그레이 스케일: 비트코인 채굴이 글로벌 에너지 인프라에 미치는 영향

출처: 그레이 스케일, Five Baht, Golden Finance 편집

요약

• 비트코인이 글로벌 디지털 통화 시스템으로 작동할 수 있었던 것은 블록체인을 업데이트하고 전체 네트워크를 조율하는 데 사용되는 경제적 인센티브 경쟁 프로세스인 비트코인 채굴 덕분이었습니다. 오늘날 비트코인 채굴 네트워크는 초당 700조 개 이상의 속도로 '해시'를 생성할 정도로 규모가 매우 큽니다. [1]

• 비트코인 채굴자는 새로운 비트코인 발행과 네트워크 거래 수수료로 수입을 얻습니다. 또한 자본 장비, 전기 및 기타 운영 비용에 대한 수수료도 발생합니다. 또한 많은 채굴자가 대차대조표에 비트코인을 보유하고 있으며, 점점 더 많은 채굴자가 인공 지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스로 다각화하고 있습니다.

• 그레이스케일 리서치는 비트코인 채굴이 전 세계 전력 사용량의 0.2%에 불과하며, 청정에너지 또한 다른 어떤 산업보다 비트코인 채굴에 소비되는 전력에서 높은 비중을 차지할 것으로 추정하고 있습니다. 비트코인 채굴은 특히 메탄 배출과 같은 분야에서 환경 목표 달성을 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

비트코인은 2조 달러에 달하는 탈중앙화된 개방형 컴퓨터 네트워크입니다. [2] 네트워크 참여자들이 블록체인에 다음 블록을 추가하고 보상을 받을 수 있는 권리를 놓고 경쟁하는 비트코인 채굴 덕분에 이 놀라운 현대적 경이로움이 가능했습니다. 오늘날 비트코인 채굴자는 엄청난 규모로 운영되며 실제 자원을 디지털 보안으로 전환하고 있습니다. 비트코인 블록체인을 보호하는 데 사용되는 컴퓨팅 파워는 글로벌 디지털 통화 시스템의 메커니즘으로 사용될 수 있는 자율 컴퓨터 네트워크인 디지털 "금고 문"입니다. 비트코인 채굴 시설을 운영하는 데 필요한 기술 전문성, 자본 지출, 지속적인 운영 비용과 비즈니스의 경쟁이 치열한 특성으로 인해 비트코인 네트워크는 탈중앙화되고 공격 비용이 많이 드는 상태로 유지됩니다.

상장된 비트코인 채굴업체에 투자하면 블록 생산에 따른 수익뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 네트워크 거래 수수료 상승으로 인한 잠재적인 수익 증가도 기대할 수 있습니다. 실제로 대부분의 상장 비트코인 채굴자는 다른 비즈니스 모델을 따르며, 채굴한 비트코인을 대차 대조표에 보관하거나 오픈 마켓에서 비트코인을 구매하기도 합니다. 또한 비트코인 채굴자들은 인공지능과 고성능 컴퓨팅(HPC)을 위한 데이터 센터를 운영하는 등 다각화하기 시작했습니다.

현대적 기적

기술적으로 복잡하지만 비트코인 채굴 과정은 개념적으로는 간단합니다. 전용 컴퓨터가 난수를 맞히기 위해 경쟁하고, 가장 먼저 정확한 숫자를 맞힌 컴퓨터가 블록체인("채굴 블록")을 업데이트할 권리를 얻게 됩니다. 승리한 채굴자는 새로 발행된 비트코인과 거래 수수료("블록 보상")를 받습니다. [3]

이 경쟁에는 올바른 숫자를 더 빨리 찾을 수 있는 알고리즘과 같은 지름길이 없으며, 비트코인 채굴자들은 무차별 대입을 통해 경쟁합니다. 이 과정은 우연의 게임으로 볼 수 있습니다. 채굴자는 원하는 숫자가 나올 때까지 다면 주사위를 굴리는 것처럼 올바른 해답을 찾을 때까지 계속 추측합니다. 따라서 승리 확률은 채굴자가 초당 수행할 수 있는 추측("주사위 굴리기")의 수에 따라 달라집니다. 가장 많은 머신 및/또는 가장 효율적인 머신을 보유한 채굴자가 가장 많은 추측을 하고 블록을 보상으로 받을 가능성이 높습니다.

