比特幣是一個去中心化的記賬貨幣系統，任何人都可以保存賬本，也可以參與記賬。為了保證人們手中的賬本內容同步，必須保證一個時段(現在大
比特幣是一個去中心化的記賬貨幣系統，任何人都可以保存賬本，也可以參與記賬。為了保證人們手中的賬本內容同步，必須保證一個時段(現在大概是八分鐘)，全網只有一個成功的記賬者，其他賬本持有者只需將新帳頁同步到自己的賬本。為鼓勵記賬，成功記賬者將獲得新發行的幣(目前為25個)以及所記錄的各項交易中的全部交易費。為此，記賬者們通過解題，基于算力和運氣競爭記賬權，以獲取這些獎勵或收入。這就是所謂的比特幣挖礦。挖礦競爭需要耗費一定的資源，主要是電力和計算硬件，也可以說是資源競爭。這種競爭和資源消耗保護比特幣記賬系統不能輕易被破壞。因此，挖礦系統關系到比特幣系統的記賬、新幣發行和安全保障，是重要的基礎設施，其相關的經濟問題對于比特幣的發展具有重要意義，有必要加以討論。
一、挖礦盈虧與競爭優勢
目前，比特幣挖礦最受關注的經濟問題是挖礦投資及其回報。挖礦投資的基本方式是研發、生產或購買挖礦設備(礦機)，礦機通過解題計算競爭記賬權，獲得新幣。總體上，某礦工挖礦成功的概率與其礦機的計算能力(簡稱算力)占全網總算力的比例一致。如果全網算力100P，某礦工運行1P算力的礦機，則每次都將有1%的概率成功記賬。通過加入礦池挖礦的方式，這個概率可以轉化為較為穩定的收入份額，即該礦工平均每8分鐘可獲得1%的新幣，也就是25*1%=0.25個幣。如果這8分鐘耗費的電力和分攤的礦機折舊等成本總計折合0.2個比特幣，那么該礦工就能夠實現(0.25-0.2)/0.2 = 25%的毛收益率。
在預期能夠盈利的情況下，有兩種變化會造成挖礦虧損：一是全網算力上漲導致新幣分享減少。上例中，如果全網算力突然漲至200P，那么1P算力僅能獲得0.5%的新幣，即每8分鐘0.125個，收益率降為(0.125-0.2)/0.2= – 37.5%;二是幣價下跌。由于法幣仍然是計價貨幣，挖礦投入均以法幣定價，當幣價下跌時新幣收入的法幣價值將下跌，導致虧損。如果每8分鐘分攤挖礦成本為400元，獲得新幣0.25個，在幣價為2000元時，收益率為(0.25*2000 – 400)/400 = 25%。如果幣價下降到1000元，收益率變為(0.25*1000 – 400)/400 = -37.5%。
進一步，挖礦的成本可以分為固定成本和流動成本。固定成本是無論是否開機都必須付出的成本，主要是礦機購置費用、場地租金等。流動成本指的是礦機開動后投入的成本，主要是電費。當挖礦收入不足以抵償總成本時，挖礦開始虧損;當挖礦收入不足以抵償流動成本時，應停止挖礦。比如，某礦場運行每天電費1000元，礦機折舊和場地租金合計每天500元，當每天挖礦收益低于1500元時經營虧損，但只要收益仍大于1000元則仍應生產，因為扣除1000元電費后仍有5余款彌補已經支出的礦機款和場地租金。當每天挖礦收益不足1000元時，連電費都不足以抵償，就應當關機了。
比特幣是人人可以參與的貨幣體系，人人皆可挖礦。理想的充分競爭狀態下，利潤將驅使新的礦工或礦機的加入，而新幣總量不變，則收益率持續下降，直至收益率為0。但實際上，挖礦競爭中并非人人機會平等，總有一些人有優勢以單位成本更低的算力挖礦，從而比他人有更多盈利，競爭終將淘汰處于劣勢的礦工。
在早期，比特幣鮮為人知，率先了解和參與的礦工就獲得很高回報，這是先發優勢。隨著比特幣的興起，價格高漲，挖礦投資者蜂擁而至，這種信息優勢逐漸消失。最終獲得競爭優勢的，一部分是擁有挖礦芯片、礦機研發和生產技術優勢的投資者，一部分是擁有較低電費資源的投資者。但是這些優勢并不是永久的，因為挖礦收益會促使競爭者追趕芯片與礦機技術，尋找更加低廉的電力資源。
二、挖礦的價格風險及其規避
