원작자: Zach Pandl
원문 번역: 루피, 포사이트 뉴스
비트코인은 경쟁적인 채굴 과정을 통해 글로벌 암호화폐 시스템이 되었습니다. 채굴 메커니즘은 블록체인의 정상적인 업데이트를 보장하고 전체 네트워크의 경제적 인센티브를 조정합니다. 오늘날 비트코인 채굴 네트워크는 규모가 매우 커서 초당 70조 개 이상의 해시를 생성합니다.
비트코인 채굴자는 새로 발행되는 비트코인과 네트워크 거래 수수료를 통해 수입을 얻습니다. 이들의 경비에는 장비, 전기, 기타 운영 비용이 포함됩니다. 많은 채굴자들이 대차대조표에 비트코인을 보유하고 있으며, 점점 더 많은 채굴자들이 인공지능(AI)과 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스로 사업을 확장하고 있습니다.
Grayscale Research에 따르면 비트코인 채굴은 전 세계 전기 사용량의 0.2%를 차지합니다. 비트코인 채굴은 다른 산업보다 청정 에너지로 소비하는 전기 비중이 더 높습니다. 비트코인 채굴은 특히 메탄 배출과 같은 분야에서 환경 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
비트코인은 2조 달러의 가치를 저장하는 분산형 컴퓨터 네트워크입니다. 이러한 현대의 기적은 채굴을 통해 가능해졌습니다. 네트워크 참여자는 블록체인에 다음 블록을 추가할 권리를 놓고 경쟁하고 보상을 받습니다. 오늘날 비트코인 채굴 작업은 놀라운 규모로 이루어지고 있으며, 실제 에너지를 디지털 보안으로 전환하고 있습니다. 비트코인 블록체인을 보호하는 데 사용되는 컴퓨팅 파워는 디지털 금고문처럼 작용합니다. 이는 자율적인 컴퓨터 네트워크가 글로벌 디지털 통화 시스템이 될 수 있는 메커니즘입니다. 비트코인 채굴 시설을 운영하는 데 필요한 전문성, 자본 지출 및 지속적인 운영 비용과 업계의 치열한 경쟁적 특성은 비트코인 네트워크의 분산화를 유지하는 데 도움이 되지만 공격에 드는 비용은 엄청나게 비쌉니다.
공개적으로 거래되는 비트코인 채굴 회사에 투자하면 블록 생산에서 수익을 얻을 수 있으며, 시간이 지남에 따라 네트워크 거래 수수료가 증가하면서 수익이 늘어날 것으로 기대할 수 있습니다. 실제로 대부분의 공개적으로 거래되는 비트코인 채굴 회사는 다각화된 사업 모델을 채택하고 있으며, 많은 회사가 채굴한 비트코인을 대차대조표에 보유하거나 심지어 공개 시장에서 비트코인을 구매합니다. 현재 비트코인 채굴 회사들도 사업을 다각화하기 위해 인공지능과 고성능 컴퓨팅을 위한 데이터 센터 운영에 참여하기 시작했습니다.
현대의 기적
비트코인 채굴은 기술적으로 복잡하지만 개념은 간단합니다. 특수 컴퓨터들이 무작위 숫자를 추측하기 위해 경쟁하고, 가장 먼저 올바른 숫자를 추측한 컴퓨터가 블록체인을 업데이트할 권한(즉, 블록 채굴)을 얻습니다. 승리한 채굴자는 새로 발행된 비트코인과 블록에 대한 거래 수수료(블록 보상)를 받습니다.
이 경쟁에는 더 빨리 올바른 숫자를 찾아낼 수 있는 알고리즘 등의 지름길은 없으며, 비트코인 채굴자들은 무차별 대입 공격으로만 경쟁할 수 있습니다. 이 과정은 확률 게임으로 볼 수 있습니다. 광부들은 원하는 숫자가 나올 때까지 다면체 주사위를 굴리는 것처럼 계속해서 추측하여 정답을 찾습니다. 따라서 승리 확률은 채굴자가 초당 할 수 있는 추측(롤) 수에 따라 달라집니다. 가장 많은 기계와 가장 효율적인 기계를 보유한 운영자가 가장 많은 추측을 하고 블록 보상을 획득할 확률이 가장 높습니다.
