比特币挖矿成本与PoS公链经济模型对比分析

2025-08-06 00:44:00

比特币挖矿成本与公链经济模型探讨

近期，比特币价格一度跌破5.4万美元，触及部分比特币矿机的"关机价"。数据显示，当比特币价格降至5.4万美元时，仅有效率超过23W/T的ASIC矿机仍能盈利，只有5种型号的矿机可以勉强维持。这意味着如果价格跌破关机价，一些抗风险能力较弱的小型矿工可能会选择退出止损。这些矿工退出时往往会抛售比特币换取现金，同时低价出售矿机，进而引发比特币价格进一步下跌，形成所谓的"矿工投降"现象。

所谓关机价实际上就是比特币矿机挖矿的成本价。要理解这个成本价是如何计算的，我们需要先了解比特币的经济模型和工作量证明(PoW)机制。

比特币的总供应量被预先设定为2100万个，平均每10分钟开采一个区块，并奖励矿工一定数量的比特币。最初每个区块奖励50个比特币，之后每21万个区块(约4年)奖励减半一次。最近一次减半发生在2024年4月23日，区块高度为84万时，奖励降至每个区块3.125个比特币。除了区块奖励，矿工还能收取打包交易的手续费，每笔交易的手续费一般在0.0001~0.0005比特币之间。手续费由市场决定，使用比特币转账的用户越多，矿工就越忙碌，如果设置的手续费过低，交易可能会被矿工忽略。

比特币网络中的交易会被放入内存池。矿工从内存池中选择一组交易，尝试组成新区块。矿工需要找出一个特定的随机数，将其与区块数据结合，生成满足网络难度目标的哈希值，这个过程就是"挖矿"。谁先计算出符合条件的哈希值，谁就获得记账权，即挖矿成功。难度目标会动态调整，每2016个区块(约两周)调整一次，以保持比特币的平均出块时间在10分钟左右。因此，全网算力越大，难度目标就会越高。

算力是比特币矿机挖矿的能力，即每秒能进行多少次哈希碰撞。目前算力单位通常采用TH/s，即每秒10^12次哈希。全网算力约为630 EH/s，即每秒6.310^20次哈希。因此，每T算力每天理论上能挖到810^(-7)个比特币。对矿工而来说，除了矿机购买、矿场运营管理费用外，主要支出就是挖矿的电费。以蚂蚁S19 pro矿机为例，额定算力110 T，额定功耗3250 W，可推算出每T算力每天耗电0.709 kW。不同地区电费差异很大，按0.055美元/千瓦时计算，一个比特币的成本在5万美元左右。

需要注意的是，上述前提建立在全网算力为630 EH/s的情况下。一旦出现"矿工投降"，全网算力就会下降，开采一个比特币的成本也会随之降低。同样，如果比特币价格上涨，矿工有利可图，全网算力就会上升，开采一个比特币的成本也会随之上升。

因此，比特币的"关机价"实际上是市场调节和矿工博弈的结果，而这一切都建立在比特币简洁有效的经济模型之上。

权益证明(PoS)下的经济模型

在以比特币为代表的PoW公链的经济模型中，矿工是最重要的参与者。但在PoS公链(如以太坊和Solana)中，并没有矿工这个角色。那么它们的经济模型又是什么样的呢？

首先，PoS机制与PoW机制最大的不同在于，PoS下参与共识出块的节点有准入机制，通常通过质押(Staking)来实现。在这种机制中，节点需要质押一定数量的平台代币才能参与网络共识；同时，平台会向这些节点发放平台代币作为区块奖励，激励它们为网络稳定性做贡献。在PoS下，通过质押参与网络共识的节点一般称为验证者(Validator)。

其次，如果平台代币是无限增发的(如以太坊和Solana)，还需要考虑平台代币的通胀问题。平台代币的增发通常由验证者区块奖励实现，销毁一般以交易费的形式进行流动性回收，如收回到项目方国库或在协议内燃烧掉等。增发与回收需要达到平衡，允许短期内出现通胀或通缩，但不能长期通胀或通缩，以维护经济稳定。

最后，还要考虑平台代币的功能。不同于比特币仅能作为交易手续费，PoS的平台代币由于存在质押的区块奖励，具备生息功能。因此一些平台还会设计委托质押，可以降低市场上平台代币的流通量，也是维护经济稳定的一种方式。我们常说的流动性质押，通常就是第三方协议基于委托质押设计的，APR来自于质押的区块奖励(和MEV)。