기술적으로, 당첨 결과는 단순한 난수가 아니라 다른 데이터와 결합된 해당 숫자의 "해시"입니다. 컴퓨터 과학에서 해시 함수는 임의의 데이터를 해시값이라고 하는 문자 및/또는 숫자의 문자열로 변환하는 수학적 연산입니다. 예를 들어 비트코인 네트워크에서 동일한 해시 함수를 사용하면 "비트코인"이라는 단어의 해시 값은 다음과 같습니다. b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4

따라서 비트코인 채굴자의 목표는 해시를 빠르게 생성하는 것입니다: 난수를 추측하고 해시 계산( 난수를 다른 데이터와 결합)를 계산한 다음 올바른지 확인하는 것입니다.

현재 약 500만~600만 명의 비트코인 채굴자[4]가 놀라운 규모로 해시를 생성하고 있습니다(그림 1). 비트코인 채굴자들은 지난 90일 동안 평균 초당 765개의 에테리얼 해시(EH/s)의 속도로 해시를 생성했습니다.[5] EH/s는 초당 1개의 해시에 해당합니다. [5] EH는 1조(10^18)개의 해시에 해당합니다. 간단히 말해, 평균적인 비트코인 채굴자는 난수를 추측하고 초당 7천만 번 이상 해시를 계산한다는 뜻입니다. 이 숫자를 맥락에 맞게 설명하자면, 지구상에는 약 7조 5천억 개의 모래알과 10조 개의 살아있는 곤충이 있는 것으로 추정됩니다. [6]

그림 1: 비트코인 채굴자들이 해시를 대량으로 생산

이 모든 해시를 생성하는 데는 비용이 많이 들며, 이것이 바로 문제입니다. 보상을 놓고 경쟁하기 위해 채굴 운영자는 특수 기계와 기타 하드웨어를 구입하고 지속적인 전력 및 유지보수 비용을 지불해야 합니다. 따라서 채굴자는 올바른 해시를 생성함으로써 '작업 증명'을 제공합니다. 즉, 경제적 자원을 소비했으며 블록체인을 업데이트하기 위해 신뢰할 수 있다는 증거입니다.

비트코인을 공격한다는 것은 기존 비트코인 채굴 산업을 혼란에 빠뜨리는 것을 의미합니다. 이론적으로 악의적인 공격자가 네트워크 해시 비율의 51%를 통제하여 대부분의 블록을 채굴할 수 있다면, 비트코인을 이중으로 지불하거나 특정 거래를 검열하는 등의 방법으로 네트워크를 교란할 수 있습니다. 한 논문에서 연구자들은 2024년 2월 기준으로 비트코인 네트워크를 1시간 동안 51% 공격하는 데 드는 비용은 공격자가 채굴기에 액세스하는 방법에 따라 50억 달러에서 200억 달러 사이라고 추정했습니다.[7] 악의적인 행위자가 비트코인 네트워크를 방해할 수 있는 방법은 사실상 없으며, 악의적인 행위자가 네트워크를 방해할 수 있는 방법도 없습니다. [7] 실제로 어떤 행위자도 이러한 자원을 소비할 재정적 인센티브가 없으며, 어떤 경우에도 네트워크에는 채굴 외에 다른 방어 메커니즘이 있습니다. [8]

비트코인 채굴의 비즈니스

비트코인 채굴자는 새로운 블록을 채굴한 보상과 동일한 수입을 얻고, 기계를 가동하고 해시를 생성하는 데 필요한 전기료(유지보수, 채굴 풀 수수료 등 기타 운영 비용도 지불해야 합니다)도 부담해야 합니다. 따라서 비트코인 채굴자의 목표는 가능한 한 가장 낮은 비용으로 초당 가장 많은 해시를 생성하는 것입니다.

2024년 채굴자들은 총 약 23만 개의 비트코인을 만들었으며, 이는 약 150억 달러(같은 가격대 기준)의 가치가 있는 금액입니다. [9] 이는 2014년 대비 약 19배 증가했으며, 연평균 성장률은 34%에 달합니다(차트 2). 비트코인 신규 발행량은 4년마다 감소하는데, 이를 비트코인 반감기라고 합니다. 비트코인 기준 발행량 감소에도 불구하고 미국 달러화 기준 비트코인 가격의 상승으로 인해 채굴 수익은 시간이 지남에 따라 증가했습니다. 앞으로 채굴 수익의 증가는 비트코인 가격 상승 및/또는 네트워크 거래 수수료의 증가로 인해 발생할 수 있습니다.