在比特幣發展初期，挖礦盈虧很大程度上受價格波動的支配，上例中原本盈利25%的挖礦投資，隨著比特幣價格劇跌100%，將虧損37.5%，現實中更糟糕的情況并不少見。盡管價格驟增的情況也時常出現，但帶來的無非是驚喜，而暴跌則可能使投資者血本無歸。由于超過20%以上的利潤率波動，即使有技術優勢和成本優勢的挖礦投資者也有不少慘痛的失敗。
實踐中逐漸形成了一些規避價格波動風險的經濟手段。主要有：
比特幣期貨
1、：投資者在前期做空比特幣，對沖可能的價格下跌帶來的新幣收入損失。但由于當前期貨市場欠規范，爆倉風險大，長期產品深度不夠，此方法實用性不強;
比特幣借貸
2、：挖礦投資之前，按照預期挖礦比特幣收入借入比特幣，售出換取法幣，挖礦獲得新幣后歸還比特幣。這規避了價格下跌風險，但若遇到投資后價格大漲，同時算力大增，不能獲得預期新幣數量，又需要以高價購幣還貸，將產生較大虧損;
入股挖礦
3、：籌集股份成立挖礦項目，以挖礦所得比特幣收益分紅。這樣雖然也面臨價格和算力快速增長帶來的收益下降風險，但風險得到了分攤;
算力預售
4、：即組織者在投資中將將要形成的算力進行預售，并在算力形成后代為管理日常挖礦。算力購買者完全自擔挖礦風險，而組織者則獲得其組織能力報酬、技術優勢租金和勞務報酬，理論上可以實現零風險，實現投資和經營的分工、風險收益與勞動報酬的分離;
挖礦詐騙
5、：由于信息不對稱，并且比特幣經濟活動缺乏法律的有效保護，在入股挖礦和算力預售模式中，投資者很難有效地監控項目組織者或算力預售者的經營細節，容易滋生欺詐行為，形成新的道德風險。這種風險的存在，也使得一些誠實的項目組織者和算力預售者在真實虧損時受到懷疑和指責。此外，還可能產生一種逆向選擇：欺詐者愿意給出誠實者無法給出的高收益許諾，從而將誠實者從市場上擠出。
因此，當前比特幣挖礦與炒幣一樣是高風險的，不僅面臨競爭壓力、幣價波動風險，還有法律缺位和經營模式不成熟帶來的制度風險。
三、比特幣價格決定挖礦成本
預測幣價是控制挖礦投資風險的重要環節。2014年熊市前期中曾經流傳一種觀點：比特幣價格不可能跌到挖礦成本以下。這個觀點現在已經被證明是錯誤的，很多人通過挖礦投資和炒幣投資的損失認識了這一點。
這種觀點可能來源于對黃金價格的參照。在短期內，當黃金價格下跌接近成本時，如果黃金生產較為集中，形成壟斷，那么生產者可以聯合限制產量，減少供給，以穩定價格。如果未形成壟斷，當市場價格低于成本時，就會有技術水平低、單位成本高的礦場倒閉，從而產量減少，也會減少供給，支撐價格止跌。
然而，比特幣發行與黃金生產最大的區別在于，比特幣是按即定數量產生新幣的，并不會因礦場的壟斷或者倒閉而減少新幣供給，因此，黃金生產成本對價格的支撐原理，在比特幣毫無借鑒可言。
即使是黃金的價格，中長期看，根本的決定仍然在于需求方面，如果需求持續下降，黃金價格就會持續下跌，技術差成本高的礦場會被陸續擠出，行業平均成本下降，直至存活礦場恢復基本利潤。相反，如果需求增長，價格回升，又會有一些成本高的礦場投產，行業平均成本上升。在這個過程中，是需求驅動的價格變化決定了成本的變化，而非成本支撐價格。
比特幣的價格根本上仍然取決于需求，前期囤幣和投機需求強烈，但長期看，價格的基礎是支付應用需求(參見《比特幣的需求與價格》)。供給方面，比特幣存量的增長是即定的，但交易平臺、借貸平臺、期貨等比特幣金融的發展，能夠提高現有比特幣的流通速度，吸引囤幣進入市場，從而在存量不變的情況下，增加市場上的比特幣供給，影響價格(參見《比特幣金融、貨幣擴張與市場價格》)。需求和市場供給兩方面決定了比特幣的市場價格，進而決定挖礦成本。
四、挖礦決策滯后于價格變化
現實中挖礦行為對比特幣價格的反應會有滯后，價格上漲一段時間后，算力才會上漲推動成本提高;價格下降一段時間后算力和成本才會下降。
滯后主要因為：
挖礦決策滯后
1)。只有當投資者確定決策依據的價格的穩定的，才會做出調整投資和算力的決策;
轉換需要成本
2)。挖礦專業化之后，啟動挖礦和停止挖礦都要處理一系列問題，耗費一定的精力和成本，價格變化較小時將不會轉換;
建設需要時間
3)。即使決定新增算力，建設新礦場、研發芯片與礦機，都需要較長時間;