기술적인 관점에서 보면, 당첨 결과는 단순한 난수가 아니라, 이 난수의 해시 값과 다른 데이터를 결합한 것입니다. 컴퓨터 과학에서 해시 함수는 임의의 데이터를 해시 값이라는 문자열로 변환하는 수학적 연산입니다. 예를 들어, 비트코인 네트워크에서 해시 함수를 사용하면 Bitcoin이라는 단어의 해시 값은 b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4입니다.
따라서 비트코인 채굴자는 빠르게 해시를 생성해야 하는 임무를 맡는다. 즉, 난수를 추측하고, 해시를 계산(난수를 다른 데이터와 결합)한 다음, 해시가 올바른지 확인해야 한다.
현재 500만~600만 대의 비트코인 채굴 장비가 엄청난 규모의 해시레이트를 생성하는 것으로 추정됩니다(그림 1 참조). 지난 90일 동안 비트코인 채굴자들은 평균 765EH/s(초당 765엑사해시 작업)의 해시레이트를 생성했습니다. 즉, 비트코인 채굴자는 평균적으로 초당 700회 이상 무작위 숫자를 추측하고 해시값을 계산합니다. 이 숫자를 좀 더 이해하기 쉽게 설명하자면, 지구상에는 모래알이 약 75억 개, 곤충이 약 100억 마리 있다고 추정됩니다.
그림 1: 비트코인 채굴자들은 대규모로 해시레이트를 생성합니다.
이렇게 많은 수의 해시를 생성하는 건 비용이 많이 들지만, 그게 바로 요점입니다. 보상을 받기 위해 채굴 운영자는 특수 장비와 기타 하드웨어를 확보하고, 지속적인 전기 요금과 유지 관리 비용을 지불해야 합니다. 따라서 올바른 해시를 생성함으로써 채굴자는 경제적 자원을 투자했으며 블록체인을 업데이트할 수 있다는 것을 보여주는 일종의 작업 증명을 제공합니다.
비트코인을 공격한다는 것은 기존의 비트코인 채굴 산업을 무너뜨리는 것을 의미합니다. 이론상, 악의적인 행위자가 네트워크 해시율의 51%를 제어하고 대부분의 블록을 채굴할 수 있다면 네트워크를 방해할 수 있습니다(예: 비트코인 이중 지출 또는 특정 거래 검열). 한 논문에 따르면, 연구자들은 2024년 2월을 기준으로 비트코인 네트워크에 대한 1시간 51% 공격에 드는 비용은 50억~200억 달러에 이를 것으로 추정했습니다. 실제로 어떤 행위자도 이러한 자원에 투자할 경제적 인센티브가 없으며, 비트코인 네트워크에는 채굴 외에도 다른 방어 메커니즘이 있습니다.
비트코인 채굴의 비즈니스 모델
비트코인 채굴자는 새로 채굴한 블록에 대한 보상과 동일한 수입을 얻는 반면, 운영 비용은 기계를 작동하고 해시레이트를 생성하는 데 소비되는 전기료에서 발생합니다(유지 관리 및 채굴 풀 수수료와 같은 다른 운영 비용도 포함될 수 있음). 따라서 비트코인 채굴자의 목표는 가능한 가장 낮은 비용으로 초당 가장 많은 해시를 생성하는 것입니다.
2024년에 채굴자들은 총 약 23만 개의 비트코인을 받았는데, 당시 가치로 약 150억 달러에 해당합니다. 2014년과 비교해보면 약 19배 증가했으며, 연평균 성장률은 34%에 달했습니다(그림 2 참조). 4년마다 새로운 비트코인이 발행되는 속도가 감소하는데, 이를 비트코인 반감기라고 합니다. 비트코인 발행량이 감소했음에도 불구하고 미국 달러 기준으로 비트코인 가격이 상승하면서 채굴 수익은 시간이 지남에 따라 증가했습니다. 미래에는 비트코인 가격 상승과 네트워크 거래 수수료 증가로 인해 채굴 수익이 증가할 수 있습니다.
