深度丨比特币挖矿对冲新指标:CMBI比特币算力指数与“观测工作量”

作者 | Ben Celermajer & Coin Metrics Team

重点:

  • 迄今为止,比特币矿工作为比特币生态中的关键角色一直没有对冲工具,其完全依赖于比特币的价格。然而,随着挖矿市场的不断成熟,传统市场参与者不断加入,这些公司将像对待其他传统资产一样,寻求相应机制来对冲他们的风险敞口和运营业务。
  • 当前的算力估计方式涉及到一个计算过程,其中包括一个设定的回溯期(如48小时),这使得设计出可以帮助矿工对冲风险的金融产品变得非常困难。
  • Coin Metrics设计了CMBI比特币指数和 "观测工作量",与传统的算力估算相比,CMBI比特币指数和 "观测工作量(Observed Work) "是一种更具有反应性、灵敏性、抗操纵性的方式。它可以来衡量挖矿活动的真实性。
  • 观测工作量和Coin Metrics的CMBI比特币指数可以作为金融产品的基础,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的算力。
 

介绍

 

比特币即将减半,关于它将对算力产生的影响,一直以来都有很多猜测。对于大多数的加密货币社区来说,这是一个有趣的投机行为,赌注相对较低。然而,对于挖矿社区来说,结果不仅会决定盈利能力,还会决定存活的概率。

这主要是由于缺乏一个强大的、市场上公认的对冲比特币挖矿操作不确定性的方法。在本周的SOTN专题中,我们提出了两个新的工具,将使金融衍生品市场能够有效地提供对冲和推测比特币算力的机制。

1.CMBI比特币算力指数

2.观测工作量(Observed Work)

但首先,我们快速回顾一下比特币的算力对加密资产生态系统的重要性。

 

比特币算力的重要性

 

挖矿活动是比特币的核心功能之一,也是中本聪的重要创新理念之一。简单来说,如果没有挖矿,无论是比特币还是一般的加密货币都不可能有今天的存在。挖矿有助于:

  • 确保网络的安全,防止腐败,并抑制不良行为者篡改公共分类账。
  • 铸造新的比特币进入流通领域。
  • 创建和广播所有在链上发生的交易。
  • 验证并将新的交易信息添加到链中,允许用户无需信任的方式进行交易。
矿工们通常可以了解到他们的成本,这些成本是硬件/设施和运行采矿设备的电力的函数,给定网络上固定的算力,矿工可以确定自己的成本在特定的比特币价格条件下获利。然而,比特币网络上执行的哈希总数(计算能力)并不是恒定的或可预测的。相反,算力会随着时间的推移而大幅波动,而且并不总是与比特币的价格一致。

深度丨比特币挖矿对冲新指标:CMBI比特币算力指数与“观测工作量”

因此,矿工通过更广泛的价格和算力情景来对冲其算力波动风险并维持盈利的能力是至关重要的。

例如,考虑一家大型机构的采矿企业正在决定是否进入市场。他们有预算来购买设备,他们的设备有足够的挖矿能力,可以获得1%的挖矿算力。有了这个数据,他们可以预计平均每天可以获得18BTC的收益。在每个比特币8000美元的价格下,如果运营成本超过14.4万美元/天(按今天的奖励水平),矿工将不会获利,因此不应该进入市场。但是,如果他们的运营成本是每天10万美元,那么他们的利润空间就会很不错,应该考虑入市。

3个月后,设备到达工厂,比特币已经涨到了1万美元/个币,但比特币的算力却翻了一番。现在,他们将只有0.5%的算力,代表着平均每天9个BTC的奖励。按每BTC1万美元计算,他们每天将有9万美元的净收入,假设每天的运营成本为10万美元,则每天净亏损1万美元。这对于他们的业务的长久发展来说,并不是一个好兆头。

但是,如果他们能够通过交易算力衍生产品来对冲采矿业务的风险敞口,就可以最大限度地降低哈希汇率的宏观变动风险。

(注:本例利用了说明性的数字,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

 

在像采矿这样的分布式过程中,要从矿工中获得可靠的算力数字几乎是不可能的。因此,目前推导出算力的最佳做法是,从区块在给定难度下的生产率中生成一个隐含值。这种方法可能就像石油期货交易员用加油站的可观察到的价格来计算全球石油开采量一样。从本质上说,这是从历史数据中推导出现在的价格(或算力)。

对于算力来说,这在创建金融产品时引入了很多不良的问题。Coin Metrics发现,算力指数有三个关键问题必须克服:

1. 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水平的数据大部分都是已知的。例如,如果使用48hr的回看窗口来计算算力,那么在48hr的数据点中,你已经有47hr的数据点将在一个小时内会被用来计算算力。因此,这个短期内的未来算力是相对可预测的。

2. 鉴于随机区块生成过程,隐含的算力倾向于遵循一种振荡模式(如下图所示)。

这给合约带来了两类结算风险。首先,合约是否会在震荡的顶部或底部进行结算是随机的,这可能会对交易结果产生重大影响。其次,这种速率的可操纵性很强,一些大的矿商控制了相当一部分的算力。

3. 算力上的固定合约长度并没有考虑到合约开盘和收盘之间发生的事情。

想象一下,一个为期3个月的合约开盘和收盘都在同一水平。如果一个矿工想通过做多这个合约来对冲他们的头寸,他们在结算时将赚取0美元。但是,如果这段时间内的算力平均比开仓/平仓率高20%,他们也将实现比预期更低的收益。这是被较少考虑的,因为从理论上讲,人们可以在整个合约中进行交易来克服这个问题,但也可以通过一些创新的设计来克服。

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开发金融衍生产品以投机和对冲算力的另一种方法是利用挖矿难度。虽然挖矿难度在算力衍生指数之上提供了一些好处,但它也有一些需要克服的问题。

1. 难度每隔2,016块(≈2周)才会调整一次。这意味着,在合同的早期阶段,定价非常困难,因为估计未来的难度基本上是不可能的,而且会出现很大的波动。

2. 长期难度合约不考虑整个合约期间的难度水平。难度可以在合约开盘和收盘时保持同一水平,但如果在整个合约的中间阶段难度较高,则不能起到有效的对冲作用(除非该合约有流动性,可以实时管理)。

3. 挖矿难度很容易被过度操纵。例如,在合约关闭前几天,矿工们可以通过故意关掉设备来大大影响下一次难度调整的结果。

通过设计以下工具,Coin Metrics减少了许多此类问题的影响,这些工具可以共同构成有效的衍生产品市场算力产品的基础。

1:CMBI比特币算力指数

目前还没有确切的方法来了解比特币网络中贡献了多少算力。相反,隐含的算力可以通过查看矿工们最近生产区块所需的历史时间。

比特币的平均区块时间为10分钟。每两周,比特币的难度会进行调整以维持10分钟的平均区块时间。由于求解比特币区块是一个随机过程,遵循泊松分布,所以区块之间的时间会有很大的差异。

这可能导致网络上的算力出现波动。迄今为止,行业标准一直是使用24小时回溯来查看算力。然而,对于一个结构化的金融产品,Coin Metrics认为这太难预测且不稳定。因此,我们已经引入并将利用CMBI比特币算力指数的48小时回溯。

尤其是在9月份的24小时内有3个区块用了50多分钟挖矿,导致行业标准隐含24小时算力下降超过30%。然而,这很可能只是一个随机的低概率事件。虽然48小时的回溯期也受到了影响,但其下跌幅度小于20%。

更一般而言,在上图中,您可以观察到48小时回溯所产生的波动比其24小时回溯少得多。

2:观测工作量(Observed Work)

如上所述,考虑到传统算力计算的短期可预测性,随机性(来自振荡)和可交易性问题,仅发布算力指数是不够的。因此,我们创建了“ 观测工作量”。

传统的链上工作计算是根据当前的难度,为每个区块分配一个固定的哈希值(即在难度调整之间,无论一个区块间隔是1秒还是1小时,链上工作计算都会分配相同的值)。

为了更好地反映矿工所做的工作量和在固定时间段内进行的Hash计算量,Coin Metrics的观测工作量的方法如下。

观测工作量=(48小时隐含算力)×(生成最新的区块所花费的时间)

通过引入隐含的算力水平和找到最新的区块所花费的时间,与链上工作计算相比,这种工作量的表示方式更符合挖矿活动的实际情况。

 

Coin Metrics提议的观测工作量期货合约

 

从上面回忆一下,矿工知道他们的设备可以产生的算力数,但不知道其他矿工可以和未来会产生多少哈希数。根据隐含的算力,矿工了解他们目前在总算力中的份额,从而了解他们的预期收入/区块奖励份额。

观测工作量是为金融服务机构打造结构化金融产品而开发的。

  • 供市场参与者对算力进行推算。
  • 对于矿工来说,通过对冲一段时间内观察到的算力来有效地管理其算力风险。
比特币的难度级别可让您深入了解网络在每个2,016个区块时代的算力预期。因此,一个利用 "观测工作量 "的金融产品可以让用户有效地将对算力数的期望与固定时间段内算力变动的未知性进行交易。