價格預期效應
4)。挖礦決策不僅依據當期價格，還要依據對價格的預期，慣性預期較為常見，強化了滯后效果，比如當價格突然走入跌勢，算力仍按原來的漲勢預期增長;
市場份額的爭奪和沉沒成本維持算力
5)。比特幣挖礦的規模效益越來越明顯，前期大規模持續投入對后期算力份額和競爭優勢具有決定性作用，因此即使虧損，大的礦場也會盡可能保持算力。
這些原因使得算力滯后于價格的變化，也使得算力上漲迅速，但下降滯緩。因此，在價格和算力的歷史關系上可以看到，價格快速上漲后，價格回落，而算力仍持續增長，并且算力下降的情況較少。當然，這也受到比特幣應用持續發展和對比特幣的中長期樂觀預期的支撐。
挖礦競爭既對市場價格做出反應，又是挖礦投資者之間的非合作博弈。即使認識到算力增長和挖礦成本變化滯后于價格變化，滯緩的程度仍然難以預測，使挖礦投資的風險進一步加大。
五、挖礦對價格的短期影響
總體上，市場價格決定挖礦投入決策。但是，在不同條件下，挖礦行為對短期的價格波動也會產生影響。
比特幣挖礦的動機可分為兩類，一類是看好比特幣的長期發展，傾向于囤幣，可以稱為囤幣挖礦，另一類則以法幣利潤為目標，套利挖礦。囤幣挖礦比例較高時，新幣投放市場較少，有助于短期價格的上漲;套利挖礦較高時，新幣更多賣出套現，推動短期價格下降。
現實中，多數挖礦行為同時存在兩種動機，既看好比特幣的長期發展，又希望短期獲得法幣利潤。而且，在不同的競爭狀況和成本壓力下，兩種動機之間也會相互轉換。當比特幣價格較高，挖礦收益較高，且增長趨勢明顯時，囤幣比例上升，推動價格上漲;當比特幣價格飚漲至關鍵價位，回調特征明顯時，為了套利，也為了變現后增加算力，保持競爭優勢，會有大量挖礦囤幣迅速進入市場，抑制價格上漲，甚至扭轉趨勢。
當比特幣價格較低，挖礦收益較低，且形成價格下行趨勢時，新幣拋售套現較多，加速價格下行。尤其是當挖礦接近虧損時，礦工需要支付電費等費用，新幣被迫拋售，強化價格下跌趨勢，而不是通常認為的挖礦成本會支撐價格。當價格極低時，虧損礦機退出競爭，難度增速低于預期或者下降，存活礦機成本壓力減輕，拋售減少，對價格下行的壓力才會減輕。
長期看，挖礦競爭將使挖礦成本接近于挖礦收益成為常態，新幣將主要進入市場換回法幣以維持礦場運行，囤幣比例迅速下降，多數新幣將進入市場，壓低價格。因此，按目前1600元的價格水平，每天進入市場的新幣能夠消化價值近700萬元的比特幣購買需求，這是在比特幣應用發展、需求增長情況下抑制價格上漲的主要力量。但這不是由挖礦成本決定的，而是由新幣發行數量決定的。
除了以上影響，當挖礦者為了規避價格風險，采取比特幣借貸、入股挖礦、算力預售等方式投資挖礦時，往往以比特幣籌資并先行售出，會推動價格下跌。如果挖礦收益按預期實現，這只是將未來的新幣銷售提前，對價格趨勢影響不大。但如果競爭導致算力超預期上漲，那么前期籌資售出的比特幣將多于新幣，不僅投資者受到損失，也會加強價格下降趨勢。這并沒有改變新幣數量，而是將原本不進入市場的比特幣賣掉了。
六、挖礦耗費與系統算力的維持成本
進入常態挖礦，競爭會使挖礦總成本接近于新幣市值。當比特幣價格為1600元時，每8分鐘產生25個新幣，每天全球比特幣挖礦消耗總值接近25幣*(24小時*60分鐘/8分鐘)*1600元=7,200,000元。按照每21600次記賬后新幣數量減半的規則，每3.5年產量和消耗將減半。如果幣價保持在2000元，到2030年，每天挖礦消耗將下降到280,000元，2041年下降到35,000元，2080年僅為17元。
當然幣價不會不變，如果比特幣失敗，價格為0，挖礦終止，如果比特幣取代法幣，價格將難以估量。如果比特幣系統能夠發展到2041年，比特幣的需求擴大絕不止百倍，按幣價漲50倍計，約為100,000元每幣。此時雖然每8分鐘記賬僅產生0.1個新幣，但每天新幣價值仍達到0.8幣*(24小時*60分鐘/8分鐘)*100,000元=14,400,000元。也就是說，仍將有每天一千多萬元的耗費支撐系統算力，足以保障系統的安全。
