撰文：Coin Metrics、Ben Celermajer
翻译：娄月

迄今为止，比特币矿工的作为加密市场一群「关键人物」的作用一直未得到对冲，目前还基本完全依赖于比特币的价格。但随着挖矿市场的不断成熟以及传统金融市场参与者的加入，这些公司将寻求与传统资产类似的各种机制来对冲它们的风险敞口和运营业务。

当前算力的计算过程中包含了一段回溯期 （如 48 小时）的计算过程，使得设计一款能够帮助矿工对冲风险的金融产品变得困难。

Coin Metrics 设计了 CMBI 比特币指数 （Bitcoin Index）和「观察工作工具」（Observed Work），与传统的算力相比，这是一种更积极、更灵敏、更不易被操纵的计算方法，也可以更好的衡量挖矿活动的真实情况。

观察工作和 CMBI 比特币算力指数可以进一步成为金融产品的基础部分，也可以为市场提供有效和高效地交易或对冲比特币算力所需的工具。

简介

距离比特币减半不足一周时间，减半对于算力将产生什么样的影响一直以来也备受关注。不过对于加密社区的大多数人来说，减半似乎是一种有趣的、投机性的活动，赌注也相对较低。但对采矿行业来说，（减半）结果不仅决定了盈利能力，而且也是一场「生死存亡战」。

这种情况的发生很大程度上是由于缺乏一种健全的、被市场广泛接受的方法来对冲采矿作业的不确定性。基于此，Coin Metrics 提出了两种新工具，为金融衍生品市场提供一种对冲和推测比特币算力的有效机制：

1. CMBI 比特币算力指数
2. 观察工作工具

首先，简要回顾一下比特币算力对整个加密生态系统的重要性。

比特币算力的重要性

挖矿活动是比特币的核心功能之一，也是中本聪 （Satoshi Nakamoto）的关键创新思想之一。简而言之，如果没有挖矿，比特币和加密货币都不可能在今天普遍存在。挖矿有助于：

• 确保网络安全，防止腐败，抑制不良行为者篡改公共账簿。
• 铸造新的比特币进入流通。
• 创建和传播所有发生在分类账上的交易。
• 验证并附加新的交易信息到分类账，以允许用户以不可信的方式进行交易。

矿工通常清楚他们的成本，主要包裹硬件 / 设施（资本支出）和运行采矿设备 （营业费用）电力函数，在算力固定的时候，矿工可以更为确定自己的成本，他们可以在特定的比特币价格条件下计算盈利能力。然而，在比特币网络上执行的算力 （计算能力）不是恒定的或可预测的。相反，算力会随着时间波动，而且并不总是与比特币的价格一致。

因此，矿工对冲其算力的能力以及通过更广泛的价格和算力情景来提高并持续维持其盈利能力是至关重要的。

例如，当一个大型机构正考虑发展采矿业务，并考虑该业务是否能够进入市场时，首先，他们需要有足够的预算来购买设备，而这些设备也可以有足够的挖矿能力来获取 1% 的采矿 / 算力。这样，他们平均每天可以收获到 18 个比特币，每一枚比特币价格按照 8000 美元来计算，利润约为 14.4 万美元，那如果每天的运营成本超过 14.4 万美元（以目前的回报奖励水平）矿工将不会获得任何利润，因此这家公司就不应进入这个市场。然而，如果他们的运营成本是每天 10 万美元，那么将有一个不错的利润率，应该考虑进入市场。

假设三个月后，采矿设备已经送到，但比特币已经涨到了每枚 1 万美元，比特币的算力也已经翻了一番。现在他们只有总算力的 0.5%，平均每天可以获得 9 个比特币的奖励。以每枚比特币 1 万美元的价格计算，他们每天的净收入为 9 万美元，假设每天的运营成本为 10 万美元，则每天净亏损 1 万美元。这对于公司业务寿命来看不是一个好兆头。

然而，如果它们能够通过交易算力衍生品来对冲采矿业务的风险，它们就能将算力宏观变化的风险降至最低。

注意 : 该示例使用了说明性的数字，为了简单起见，忽略了即将到来的减半的影响。

设计算力金融产品所需的工具

在像挖矿这样的「分布式过程」中，从矿工的群体中获得可靠的算力数据似乎难以实现。因此，当前推导算力的最佳实践方法是从给定难度级别生成一个区块速率隐含值。这种方法可能就像石油期货交易员通过在加油站观察到的价格来计算全球被挖出的石油产量一样。本质上，这是从历史数据中获得价格（或算力）。

