定的時間段(如 30 個月)內獲得一定量的算力(如 20 TH / s)。 雲挖礦和常規的挖礦之間最主要的區別在於硬件設備的擁有權。在雲挖礦中,提供合同的公司擁有實際的硬件,而投資者僅擁有其一段時間內提供的算力。對於沒有技術或經濟能力來投資挖礦設備並在自身家中運行的人來說,雲挖礦具有一定的吸引力。雲挖礦成功的主要原因在於友善的用戶操作體驗,而沒有傳統挖礦所需的各種繁瑣操作和巨大資本投入,且投資人能夠在市場轉爲牛市時快速加入挖礦市場,不需要等待礦機購置時間,是一個快速建立投資頭寸的方法。

但是由於不需要投資人親自維護及運作挖礦硬件設備,讓雲挖礦衍生出一些主要問題 :

  1. 雲挖礦平臺品質參差不齊,平臺時有詐騙或倒閉的情況發生,投資者權益難以保障。在過去的 7 年中,已經有數十個雲挖礦平臺被證明是騙局。在熊市下,雲挖礦平臺會因爲成本因素關閉老舊礦機,而承諾投資者的算力份額時常無法實現。除此之外,礦場內進行雲挖礦的礦機爲投資者託管或租賃的資產,而礦場在資產保管上有絕對的義務。依照傳統金融託管的標準,礦場有責任爲礦機提供保險。舉例來說,比特小鹿在 2020 年 7 月 19 日發出聲明,其提供雲挖礦的 ETH 及 ETC 礦機遭到非法轉移,目前下落不明。而這些礦機提供的雲挖礦服務也無法繼續進行。
  2. 不透明的定價及欺詐式營銷。不同雲挖礦平臺的合同定價差距大,且價格不是由開放市場決定。通常會導致投資人處於不利的地位。且由於大礦工自行挖礦的利潤更高,該市場只能針對零售買家。挖礦的報酬率預估困難,背後涉及多種因素,剛開始學習挖礦的零售買家並不能做出好的投資決定。

對於礦池及礦場而言,雲挖礦爲其重要的避險產品。礦池以略低於自身挖礦收益的價格將一段時間內的算力使用權租賃給客戶,可以提升礦池自由現金流量,並且預購最新礦機,擴大生產規模,甚至可以利用多餘的現金流到礦機衍生品市場中獲利。除此之外,某種程度上也能在熊市時保留礦機,並轉嫁風險至零散投資人。

礦機

礦機市場與產出的代幣二級市場並不相同,受到地理位置、時間及礦機品質等物理性因素影響。算力的產出也會因爲外在因素而有所差異,如芯片技術、供應鏈、電力成本及礦機運作。礦機市場缺乏流動性,爲了避免熊市棄單率過高風險,礦機制造商會在接到訂單後纔開始生產礦機,大部分買家等待時間長達二到四個月,通常包含組裝及物流時間。礦機制造商客戶主要爲礦場,只會向公衆販售小部分礦機,而製造商的地理位置會造成同一款礦機價格差異龐大。

二手礦機也有相當大的市場,但是內部存在大量信息不對稱交易。交易通常是 C to C,賣家掌握更多礦機質量相關數據信息,二手礦機通常已過保修期,無法達到預期算力的情況十分常見。但是,部分礦機型號難以在礦機制造商處買到,因此二手礦機的二級市場相對活躍。在礦機二級市場中,價格由供求關係決定,時常受到算力及獎勵的影響而礦機價格大幅變動,目前礦機市場還是由比特大陸、嘉南耘智及神馬爲主流礦機制造商。

礦池衍生品

礦工挖礦是生產行爲,主要有三個生產因素風險需要規避 : 一是幣價,二是算力,三是電力成本。當挖礦產業剛興起時,礦工未提取的幣大部分都交由礦場保管,類似礦工錢包。而到了近兩年,礦工開採出 PoW 代幣之後就會選擇出售,並用法幣支付挖礦設備及電力費用,或是支付礦場保證金。礦工聚集挖礦或是委託礦場管理礦機屬於電力成本避險行爲。而算力和幣價的風險主要體現在礦工挖礦難度以及礦機回本敏感度上。礦工對 PoW 代幣在二級市場的表現會有不一樣的看法,部分礦工可能認爲 PoW 代幣價格未來會變得更高,而因此發生屯幣的行爲。屯幣本身等同於礦工再投資行爲,相當於一家公司將本業產生的利潤,投入二級市場投資。當長期幣價下跌時會發生連鎖反應,礦場會要求礦工追加保證金,而低幣價造成礦工無法通過變賣代幣來支付運營成本,因而需要通過高槓杆借貸來維持礦機運營。一旦幣價持續維持低檔,礦工將逐漸無法負荷運營成本及貸款,部分過度槓桿礦工將面臨破產。當多數礦工破產無法贖回礦機時,礦場的規模經濟不再使它營利,反而囤積過多高成本礦機影響自身現金流。因此,挖礦產業參與者皆需要進行衍生品避險。

套期保值

套期保值屬於幣價風險規避。從 Black–Scholes model 金融衍生品定價的模型中,我們可以知道現貨市場的價格和衍生品市場的價格漲跌的一致性相當高。雖然代幣的現貨市場和衍生品市場是兩個獨立的市場,但是同一種代幣在同一時間範圍內,它的衍生品價格和現貨價格受到相同經濟因素的影響,舉例來說 : 供需、政策、預期、投機、週期等。所以一般情況下,兩個市場的價格變動趨勢是相同的。套期保值就是利用現貨市場和衍生品市場走勢一致的規律,在兩種市場做方向相反的交易,在一個市場出現虧損的同時,另一個市場出現盈利。無論是看多或是看空,可以藉由調整任一市場投入的比例來降低風險。最終無論幣價是漲是跌,雙邊操作可以實現風險平衡。