長期看，如2080年，新幣每年才產出3個，挖礦收入不再依賴新幣，轉而依靠交易費。系統挖礦的總耗費將取決于交易費的總規模。2080年的交易費能否支撐必要的挖礦算力呢?假定交易費為交易額的1/10000，按照目前每天700萬元的新幣價值，要保證同等規模資金消耗支撐的算力，全球比特幣總交易額需要在每天700億元左右。目前，Visa的日交易量約為1000億元左右。如果比特幣活到2080年，超越Visa不成問題。并且，2080年的世界總交易額是現在的許多倍，若以十倍計，那么即使交易費比例降到1/100000也能夠支撐必要的挖礦規模和系統算力。
七、挖礦的經濟倫理：必要的“浪費”
比特幣挖礦每天消耗近700萬元的資源，產生的算力用于驗證和記錄交易的比例極小，絕大部分是為了爭奪記賬權做的解題游戲。不少人指責這是毫無必要的巨大浪費，并設計了一些替代的方案，比如將算力用于科學項目的計算，或者取消靠計算競爭記賬權，改為按照貨幣持有數量分配記賬權。
比特幣所設計的挖礦方式被稱為“工作量證明機制”(Proof of Work，PoW)，即通過有難度、耗成本、花時間的計算工作證明記賬者是認真負責的，因為有錯漏的記賬將得不到其他人的承認，也就不能獲得挖礦獎勵，從而工作量就白費了。記賬計算盡管具有一定的偶然性，但總體上算力越大，計算成功奪得記賬權和記賬獎勵的可能性越大。這樣，記賬競爭會推動算力的上漲。總算力越大，攻擊比特幣系統的難度也就越大，比特幣系統也就更安全，當然，挖礦總消耗也就越大。可以說，在一定的計算機生產技術下，比特幣記賬系統的安全性是跟挖礦消耗成比例的。不論挖礦收入來自新幣，還是來自交易費，問題的本質沒有區別，競爭充分的情況下，每天700萬元的新幣或交易費都會消耗相近規模的資源，支撐起同等規模的系統總算力。
換一種不空耗算力的方法行不行呢?最簡單的方式是從眾多記賬者中隨機選擇一位成功記賬者。這樣記賬幾乎無成本。但是，這樣大家會不愿意投入更多、不愿意認真驗證交易、不愿意轉發交易、不愿意同步和保存龐大的賬本(區塊鏈)。這樣，系統總算力就很小，記賬的錯漏也很多，不僅攻擊起來容易，自身也容易分叉(同時存在幾個不同的賬本)，交易的可靠性無從談起。
那么能不能將這些算力用在有意義的特定計算中呢?現實中有這樣的嘗試，比如用于攻克癌癥的研究。這樣似乎使系統更有“價值”。但有“價值”就會牽涉人的判斷，為什么用于癌癥研究，不用于頁巖油研究，或者中國特色社會主義研究呢?誰來決定研究什么呢?如何制定判別計算是否有效的標準呢?而且，只要是“特定”研究，就會有“特定”的人具有持久的知識優勢，記賬權的爭奪就會不公平，處于劣勢的算力就會退出，系統安全性就難以持續加強。這類嘗試目前看并不成功。
目前爭議最大的是“股權證明機制”(Proof of Stock，PoS)。按PoS設計的虛擬幣系統中，在線持有貨幣越多，奪得記賬權的機會越大，從而獲得的挖礦收入越多。這樣，持有一定數量貨幣的人就會有動力認真地去競爭記賬。對系統發起攻擊的人需要擁有大量的貨幣，而攻擊又會導致系統的紊亂和貨幣貶值，攻擊者得不償失。這樣就保障了系統的安全性。
比特幣與股權證明貨幣(或PoW與PoS)的爭論是近兩年虛擬貨幣領域最廣泛持久的爭論之一。從安全性看，比特幣系統的安全保障依靠分散賬本(區塊鏈)帶來的去中心化民主和物質資源投入支撐的巨大算力兩根支柱;股權證明貨幣主要依賴前者。如果去中心化民主足夠安全，僅以此為基礎也未嘗不可，只是還有待驗證。
總體上，比特幣挖礦的耗費是其系統安全所必須的，雖然簡單粗暴，但多年運行情況看是有效的。由于比特幣挖礦的競爭優勢主要體現在計算速度和能耗上。所以，挖礦競爭會推動計算技術的進步，這在信息化的時代是重要的社會貢獻，使得挖礦耗費變得更有意義。
八、比特幣挖礦的經濟倫理：可靠的公平
挖礦方式的PoW與PoS的爭論中涉及到另一個比特幣挖礦的經濟倫理問題——哪種挖礦方式更加公平?
