Grayscale：비트코인 채굴 비즈니스 모델 및 지속 가능성 해체

원제목：《The Power of Bitcoin Mining》

저자：Zach Pandl

편집：Luffy，Foresight News

• 비트코인이 전 세계 암호화폐 시스템이 될 수 있었던 것은 채굴이라는 경쟁적 과정 덕분이다. 채굴 메커니즘은 블록체인이 정상적으로 업데이트되도록 보장하고, 전체 네트워크의 경제적 인센티브를 조정한다. 현재 비트코인 채굴 네트워크는 규모가 방대하며, 매초 생성되는 「해시 값」은 700경(주: 1경=1천조, 10^18)회를 초과한다.

• 비트코인 채굴자의 수익은 새로 발행된 비트코인과 네트워크 거래 수수료에서 나온다. 그들의 지출은 장비, 전력 및 기타 운영 비용을 포함한다. 많은 채굴자들은 자산 부채표에 비트코인을 보유하고 있으며, 점점 더 많은 채굴자들이 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스 분야로 사업을 확장하고 있다.

• Grayscale Research는 비트코인 채굴이 전 세계 전력 소비의 0.2%를 차지한다고 추정하고 있다; 다른 산업과 비교할 때, 비트코인 채굴에서 소비되는 전력의 청정 에너지 비율이 더 높다. 비트코인 채굴은 환경 목표를 달성하는 데 도움을 줄 수 있으며, 특히 메탄 배출과 같은 분야에서 그럴 수 있다.

비트코인은 2조 달러의 가치를 저장하는 탈중앙화된 컴퓨터 네트워크이다. 이 현대의 기적은 채굴에 전적으로 의존하고 있다: 네트워크 참여자들은 다음 블록을 블록체인에 추가하고 보상을 받을 권리를 두고 경쟁한다. 현재 비트코인 채굴의 운영 규모는 놀라울 정도이며, 이들은 실제 에너지를 디지털 보안으로 전환하고 있다. 비트코인 블록체인을 보호하는 계산 능력은 마치 디지털 「금고 문」과 같으며, 이 메커니즘 덕분에 자율적인 컴퓨터 네트워크가 글로벌 디지털 화폐 시스템이 될 수 있다. 비트코인 채굴 시설 운영에 필요한 전문 기술, 자본 지출 및 지속적인 운영 비용, 그리고 이 산업의 높은 경쟁성은 비트코인 네트워크의 탈중앙화를 유지하는 데 기여하며, 공격 비용을 매우 높게 만들어 공격을 어렵게 한다.

상장된 비트코인 채굴 기업에 투자하면 블록 생산에서 수익을 얻을 수 있으며, 시간이 지남에 따라 증가하는 네트워크 거래 수수료에서 수익 증가를 기대할 수 있다. 실제로 대부분의 상장된 비트코인 채굴 기업들은 다양한 비즈니스 모델을 채택하고 있으며, 많은 기업들이 자산 부채표에 채굴한 비트코인을 보유하거나 공개 시장에서 비트코인을 구매하기도 한다. 현재 비트코인 채굴 기업들은 인공지능 및 고성능 컴퓨팅 데이터 센터 운영에도 진출하여 사업 다각화를 이루고 있다.

현대의 기적

비트코인 채굴은 기술적으로 매우 복잡하지만, 그 개념은 간단하다. 전용 컴퓨터들이 서로 경쟁하여 무작위 수를 추측하고, 가장 먼저 올바른 숫자를 맞춘 컴퓨터가 블록체인을 업데이트할 권리를 얻는다(즉, 「블록을 채굴」한다). 승리한 채굴자는 해당 블록에서 새로 발행된 비트코인과 거래 수수료(즉, 「블록 보상」)를 받는다.

이 경쟁에서 지름길은 없다. 즉, 더 빠르게 올바른 숫자를 찾는 알고리즘은 존재하지 않으며, 비트코인 채굴자는 오직 힘으로 경쟁할 수 있다. 이 과정은 확률 게임으로 볼 수 있다. 채굴자는 올바른 답을 찾을 때까지 계속 추측하며, 이는 마치 원하는 숫자가 나올 때까지 다면체 주사위를 던지는 것과 같다. 따라서 승리 확률은 채굴자가 매초 할 수 있는 추측 횟수(「주사위 던지기 횟수」)에 달려 있다. 가장 많은 기계와 가장 효율적인 기계를 보유한 운영자가 추측 횟수도 가장 많아 블록 보상을 받을 기회도 가장 크다.