그림 2: 시간 경과에 따른 비트코인 채굴 수익 성장

채굴자는 주로 기계를 작동하는 데 필요한 전기의 형태로 운영 비용이 발생합니다. [10] 각 운영자는 전 세계적으로 매우 다양할 수 있는 자체 전력 구매 계약을 협상합니다. 휴리스틱 분석을 위해 가상의 전기 비용을 사용하고 다른 비용은 무시함으로써 비트코인 채굴자의 전반적인 경제성을 단순화한 그림을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 그림 3은 비트코인 채굴자의 수익을 킬로와트시(kWh)당 0.05달러의 가격을 가정한 총 전기 비용 추정치와 비교합니다. 수익과 전기 비용의 차이는 채굴자의 운영 마진을 단순화한 척도로 간주할 수 있습니다. 채굴자는 블록 보상의 달러 가치가 상승하면 이익을 얻고, 해시 생산의 달러 가격이 상승하면 손해를 봅니다.

그림 3: 블록 보상과 전력 비용 사이의 스프레드를 반영하는 채굴자 운영 수익률

전세계 채굴자들이 직면하는 전력 비용의 차이를 고려하면, 주어진 전력 소비에서 얻는 달러 가치를 더 직관적으로 측정할 수 있습니다. -예를 들어, 메가와트시(MWh)당 채굴자의 수익입니다. 채굴 업계 참여자들은 종종 네트워크 해시율에 대한 일일 채굴자 수익의 비율로 계산되는 '해시 가격'이라는 밀접하게 관련된 개념을 언급하기도 합니다. 개념은 매우 유사하지만, 채굴자의 효율성이 높아질수록 해시 가격은 하락하는 경향이 있습니다. 따라서 전력 소비 대비 채굴자 수익의 비율은 시간에 따른 채굴자 경제의 변화를 더 정확하게 반영할 수 있습니다. 그림 4는 비트코인 채굴자의 메가와트시당 일일 수익을 보여줍니다. 이 추정치는 지난 2년 동안 대체로 안정적으로 유지되었지만, 2024년에 절반으로 줄어드는 시점에 크게 변동했습니다.

그림 4: 채굴자의 메가와트시당 수익은 지난 2년 동안 대체로 안정적으로 유지되었습니다

비트코인 채굴자에 투자

상장된 채굴자의 주식에 투자하면 주식 시장 도구를 통해 비트코인 경제에 노출될 수 있습니다. 비트코인 채굴자의 비즈니스 모델은 점점 다양해지고 있지만, 모든 채굴자는 해시를 생성하고 블록을 채굴하며 블록 보상을 받는 핵심 비즈니스에 관여하고 있습니다. 전력 비용, 비전력 운영 비용 및 기타 요인[11]의 차이로 인해 각 채굴자는 각기 다른 유효 가격으로 블록 보상을 받습니다. 2024년 3분기에 상장된 최대 채굴자들은 평균 34,000달러에서 59,000달러의 비용으로 비트코인을 생산했습니다(차트 5). 이에 비해 이번 분기 비트코인의 평균 가격은 61,000달러였습니다.

차트 5: 채굴자별 생산 비용

비트코인 채굴자는 다양한 방식으로 비트코인을 대차대조표에 보유합니다. 일부 채굴자는 블록 보상을 즉시 청산하고 일부는 보관하며 일부는 오픈 마켓에서 추가로 비트코인을 구매하기도 합니다. 물론 비트코인 가격 변동 시 대차대조표 정책의 차이는 상장 채굴자의 상대적 재무 성과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다(그림 6). 즉, 많은 요소가 개별 채굴자의 위험 프로필에 영향을 미치며, 상대적으로 비트코인 대차대조표 보유량이 많은 채굴자가 블록 보상을 청산하는 채굴자보다 반드시 더 위험하지는 않습니다.

그림 6: 일부 채굴자는 대차 대조표에 비트코인을 보유하고 있습니다

최근 비트코인 채굴자들은 데이터 센터 인프라 수요가 급증하고 있는 다른 AI 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스에 진출하기 시작했습니다. . 예를 들어, 골드만 삭스의 연구[12]에 따르면 데이터 센터 전력 수요(암호화폐 제외)는 2023년부터 2030년까지 160% 증가할 것으로 예상됩니다. 비트코인 채굴자들은 이미 저비용 전력과 관련 인프라를 이용할 수 있기 때문에 AI/고성능 컴퓨팅 시장에 공급하는 데 경쟁 우위를 가질 수 있습니다. 2024년 초, 시가총액 기준 세 번째로 큰 상장 채굴자인 코어 사이언티픽은 전문 AI 인프라 서비스 제공업체인 코어위브와 장기 계약을 맺었다고 발표했습니다. [13] 2024년 6월 코어 사이언티픽/코어위브 계약 발표 이후, 다른 여러 상장 채굴업체들이 AI/고성능 컴퓨팅 분야로 진출하기 위한 조치를 취했습니다.