그림 2: 시간 경과에 따른 비트코인 채굴 수익 증가
광부들은 운영 비용을 지출하는데, 주로 기계를 가동하는 데 소비하는 전기 비용으로 구성됩니다. 각 사업자는 자체 전력 구매 계약을 협상하며, 이는 전 세계적으로 매우 다양합니다. 설명을 위해, 단일 전기 비용만 가정하고 다른 비용은 무시하여 비트코인 채굴자의 전반적인 경제에 대한 단순화된 그림을 그릴 수 있습니다. 예를 들어, 그림 3은 비트코인 채굴자의 수익을 킬로와트시당 전기 가격을 0.05달러로 가정했을 때 총 전기 비용 추정치와 비교합니다. 수익과 전기 비용의 차이는 광부의 운영 이익 마진을 간단히 측정한 것으로 볼 수 있습니다. 채굴자들은 블록 보상의 달러 가치가 증가하면 이익을 얻고, 해시레이트 생성의 달러 비용이 증가하면 손해를 봅니다.
그림 3: 채굴자 운영 마진은 블록 보상과 전기 비용 간의 격차를 반영합니다.
전 세계 광부들이 직면한 전기 비용은 다양하므로, 더 직관적인 지표는 소비한 전기량에 대해 받는 달러 가치, 예를 들어 메가와트시(MWh)당 광부 수익일 수 있습니다. 채굴 산업 참여자들은 종종 해시 가격이라는 밀접한 관련이 있는 개념을 언급하는데, 이는 일일 채굴자 수익을 네트워크 해시율로 나눈 비율로 계산됩니다. 개념은 매우 유사하지만, 채굴자들의 효율성이 높아질수록 해시 가격은 하락하는 경향이 있습니다. 따라서 전기 소비량에 대한 광부 수입은 시간이 지남에 따라 광부 경제 상황의 변화를 더 정확하게 반영할 수 있습니다. 그림 4는 하루 MWh당 비트코인 채굴 수익을 보여줍니다. 이 추정치는 2024년 반감기를 전후로 상당한 변동이 있었음에도 불구하고 지난 2년 동안 거의 안정적으로 유지되었습니다.
그림 4: MWh당 광부 수입은 지난 2년 동안 거의 안정적으로 유지되었습니다.
비트코인 채굴 회사에 투자하기
공개적으로 거래되는 채굴 회사의 주식에 투자하면 증권 시장을 통해 비트코인 경제에 진입할 수 있습니다. 비트코인 채굴자의 사업 모델은 점점 더 다양해지고 있지만, 모두 해시 값 생성, 블록 채굴, 블록 보상 획득이라는 핵심 사업을 포함합니다. 전기 비용, 전기 외 운영 비용 및 기타 요소의 차이로 인해 블록 보상을 얻는 데 드는 실제 비용은 채굴 회사마다 다릅니다. 2024년 3분기에 상장된 대형 채굴 회사의 비트코인 생산 평균 비용은 34,000달러에서 59,000달러 사이였습니다(그림 5 참조). 이 분기 동안 비트코인의 평균 가격은 61,000달러였습니다.
그림 5: 생산 비용은 광산 회사마다 다릅니다.
비트코인 채굴 회사들이 대차대조표에 비트코인을 보유하는 방식에도 차이가 있습니다. 일부 채굴자는 블록 보상을 즉시 청산하고, 일부는 보상을 보관하고, 일부는 공개 시장에서 더 많은 비트코인을 매수하기까지 합니다. 자연스럽게도, 비트코인 가격이 변동할 때 대차대조표 정책의 차이는 상장된 채굴 회사의 재무 실적에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다(그림 6 참조). 즉, 개별 채굴자의 위험 프로필에는 많은 요소가 영향을 미치며, 대차대조표에 비교적 많은 양의 비트코인을 보유한 채굴자가 블록 보상을 청산하는 채굴자보다 반드시 더 위험한 것은 아닙니다.
그림 6: 일부 채굴 회사는 대차대조표에 비트코인을 보유하고 있습니다.
최근 비트코인 채굴 회사들은 인공지능, 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스 분야로 사업을 확장하기 시작했으며, 이로 인해 데이터 센터 인프라에 대한 수요가 급증했습니다. 예를 들어, 골드만삭스 조사에 따르면 데이터센터의 전기 수요(암호화폐 관련 구성 요소 제외)는 2023년부터 2030년 사이에 160% 증가할 수 있다고 추정됩니다. 비트코인 채굴자는 저렴한 전기와 관련 인프라에 대한 접근성을 갖추고 있어 AI/HPC 시장에 공급하는 데 있어 경쟁 우위를 가질 수 있습니다. 2024년 초, 시가총액 기준 상장 광산 회사 3위인 Core Scientific은 인공지능 인프라 서비스 전문 공급업체인 CoreWeave와 장기 계약을 체결했다고 발표했습니다. 2024년 6월 Core Scientific-CoreWeave 거래가 발표된 이후, 다른 여러 상장 광산 회사도 AI/HPC 분야로 사업을 확장하기 위한 조치를 취했습니다.