以下是观察工作量50分钟合同(3,000秒)的理论示例,假设:

1.在t = 0时刻,市场期望算力是每秒100 exahash

2. 比特币白皮书中定义的每个比特币区块预计将花费600秒

在合约开盘时,合理的预期结算价为300,000 exahashes(3,000秒✖100 exahashes/秒)。然而,如下文所示,尽管隐含的算力在开盘时的收盘价与开盘价持平,但随着时间的推移,该合约将进行调整,收盘价将高于预期,为308,050 exahashes。

分析整个过程:

  • 区块1需要600秒才能被发现,因此隐含的算力没有变化,观察到的60000 exahashes的工作量等于预期的工作量。
  • 区块2在10秒内找到,由于区块时间小于协议定义的600秒,这将增加隐含算力。在t=0时,10秒内的预期工作量是1,000个exahashes(10秒*100个exahashes/秒)。然而,由于算力上升,观测工作量增加到1,050。
  • 同样的,区块3是一个快速区块,因此隐含的算力上升,观测工作量也比时间0时的预期要高。
  • 区块4是第一个慢块,耗时超过600秒,因此隐含的算力降低到每秒105次的exahashes。这仍然高于我们在时间0时预期的每秒100个exahashes,这导致这个区块的观测工作量也比预期的高。
  • 区块5是另一个慢块,导致隐含的算力为每秒100个exahashes,与算力开始时的速度相同。考虑到这一点,这个区块的观测工作量等于预期的工作量,产生了119,000个exahashes。
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这种情况在比特币协议中并不少见。最近的一个非常清楚地证明了这个结果的时期是今年一月中旬(如下图)。可以观察到,隐含的算力在2,016区块周期内开盘和收盘的值大致相同。尽管如此,由于算力在大部分时间里都高于预期水平,难度还是增加了5%。如果矿工在本合约期内持有较长的算力头寸,他们将无法从挖矿中获得期初预期的回报,因为平均算力高于预期。此外,他们将在多头算力期货合约上获利甚少,因为算力在开盘时的水平附近收盘。

深度丨比特币挖矿对冲新指标:CMBI比特币算力指数与“观测工作量”

但是,探索在此期间为期两周的工作期货合约将如何执行,从下面的情况可以看出:

  • 矿工在整个期间内的工作总量高于预期。
  • 如果矿工以每秒固定的哈希值为基准,那么整个期间内的收益率将低于他们的预期。
  • 如果矿工看涨这一合约,他们将从整个期间的观测工作量增加中获利。
深度丨比特币挖矿对冲新指标:CMBI比特币算力指数与“观测工作量”

这可以在较长的合约长度上进一步建模,以提供长期风险敞口和可能需要的算力对冲(例如,在订购和接收设备之间的对冲)。下面是2020年第一次难度调整后的3个月观测工作合约的例子。可以直观地观察到,随着更多信息的出现和合同结算日期的临近,这样的合同的期望将如何随着时间的推移而变化。

深度丨比特币挖矿对冲新指标:CMBI比特币算力指数与“观测工作量”

 

结论

 

从上面的例子中,我们可以看到,这样的结构化金融产品将克服前面讨论过的许多阻碍算力产品成功的问题。

1. 可预测性 

在合约期间进行的工作量总是在增加,这使得它不容易受到算力因其波动模式而面临的可预测性问题的影响。此外,虽然预期的工作量是很好理解的,但观测工作量是高度依赖于区块时间的随机性加上算力的波动。在这种情况下,预期工作量和观测工作量之间的差异比短期的算力波动更难预测。

2. 衡量合约在持续时间内的表现

算力合约可能在震荡的顶部或底部收盘,这给交易者引入了不需要的随机风险。此外,算力水平并不能反映出该指标在合约持续时间内的行为。观测工作量反映了整个合约期间内的 "工作 "历史,并不像算力的震荡模式那样受到影响。

3. 可操纵性

鉴于一些矿工拥有大量的算力,他们可能会对算力和难度产生显著而迅速的影响。观测工作量可以通过添加遵循随机泊松分布的时间加权维度来提高算力产品的抗操纵性。

挖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标。

迄今为止,矿工的关键作用一直没有被对冲,完全依赖于比特币的价格。然而,随着矿机市场的不断成熟,风投支持的业务和传统市场参与者的加入,这些公司将像对待其他传统资产一样,寻求机制来对冲他们的风险敞口和业务。

CMBI比特币算力指数和观测工作量希望共同成为金融产品的基础,这些金融产品最终可以为市场提供有效地、高效地交易或对冲比特币算力所需的工具。

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