기술적 관점에서 승리의 결과는 단순한 무작위 수가 아니라, 이 숫자가 다른 데이터와 결합된 후의 「해시 값」이다. 컴퓨터 과학에서 해시 함수는 임의의 데이터를 문자열로 변환하는 수학적 연산이다. 예를 들어, 비트코인 네트워크의 해시 함수를 사용하면 「Bitcoin」이라는 단어의 해시 값은 다음과 같다: b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4.

따라서 비트코인 채굴자의 임무는 해시 값을 빠르게 생성하는 것이다: 무작위 수를 추측하고, 그 해시 값을 계산(무작위 수와 다른 데이터를 결합)한 다음, 올바른지 확인하는 것이다.

현재 약 500만에서 600만 대의 비트코인 채굴기가 놀라운 규모로 해시 값을 생성하고 있는 것으로 추정된다(그림 1 참조). 지난 90일 동안 비트코인 채굴자들이 공동으로 생성한 해시 값의 평균 속도는 765 EH/s(초당 765경 해시 연산)이다. 즉, 비트코인 채굴자는 평균적으로 매초 700경 회 이상의 무작위 수를 추측하고 해시 값을 계산하고 있다. 이 숫자를 더 직관적으로 이해하기 위해, 지구에는 약 7.5경 개의 모래알과 10경 마리의 곤충이 있다고 추정된다.

그림 1：비트코인 채굴자가 방대한 규모로 해시 값을 생성하고 있다

이렇게 많은 해시 값을 생성하는 것은 비용이 많이 들지만, 이것이 핵심이다. 보상을 경쟁하기 위해 채굴 운영자는 전용 기계와 기타 하드웨어를 구입하고 지속적인 전력 및 유지 관리 비용을 지불해야 한다. 따라서 올바른 해시 값을 생성함으로써 채굴자는 경제적 자원을 투입했음을 나타내는 「작업 증명」을 제공하며, 블록체인을 업데이트하는 데 신뢰할 수 있다.

비트코인을 공격한다는 것은 기존 비트코인 채굴 산업을 무너뜨리는 것을 의미한다. 이론적으로, 악의적인 행위자가 네트워크의 51% 해시율을 통제하여 대다수의 블록을 채굴할 수 있다면, 네트워크를 방해할 수 있다(예: 비트코인을 이중 지불하거나 특정 거래를 검열하는 것). 한 논문에서 연구자들은 2024년 2월까지 비트코인 네트워크에 대해 1시간 동안 지속되는 51% 공격의 비용이 50억에서 200억 달러 사이일 것으로 추정했다. 실제로 어떤 행위자도 이러한 자원을 투입할 경제적 동기가 없으며, 비트코인 네트워크는 채굴 외에도 다른 방어 메커니즘을 가지고 있다.

비트코인 채굴의 비즈니스 모델

비트코인 채굴자의 수익은 채굴을 통해 새로 얻은 블록 보상과 같으며, 그들의 운영 지출은 기계 운영 및 해시 값 생성을 위해 소비되는 전력(유지 관리, 채굴 풀 비용 등 기타 운영 비용 포함)에서 나온다. 따라서 비트코인 채굴자의 목표는 가능한 한 낮은 비용으로 매초 최대한 많은 해시 값을 생성하는 것이다.

2024년, 채굴자들은 총 약 23만 개의 비트코인을 얻었으며, 당시 가격으로 계산하면 거의 150억 달러에 달한다. 이는 2014년에 비해 약 19배 증가한 수치로, 연평균 성장률은 34%이다(그림 2 참조). 매 4년마다 새로 발행되는 비트코인의 속도는 「비트코인 반감기」라는 사건에서 감소한다. 비트코인 수량으로 계산할 때 발행량이 감소했지만, 비트코인의 달러 가격이 상승함에 따라 채굴 수익은 시간이 지남에 따라 여전히 증가하고 있다. 앞으로 채굴 수익의 증가는 비트코인 가격 상승과 네트워크 거래 수수료 증가에서 올 수 있다.