套期保值的方式有分爲三種 : 借幣套保、期貨合約套保以及期權套保。過去在期權避險組合尚未盛行時,借幣套保爲主流。但借幣套保成本及風險較高,近幾年開始盛行期貨合約及期權套保。合約和期權產品都可以實現礦工的套保需求。比如,如果礦工預測幣價下跌,可以通過開空合約和買入看跌期權以對沖風險,實現資產保值或減少損失的目的。套保合約分正向合約及反向合約,兩者的價值都是參考交易所代幣對的價錢來定價,差別在於結算和購買時的幣種不一樣。因此,礦工對代幣二級市場的走勢的看法會影響到正向合約或反向合約的使用。如果二級市場在上漲趨勢時,反向合約會因爲獲得的代幣價值上漲而獲得更多的收入,反之在下跌趨勢時,獲利也爲因代幣價值下跌而使獲利減少。因此以礦工長期看漲的趨勢下,反向合約是較受歡迎的工具,並且對礦工而言有較好的資金利用率。

而期權與合約不同的點在於,購買看跌期期權需要支付一筆權利金。而合約套保則是在幣價大幅波動時,會佔據大量流動性。礦工需要不斷追加保證金避免爆倉,避險成本較難控管。兩者各有利弊,須看礦工風險偏好選擇較好的避險工具。

算力衍生品

礦池產業中絕大多數參與者都會遇到相似的問題,就是在面對算力大幅波動時,礦池成本將被無限放大。算力作爲衡量整個區塊鏈網絡計算能力的波動指標,決定了礦工挖出區塊所需要的成本。在礦池的生產力保持恆定情況下,一旦全網算力飆升,意味着挖出區塊的機率大幅下降,這也意味着成本的提升,並導致利潤侵蝕。因此通過算力衍生品避險成爲礦池的另一個選擇。算力波動之於礦池相當於原物料價格波動之於傳統企業。傳統企業中,原物料價格的波動往往成爲企業成本高低的因素之一,因此他們時常會在二級市場對沖風險,而礦池產業放大了算力對於成本的影響。算力衍生品可以視爲算力保險,當算力上升礦工成本增加的一種補償。但是,算力衍生品存在挖礦競爭中的信息不對稱風險,且該商品流動性低,市場離成熟尚有一段距離。

除了一般的算力期貨外,代幣化礦機及算力遠期也是算力衍生品的範疇之一。代幣化礦機代表礦機一部分權益的流動性代幣,投資者期望能夠避免礦機在二級市場的價格波動性,而非進行代幣避險。代幣化礦機的主要缺陷在於挖礦收入的變量過多,因而投資人對流動礦機的代幣價值難以取得共識。算力遠期則類似於在雲挖礦,可以讓礦工在一定時間內以固定價格出售固定單位的算力,但是算力遠期更具交易條件的靈活性,能夠結合其他金融工具進行結構組合。

抵押借貸

隨着挖礦產業競爭激烈,礦場及礦工回本週期越來越長。礦工購買礦機和支付電費一般都是通過法幣進行,但挖礦行爲產出的是數字貨幣。在熊市的行情中,礦工仍需要法幣來支付電費。當礦工對比特幣長期看多時,直接賣出數字貨幣並不是性價比最高的一種方式。礦工更願意將手中的數字貨幣進行質押貸款而非賣出。一般來說,礦工可以進行的抵押借貸方式有三種 :

  • 抵押幣借貸。當礦工認爲幣價漲幅將超過借貸利率時會採取的策略,尤其是在目前實際法幣的借貸利率越來越低的大環境下,抵押幣借貸成爲礦工借貸的主流方式。
  • 信用借貸。挖礦產業常用的信用借貸通常是通過發行雲算力。通過出售雲算力,根據合約內容的不同,提供流動性的客戶除了能夠獲得利息外,也能獲得一定比例礦機回本盈餘。而礦池則獲得即時的現金流。但是出售雲算力的方式十分依賴礦池的信用紀錄,以及過往盈餘分配承諾。
  • DeFi 借貸。除了一般在 DeFi 上進行借貸或做 Staking,目前還有許多與比特幣 1:1 錨定的代幣,包含閃電網絡及 WBTC 等,都可以讓礦池在 DeFi 上進行避險操作。

小結

加密貨幣市場流動資金越來越多,傳統金融業開始與加密貨幣公司展開合作,銀行也逐漸接受加密貨幣做爲貸款抵押品,這將對礦池的避險工具帶來深遠的影響,礦工能夠獲得更低的貸款利率及更多元的金融產品。而礦池則更趨向中心化及專業化,礦池是重要的礦工流量聚合地,同時兼具算力流量及加密貨幣基金管理的身份,能夠提供龐大的二級市場交易量,因此交易所垂直整合礦池將會是未來趨勢,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讓礦工除了可以進行幣價避險,也可以嘗試算力避險,甚至可以利用算力衍生品發行固定收益或者收益分割的挖礦投資產品,吸引更廣泛的場外投資機構參與到挖礦領域。

雖然礦池衍生品風控逐漸成爲趨勢,但是在實踐中,建構一個完善的避險組合是一個非常複雜的任務。目前主要有三個困難難以突破 :

  • 第一,礦機回本天數敏感度會隨着市場變化有所改變,這意味着各種工具的對沖比率要實時更新,礦工需要密切追蹤調整策略。
  • 第二,在現實中,並非所有避險工具流動性皆相等,流動性差的商品會有額外的轉換摩擦成本。
  • 第三,訂價模糊,避險工具的訂價容易受到市場變動而有溢價的情況發生,容易將礦池經營成本的風險轉化爲財務風險。