在比特幣挖礦脫離電腦挖礦，進入專業礦機挖礦之后，挖礦越來越趨于專業化，大的礦場取代了以前的分散挖礦，而礦場進一步向礦池集中，形成占到全部算力20%、30%，甚至一度接近50%算力的大礦池。因此，批評者認為比特幣挖礦收入越來越向少數人集中，因此是不公平的。按照前文分析，挖礦競爭，尤其是大礦場的興起并沒有使收入越來越向少數人集中，而是新幣收入越來越接近成本，這使得由于信息不對稱帶來的挖礦暴利時期更早結束。2014年年末和2015年年初國內外出現的礦場倒閉等事件，進一步證明了這一點。
實際上，在挖礦收入的公平性上，比特幣挖礦更象傳統的黃金挖礦，或者說更想絕大多數現實中的商品生產：新產品上市的時候，有信息優勢的人在競爭不充分的情況下獲得暴利，但只要生產對每個人是開放的，那么很快就會進入激烈的市場競爭階段，獲取收入的人必須付出越來越高的成本，最終，利潤趨向于各行業的平均利潤。這是目前所知最公平的利潤獲取方式。從2013年下半年專業挖礦興起，到2015年初大批礦場倒閉，比特幣挖礦可能是市場經濟歷史上從壟斷進入競爭最快的新興產業了。因此，比特幣的PoW模式在新幣分配的公平性上無可指摘。
比特幣支持者對PoS模式的公平性也提出了質疑。按照PoS模式，新幣獲取機會按照持有貨幣的數量進行分配，從而持有更多股權證明貨幣的人，幾乎無需付出成本，就可以獲得越來越多的新幣。而持有量較少的人獲得的回報極少，甚至不足以抵償打開挖礦軟件運行耗費的精力、電力和設備損耗。但如果不挖礦，就必須承受新幣發行導致的持有貨幣價值縮水。這顯然是不公平的，類似于現實中憑借既有的土地和資本，不再付諸新的努力即可獲得源源不斷的地租和利息，這種不公平受到了歷史久遠的廣泛批評。
PoS模式對新入者的不公平，會對系統的擴展有一定的阻礙。不過，務實地看，如果股權證明貨幣在應用中帶來的好處很大，遠遠超出新入者在分配中的相對損失，那么這個劣勢也不是致命的。當前的關鍵是，作為貨幣，持有和應用的范圍越大，持有和使用就越安全、便利和高效，如果不能在支付技術上形成對比特幣重大超越，各種競爭幣很難超越比特幣，這是后發劣勢。
九、總結
比特幣固定的發行節奏導致挖礦成本主要取決于價格，而非支撐價格。隨著挖礦競爭日益激烈，算力和成本的上漲使利潤空間迅速縮小，成本壓力迫使大部分新幣進入市場變現，持久地抑制幣價的上漲。但這實際上是新幣發行機制的結果，而非挖礦成本高低所導致。只有在融幣挖礦決策失敗，挖礦籌資售出的比特幣超出實際的新幣收入時，才會導致額外的幣價下跌動力。
充分競爭條件下，比特幣挖礦的資源耗費價值將接近新幣的市場價值，目前每天接近700萬元，支撐了約350P的算力，成為比特幣系統安全的重要保障。在未來新幣發行數量不斷減半至忽略不計時，如果比特幣系統仍然存在，那么交易規模產生的交易費將足以支撐必要的系統算力。
如此巨大的挖礦耗費是最簡單粗暴地激勵挖礦行為和提高算力，從而保證比特幣記賬系統安全的必要代價，也會直接激勵計算機算力相關軟硬件的技術進步。而這種新幣發行方式，使得比特幣挖礦成本接近挖礦收入，利潤趨向社會平均利潤，符合傳統市場經濟的基本公平觀念，更容易融入現有的市場機制。
從以上分析看，比特幣挖礦系統在理論上可能不是最優的，但在實踐中已經融入了現有市場經濟框架，實現了基本的可行性。需要強調的是，當前比特幣挖礦投資的風險絕不低于囤幣和炒幣，挖礦投資務必謹慎。
關鍵詞： 比特幣