对于算力，在创建金融产品时引入了许多不良问题。Coin Metrics 用一个简单的算力指数确定了三个必须克服的关键问题：

• 短期水平的可预测性。由于算力的计算依赖于过去的数据，因此用于生成短期未来级别的大部分数据都是已知的。例如，如果算力是使用 48 小时回溯窗口计算的，那么在这 48 小时的数据中已经消耗了一个小时用于计算算力。因此，这个短期未来算力是相对可预测的。
• 给定随机区块生成过程中，隐含的算力趋向于遵循一个振荡模式（如下所示）。这给合约带来了两种类型的结算风险。首先，合约是否会落在振荡的顶部或底部随机出现，这可能会对交易的结果产生重大影响。其次，这个比率或许可以由控制算力重要部分的一些大型矿工高度操纵。
• 固定算力的合约长度不能解释合约开始和结束之间发生的情况。想象一个为期 3 个月的合约以相同的水平开始和结束。如果矿工希望通过这一长期合约来对冲头寸，他们将在结算时赚取 0 美元。但如果这段时间的平均算力比开 / 关率高 20%，他们的收入也会低于预期。这是一个次要的考虑因素，因为理论上，一个人可以在整个合约中交易来克服这个问题，但是可以通过一些创新的设计来克服。

另一种开发金融衍生品进行投机和对冲算力的方法是通过挖矿难度。虽然难度比派生的算力索引有一些好处，但它也有一些需要克服的问题：

1. 每 2016 个区块（大约 2 周时间）就会进行一次难度调整。这意味着在合约的早期阶段，定价是非常困难的，因为预估未来的困难基本上是不可能的，而且会出现重大的波动。
2. 长期合约不考虑整个合约期间的挖矿难度。挖矿难度可以在同一水平上开始和结束，但如果它在合约中间或者更高的时期，它就不能作为有效的对冲（除非合约具有可实时管理的流动性）。
3. 挖矿难度可能会受到严重的操纵。简单举一个例子，在合约结束前几天，矿工甚至可以通过故意关闭设备来对下一次挖矿难度调整的结果产生重大影响。

Coin Metrics 通过设计两个工具减少了这些问题的影响，这些工具一起可以形成一个有效的衍生市场算力产品的基础。

CMBI 比特币算力指数

目前还没有一个确定的方法来了解向比特币网络贡献算力的具体数值。但隐含的算力可以通过查看最近的一段时间里矿工生产区块所花费时间来计算。

比特币的平均出块时间是 10 分钟，每两周，比特币的难度就会调整一次，以保持 10 分钟的平均出块时间。由于比特币出块的求解公式是一个遵循泊松分布（Poisson）的随机过程，因此区块与区块之间的时间可以有很大的差异。

这可能导致在确定算力时出现波动。迄今为止，行业标准是使用 24 小时的回溯时间来查看算力。然而，对于结构性金融产品而言，Coin Metrics 认为这太不可预测、太不稳定了，出于这个原因，引入了 CMBI 比特币算力指数，并将回溯周期扩大至 48 小时。

回溯周期的不同产生的影响在 9 月份尤为明显，当时 24 小时内的 3 个区块耗时超过 50 分钟进行挖掘，导致行业标准的 24 小时算力下降了 30% 以上。但是，这可能只是一个随机结果，是一个低概率事件。虽然 48 小时回溯期也会受到影响，但最终小于 20% 的下降幅度也是相对较小的。上图也可以展示出，48 小时回溯所产生的波动比 24 小时少得多。

观察工作工具

如上所述，由于传统算力计算的可预测性、低随机性 （来自振荡 ) 和可交易性问题，仅释放算力指数是不够的。出于这个原因，Coin Metrics 创建了观察工作工具。

传统的链上工作计算是根据当前的难度为每个区块分配固定数量的算力值（即在难度调整之间，无论区块需要 1 秒还是 1 小时，链上工作都会分配相同的值 )。

为了更好地反映矿工所做的工作和在固定时间内进行的散列数，Coin Metrics 的观测工作计算如下 :

观察到的工作 =（48 小时隐含算力水平 ）（最近的一个区块所挖矿用时 ）
Observed work=（48 hour implied hash rate level）（Time taken to fine the most recent block）

通过引入隐含的算力级别和查找最近的区块挖矿所花费的时间，与链上工作相比，这种工作表示方式更能反映采矿活动的实际情况。

Coin Metrics 提出的观察工作期货合约

一个矿工可以清楚的知道他们的设备能产生多少算力，但却不知道其他矿工将来能产生多少算力。而基于隐含的算力，矿工可以了解他们当前的总算力的份额，从而了解他们的预期收益 / 区块奖励的份额。

Coin Metrics 为金融服务提供商开发了结构化金融产品的观察工作，以构建结构化的金融产品：

• 供市场参与者推算算力。
• 矿工通过能够对冲一段时间内观察到的算力来有效地管理算力风险。

比特币的难度水平为我们深入了解网络在每 2016 个区块的算力期望中提供了很好的视角。因此，利用观察工作工具的金融产品将允许用户有效地在固定时间范围内，将未知的算力移动与算力期望之间进行交易。