비트코인 채굴 및 지속 가능성
비트코인 채굴은 분산형 디지털 보안을 구축하기 위해 실제 경제 자원인 전기를 소비합니다. 비트코인이 디지털 통화 시스템으로 성공하면서 채굴에 많은 전기가 소모되었습니다. 비트코인은 이미 상당 비율의 청정 에너지 자원을 사용하고 있다는 점에서 독특한 에너지 소비자입니다. Grayscale Research는 채굴이 시간이 지남에 따라 녹색 에너지 전환에 긍정적인 기여를 할 수 있다고 믿습니다.
Coin Metrics의 데이터에 따르면, 비트코인 네트워크는 지난 12개월 동안 약 175테라와트시(TWh)의 전기를 소비한 것으로 추정됩니다. 이는 케임브리지 대안 금융 센터의 추정치와 비슷합니다(그림 7 참조). 2023년(사용 가능한 최신 연도)의 데이터에 따르면, 비트코인의 에너지 소비량은 전 세계 총 전기 소비량의 0.2%를 차지합니다(전송 중의 전력 손실을 고려). 케임브리지 대안 금융 센터에 따르면, 데이터 센터는 연간 약 200테라와트시의 전기를 소비하고 있으며, AI 모델을 활용함으로써 데이터 센터의 에너지 소비가 증가할 것으로 예상됩니다.
그림 7: 비트코인 채굴은 디지털 보안을 생성하기 위해 전기를 소모합니다.
비트코인은 일반적인 가정이나 상업 사용자와 비교해 독특한 에너지 소비자입니다. 비트코인 채굴은 모듈식이고, 모바일이며, 지리적 위치에 구애받지 않고, 중단이 가능하며, 전기 가격의 변화에 매우 민감합니다. 결과적으로 광부들은 종종 비용이 저렴한 청정 에너지 자원이 있는 지역에서 작업할 수 있습니다. 비트코인 채굴 산업에서 사용하는 전기의 약 50%~60%가 지속 가능한 에너지원(원자력 포함)에서 나오는 것으로 추정됩니다. 미국과 전 세계적으로 재생 에너지는 전력 생산의 약 40%를 차지합니다. 2023년 데이터를 사용하고 비트코인의 전기 소비에 50%-60%의 지속 가능한 에너지를 사용한다고 가정하면, 비트코인 채굴이 전 세계 전기 관련 CO2 배출량의 0.2%-0.3%를 차지한다고 추정합니다.
Grayscale Research는 비트코인 채굴이 향후 몇 년 안에 재생 에너지 생산 도입을 가속화하는 데 도움이 될 것이라고 믿고 있습니다. 비트코인 채굴은 고유한 속성으로 인해 재생 에너지 인프라 개발에 대한 투자를 장려하며, 특히 주요 인구 중심지에 송전선이 연결되지 않은 지역의 투자에 큰 도움이 됩니다. 비트코인 채굴은 텍사스 전기신뢰성위원회 시스템처럼 소비 패턴과 날씨로 인해 변동하는 전력망 수요를 안정화하는 데 도움이 될 수도 있습니다. 또한, Sustainable Bitcoin Protocol과 같은 스타트업은 청정 에너지 사용에 대한 인센티브를 제공하고 메탄 배출 감소에 대한 보상을 제공하는 시장 메커니즘을 만들어냈습니다. 특히 비트코인 채굴자들이 환경 목표 달성에 기여할 수 있는 중요한 방법으로는 메탄 배출 문제를 해결하는 것이 있습니다. 그리고 크루소 에너지 같은 회사들은 잉여 천연가스를 배출하는 대신 이를 전기로 변환해 비트코인 채굴자들에게 공급하는 방법을 개발했습니다.
앞으로 몇 년 동안 기술 응용 프로그램의 성장으로 인해 디지털 자산, 인공 지능 및 기타 산업 모두에서 전기에 대한 수요가 엄청나게 늘어날 것입니다. 그레이스케일은 비트코인이 글로벌 전력 인프라의 건강한 운영에 기여하고, 다른 여러 산업에 비해 재생 에너지로의 전환을 가속화할 수 있는 독보적인 위치에 있다고 믿습니다.