그림 2：비트코인 채굴 수익이 시간에 따라 증가하고 있다

채굴자들이 부담하는 운영 비용의 주요 형태는 기계 운영에 소비되는 전력이다. 각 운영자는 자신의 전력 구매 계약을 협상하며, 이러한 계약은 전 세계적으로 매우 다르다. 설명을 쉽게 하기 위해, 전기 요금을 가정하고 다른 비용을 무시하여 비트코인 채굴자의 전체 경제 상황을 단순화된 형태로 구축할 수 있다. 예를 들어, 그림 3은 비트코인 채굴자의 수익과 가정된 전기 요금이 킬로와트시당 0.05달러일 때의 총 전력 비용 추정치를 비교하고 있다. 수익과 전력 비용 간의 차이는 채굴자의 운영 이익률을 단순화한 측정 지표로 볼 수 있다. 블록 보상의 달러 가치가 증가할 때 채굴자는 이익을 얻고, 해시 값을 생성하는 데 드는 달러 비용이 상승할 때 채굴자는 손해를 본다.

그림 3：채굴자 운영 이익률은 블록 보상과 전력 비용 간의 차이를 반영한다

전 세계 채굴자들이 직면한 전력 비용이 다르기 때문에, 더 직관적인 측정 지표는 일정 전력을 소비할 때 얻는 달러 가치를 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 메가와트시(MWh)당 채굴자 수익을 들 수 있다. 채굴 산업 참여자들은 종종 밀접하게 관련된 「해시 가격」 개념을 언급하는데, 이는 매일 채굴자 수익과 네트워크 해시율의 비율로 계산된다. 개념은 매우 유사하지만, 채굴자의 효율성이 향상됨에 따라 해시 가격은 종종 하락하는 경향이 있다. 따라서 전력 소비에 대한 채굴자 수익은 시간이 지남에 따라 채굴자의 경제적 상황 변화를 더 정확하게 반영할 수 있다. 그림 4는 매일 메가와트시당 비트코인 채굴자 수익을 보여준다. 지난 2년 동안, 2024년 반감기 전후에 변동성이 컸지만, 이 추정치는 대체로 안정적으로 유지되었다.

그림 4：지난 2년 동안, 메가와트시당 채굴자 수익이 대체로 안정적이다

비트코인 채굴 기업에 투자하기

상장된 채굴 기업의 주식에 투자하면 증권 시장을 통해 비트코인 경제에 진입할 수 있다. 비트코인 채굴 기업의 비즈니스 모델은 점점 더 다양해지고 있지만, 모두 해시 값을 생성하고 블록을 채굴하며 블록 보상을 얻는 핵심 비즈니스를 포함한다. 전력 비용, 비전력 운영 비용 및 기타 요인의 차이로 인해 각 채굴 기업이 블록 보상을 얻는 실제 비용은 다르다. 2024년 3분기, 가장 큰 몇 개의 상장 채굴 기업의 비트코인 생산 평균 비용은 3.4만 달러에서 5.9만 달러 사이였다(그림 5 참조). 해당 분기 비트코인의 평균 가격은 6.1만 달러였다.

그림 5：다양한 채굴 기업의 생산 비용이 다르다

비트코인 채굴 기업이 자산 부채표에 비트코인을 보유하는 방식도 다르다. 일부 채굴 기업은 블록 보상을 즉시 청산하고, 일부는 블록 보상을 보유하며, 또 일부는 공개 시장에서 더 많은 비트코인을 구매하기도 한다. 자연스럽게 비트코인 가격이 변동할 때 자산 부채표 정책의 차이는 상장 채굴 기업의 재무 성과에 중대한 영향을 미칠 수 있다(그림 6 참조). 그럼에도 불구하고 많은 요소가 개별 채굴 기업의 위험 상태에 영향을 미치며, 자산 부채표에 비트코인 보유량이 상대적으로 높은 채굴 기업이 반드시 블록 보상을 청산하는 채굴 기업보다 위험이 더 높다고 할 수는 없다.

그림 6：일부 채굴 기업이 자산 부채표에 비트코인을 보유하고 있다

최근 비트코인 채굴 기업들은 인공지능 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스와 같은 분야에 진출하기 시작했으며, 이러한 분야는 데이터 센터 인프라에 대한 수요가 급증하고 있다. 예를 들어, 골드만삭스의 연구에 따르면, 2023년부터 2030년까지 데이터 센터의 전력 수요(암호화폐 관련 부분 제외)는 160% 증가할 것으로 예상된다. 비트코인 채굴 기업은 저렴한 전력과 관련 인프라를 확보할 수 있기 때문에 인공지능 / 고성능 컴퓨팅 시장에 공급하는 데 경쟁 우위를 가질 수 있다. 2024년 초, 시가총액 3위의 상장 채굴 기업인 Core Scientific은 전문 인공지능 인프라 서비스 제공업체인 CoreWeave와 장기 계약을 체결했다고 발표했다. 2024년 6월 Core Scientific과 CoreWeave 간의 거래 발표 이후, 다른 여러 상장 채굴 기업들도 인공지능 / 고성능 컴퓨팅 분야로 사업을 확장하기 위한 조치를 취했다.