以太坊

以太坊网络初始供应量为7200万，其中6000万于2014年7月和8月的众筹活动中分配给了购买ETH的人(平均售价约每枚0.3美元)，剩余1200万于2015年网络启动时一半分给了83位早期对协议做出贡献的人，另一半留给了以太坊基金会。当前以太坊网络的总供应量约为1.2亿。

2022年9月，以太坊由PoW转为PoS(The Merge)，启动了信标链。以太坊网络的通胀设计以此为界，分为两个阶段：在转为PoS前，每年增发约484万ETH，通胀率约4%；转为PoS后，每年增发约301万ETH，通胀率约2.5%。实际上，自以太坊转为POS以来，由于EIP-1559约定每笔交易会燃烧一部分ETH作为网络的基础费用，因此大部分时间ETH是通缩的，平均通缩率为1.4%。

在以太坊网络中，如果一个节点想要成为信标链的验证者，需要质押32个ETH，超过32个ETH不会增加该验证者在网络上的权重。信标链中每个时段(epoch)有32个时隙(slot)，每个时隙大概12秒，会产生一个区块。以太坊以时段发放奖励，其数额是从基础奖励计算的，基础奖励代表了在每个时段的最佳条件下每个验证者的平均奖励，其中区块的提议者可以拿走1/8的基础奖励，其他奖励会分给投票者(前提是作出与大多数其他验证者一致的投票)和同步委员会的参与者，奖励分配与验证者的有效余额以及活跃验证者的总数有关。

由于以太坊质押至少需要32个ETH，不支持将ETH委托给其他验证者质押，并且提出质押的ETH还有27个小时的解锁期。这些规则对质押者来说存在一定阻碍，因此，为了给用户提供更便于参与的质押环境，市场上出现了流动性质押(Liquid staking token, LST)协议。原理是通过将ETH汇集在一起，以绕过32个ETH的最低要求，不需要每个用户操作自己的验证器，质押池会处理相应操作，并且还能给用户提供相应的质押凭证，以参与其他的DeFi应用，提高资金利用率。

以太坊流动性质押领域的行业领导者Lido推出的stETH，已经占据了以太坊LST赛道大部分的市场份额。Lido让普通用户可以通过其平台质押任意数量的ETH，质押后的ETH变成stETH可随时换成ETH，解决了原生质押的痛点。当前以太坊网络中，质押的ETH为3254万，占总供应量的27%，其中Lido贡献了980万，stETH占质押ETH的30%。

Solana

Solana网络初始供应量为5亿，其中38%给社区储备基金，12.5%给团队成员，12.5%给Solana基金会，剩余37%给投资者。当前Solana网络的总供应量约为5.8亿，流通4.6亿，流通率约80%。剩下20%的SOL锁定在投资者和团队手中，最显著的解锁将在2025年3月发生，约4500万枚。

Solana的初始通胀率为8%，每年递减率为-15%，长期通胀率为1.5%。

Solana网络对于验证者的最低质押金额没有要求，但验证者的投票权力和质押奖励会按照其质押金额的比例进行分配。Solana网络支持委托质押(delegate staking)，用户可以通过委托质押的方式，将自身的SOL质押给已存在的验证者来分享收益。委托质押并不意味着将SOL委托给验证者，SOL仍然保留在用户的钱包中，这使其与持有它们一样安全。目前有1500个验证节点，APR平均在7%左右。

验证者执行验证交易和提议区块的工作：每当验证者提交正确且成功的投票(这本身就是一笔交易，验证者支付交易费用)时，他们就会获得积分；提议区块没有额外的积分，区块奖励仅包括区块中包含的交易费用，并且只有50%的费用作为区块奖励流向验证者，另外50%将被销毁。在一个时段中，验证者会积累这些积分，然后它们可以在时段结束时"兑换"一定比例的SOL奖励，积分到奖励的"兑换"是通过权益加权计算，即验证者占总积分(所有验证者的积分之和)的百分比获得相应的SOL。

Solana网络上的LST现状与以太坊显著不同。Solana网络中流通中的SOL的质押比例超过80%，远高于以太坊的27%。然而，LST仅占质押供应量的6%(相比之下，以太坊超过40%)。主要原因是Solana网络原生支持委托质押，且DeFi协议生态尚处于早期，Lido及其同类产品在以太坊上试图解决的问题在Solana上并不存在。Jito是Solana网络LST的龙头，Jito将用户的SOL委托给支持MEV(Jito-Solana验证器客户端)的验证者节点变成JitoSOL，其中MEV收益作为额外收益分配给质押者。因此Jito平台的APR比委托质押更高，目前可以达到7.92%，JitoSOL占质押SOL的3%。