下面是一个理论例子，是一个观察工作 50 分钟的时间内（3000 秒），假设 :

1. 市场期望在 t=0 时算力为 100 exahashes / s
2. 按照比特币白皮书的定义，每个比特币区块预计需要 600 秒

合约开始时，一个合理的结算预期为 300,000 exahash （3000 秒✖100 exahash）。然而，如下所示，尽管隐含的算力收盘水平与开盘时相同，但合约将随着时间的推移进行调整，收盘价将高于预期的 308,050 exahashes。

分析这一过程 :

• 区块 1 花费了预期的 600 秒，因此没有改变隐含的算力，并且观察到的 60,000 exahashes 的工作量等于预期的工作量。
• 区块 2 花费 10 秒，这将增加隐含的算力，因为区块时间小于协议的 600 秒。在时间 0 时，10 秒内的预期工作是 1000 exahashes(10 秒* 100 exahashes / 秒)。然而，由于算力上升，观察到的工作增加到 1050。
• 类似地，区块 3 是一个快速区块，因此隐含的算力增加，观察到的工作比 0 时的预期值高。
• 区块 4 是第一个慢速块，耗时超过 600 秒，从而将隐含的算力降低到每秒 105 exahashes。但这仍然高于我们在时间 0 时预期的每秒 100 exahashes，这导致这个区块也有比预期更高的观察工作。
• 区块 5 是另一个慢速块，导致隐含的算力为每秒 100 exahashes，与算力开始时的速率相同。在这种情况下，这个区块的观察到的工作等于预期的工作，产生 119,000 exahashes。

这种情况在比特币协议中并不少见。最近非常清楚地证明了这一结果，那就是今年 1 月中旬（如下图所示）。可以看到，隐含的算力以大约相同的值开始和结束了 2016 个区块周期。尽管如此，由于算力在这段时间内的大部分时间都高于预期水平，因此难度增加了 5%。如果一个矿工在这个合约期间建立了长期的算力头寸，他们将不会达到从采矿作业开始的时期预测的回报，因为平均算力高于预期。此外，他们在长期算力期货合约上获利甚少，因为算力收于其开盘价附近。

但是，通过观察在此期间观察到的为期两周的工作期货合约表现，可以得出以下结论：

• 在整个期间，矿工所做的工作总量高于预期。
• 在这段时间内，固定算力的矿工所获得的收益将低于他们的预期。
• 如果矿工做多这份合约，他们就会从这段时间观察工作增加中获利。

这可以进一步在更长的合约长度上进行建模，以提供可能需要的长期风险敞口和对算力的对冲（例如，在订购和接收设备之间进行对冲）。以下是一个从 2020 年第一次难度调整开始的 3 个月观察工作合约的例子。可以直观地观察到，随着更多信息的披露和合约结算日期的临近，此类合约的预期将随时间发生变化。

结论

从上面的例子中，我们可以观察到，这种结构化的金融产品可以克服许多问题：

1. 可预测性——在合约期间执行的工作总是在增加，这使得它不太容易受到算力由于其振荡模式而面临的可预测性问题的影响。此外，虽然预期的工作已被很好地理解，但所观察到的工作高度依赖于区块时间的随机性以及算力的波动。从这个意义上说，期望和观察到的工作之间的差异比短期的算力移动更难预测。
2. 衡量合约期间的表现——算力合约可能在一段震荡时期的顶部或底部收盘，这给交易者带来了不必要的随机风险。此外，算力水平不能反映在合约期间的行为标准。观察到的工作反映了整个合约「工作」的历史，并且没有受到算力振荡模式的影响。
3. 可操作性——考虑到一些矿工拥有大量的算力，他们可以显著而迅速地影响算力和难度。观察到的工作可以通过遵循随机泊松分布的时间加权维度来提高哈希率乘积的抗操纵性。

采矿是比特币的核心功能和创新之一，它让我们所有人都能从一种去中心化、分布式、无主权的货币中受益。因此，算力是一个非常重要的链上度量指标，它为市场和网络参与者提供了网络强度和安全性的指示。

迄今为止，矿工的关键作用一直没有得到对冲，完全依赖于比特币的价格。然而，随着风险资本支持的业务和传统市场参与者的加入，矿业市场不断成熟，这些公司将寻求和传统资产类似的机制来对冲它们的风险敞口和业务。

总之，CMBI 比特币算力指数和观察工作希望成为金融产品的基础，最终为市场提供所需的工具，以有效和高效地交易或对冲比特币算力。

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