비트코인 채굴과 지속 가능성

비트코인 채굴은 실제 경제 자원인 전력을 소비하여 탈중앙화된 디지털 보안을 생성한다. 비트코인이 디지털 화폐 시스템으로서 성공을 거두었다는 것은 채굴이 이제 막대한 전력을 소비하고 있음을 의미한다. 비트코인은 독특한 에너지 소비자로, 상당한 비율의 청정 에너지 자원을 사용하고 있다. Grayscale Research는 시간이 지남에 따라 채굴이 녹색 에너지 전환에 긍정적인 기여를 할 수 있다고 보고 있다.

Coin Metrics의 데이터에 따르면, 우리는 지난 12개월 동안 비트코인 네트워크의 전력 소비 속도가 약 175 테라와트시(TWh, 주: 1TWh=1백만 KWh)였다고 추정하고 있다. 이는 케임브리지 대체 금융 센터의 추정치와 유사하다(그림 7 참조). 2023년(최신 가능 연도)의 데이터에 따르면, 비트코인의 에너지 소비는 전 세계 총 전력 소비의 0.2%를 차지하며(송전 과정에서의 전력 손실을 고려함), 케임브리지 대체 금융 센터에 따르면 데이터 센터는 매년 약 200 테라와트시의 전력을 소비하며, 인공지능 모델 사용으로 인해 데이터 센터의 에너지 소비가 증가할 것으로 예상된다.

그림 7：비트코인 채굴이 디지털 보안을 생성하기 위해 전력을 소비한다

비트코인은 전형적인 주거용 또는 상업용 사용자와 비교할 때 독특한 에너지 소비자이다. 비트코인 채굴은 모듈화, 이동 가능, 지리적 위치에 구애받지 않으며, 중단 가능하고 전기 요금 변화에 매우 민감한 특성을 가진다. 따라서 채굴자는 일반적으로 저렴한 청정 에너지 자원이 있는 곳에서 사업을 운영할 수 있다. 비트코인 채굴 산업에서 사용되는 전력의 약 50% - 60%가 지속 가능한 에너지(핵 에너지 포함)에서 온다고 추정된다. 미국 및 전 세계적으로 지속 가능한 에너지가 발전에서 차지하는 비율은 약 40%이다. 2023년 데이터를 사용하고 비트코인 전력 소비에서 지속 가능한 에너지가 차지하는 비율이 50% - 60%라고 가정할 경우, 우리는 비트코인 채굴이 전 세계 발전 관련 이산화탄소 배출량의 0.2% - 0.3%를 차지한다고 추정한다.

Grayscale Research는 향후 몇 년 동안 비트코인 채굴이 재생 가능 에너지 생산의 적용을 가속화하는 데 기여할 것이라고 믿고 있다. 비트코인 채굴은 독특한 특성 덕분에 재생 가능 에너지 인프라 개발에 대한 투자를 유도하며, 특히 주요 인구 중심지와 연결된 송전선이 없는 지역에서 더욱 그렇다. 비트코인 채굴은 또한 소비 패턴과 날씨로 인해 전력망 수요가 변동할 때 전력망 수요를 안정화하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 텍사스 전력 신뢰성 위원회 시스템에서의 역할과 유사하다. 또한, Sustainable Bitcoin Protocol과 같은 스타트업은 청정 에너지 사용을 장려하고 메탄 배출 감소에 대한 보상을 제공하는 시장 메커니즘을 만들었다. 메탄 배출 문제를 해결하는 것은 비트코인 채굴자가 환경 목표를 달성하는 데 기여할 수 있는 특별히 중요한 경로가 될 수 있다. 또한, Crusoe Energy와 같은 회사는 잉여 천연가스를 배출하는 대신 이를 전력으로 전환하여 비트코인 채굴자에게 제공하는 방법을 개발했다.

향후 몇 년 동안 기술 응용의 증가는 전력에 대한 막대한 수요를 초래할 것이며, 이는 디지털 자산, 인공지능 및 기타 산업에서 비롯된다. Grayscale은 비트코인이 전 세계 전력 인프라의 건강한 운영에 기여하며, 많은 다른 산업과 비교할 때 비트코인이 재생 가능 에너지 전환을 가속화하는 데 독특한 이점을 가지고 있다고 믿고 있다.