비트코인 채굴과 지속가능성

비트코인 채굴은 탈중앙화된 디지털 보안을 위해 실물 경제 자원인 전력을 소비합니다. 디지털 화폐 시스템으로서 비트코인의 성공은 이제 채굴이 상당한 양의 전력을 소비한다는 것을 의미합니다. 비트코인은 이미 청정 에너지 자원의 상당 부분을 사용하는 독특한 에너지 소비자이며, 그레이스케일 리서치는 비트코인이 시간이 지나면서 친환경 에너지 전환에 긍정적인 기여를 할 수 있다고 믿습니다.

코인 메트릭스의 마인매치 알고리즘 데이터를 사용해 지난 12개월 동안 비트코인 네트워크가 약 175테라와트시(TWh)의 전력을 소비한 것으로 추정합니다. [14] 이는 케임브리지 대안 금융 센터의 추정치와 비슷한 수준입니다(그림 7). 2023년(가장 최근 연도) 데이터를 기준으로 비트코인의 에너지 소비량은 전 세계 총 전력 소비량의 0.2%를 차지합니다(전송 중 전력 손실을 고려한 수치). [15]캠브리지 대안 금융 센터에 따르면 데이터 센터는 연간 약 200TWh의 전력을 소비하며, AI 모델 사용으로 인해 데이터 센터의 에너지 소비가 증가할 수 있다는 예측이 있습니다. [16]

그림 7: 비트코인 채굴은 디지털 보안을 위해 전력을 소비합니다

비트코인은 일반적인 주거 또는 상업 사용자에 비해 독특한 에너지 소비자입니다. 비트코인 채굴은 모듈식으로 이동이 가능하고 장소에 구애받지 않으며 중단이 불가능하고 전기 가격 변동에 매우 민감합니다. 따라서 채굴자는 청정에너지 자원이 비용 효율적인 위치에서 채굴할 수 있는 경우가 많습니다. 비트코인 채굴 업계에서 사용하는 전기의 약 50~60%는 지속 가능한 에너지원(원자력 포함)에서 나오는 것으로 추정됩니다.[17] 이는 미국과 전 세계에 큰 도전 과제입니다. [17] 미국과 전 세계 전체에서 지속 가능한 전력 생산의 비중은 약 40%입니다. [18] 2023년(가장 최근의 데이터)의 데이터를 사용하고 비트코인 전력 소비의 지속 가능한 비중을 50~60%로 가정하면, 비트코인 채굴은 전력 생산과 관련된 전 세계 CO2 배출량의 0.2%~0.3%를 책임지는 것으로 추산됩니다. [19]

그레이 스케일 리서치는 비트코인 채굴이 향후 재생 에너지 생산의 채택을 가속화하는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다. 비트코인 채굴은 그 고유한 특성으로 인해 특히 주요 대중 중심지로 송전이 되지 않는 재생 에너지 인프라 개발에 대한 투자를 장려합니다. 비트코인 채굴은 또한 소비 패턴과 날씨에 따라 변동하는 그리드 수요를 안정화시키는 데 도움이 될 수 있습니다. -- 텍사스 전기 신뢰성 위원회(ERCOT) 시스템처럼 말입니다. [20] 또한, 지속 가능한 비트코인 프로토콜과 같은 스타트업은 청정 에너지 사용을 장려하고 메탄 배출을 줄이기 위한 노력을 보상하기 위해 시장 기반 메커니즘을 만들었습니다. 메탄 배출 문제를 해결하는 것은 비트코인 채굴자가 환경 목표에 기여하는 데 특히 중요한 방법이 될 수 있습니다. 메탄은 석유를 태울 때 발생하는 플레어 가스 또는 천연가스에서 방출됩니다. 크루소 에너지와 같은 회사에서는 여분의 천연가스를 방출하는 대신 포집하여 전기로 전환하고 비트코인 채굴자에게 전력을 공급하는 방법을 개발했습니다.

기술 사용의 증가는 디지털 자산, 인공 지능 및 기타 산업에서 향후 몇 년간 전기 생산에 대한 엄청난 수요를 창출할 것입니다. 그레이스케일은 비트코인이 글로벌 전력 인프라의 건전성에 기여하며 다른 많은 산업에 비해 재생 에너지원으로의 전환을 가속화할 수 있는 독보적인 위치에 있다고 믿습니다.

주석

[1] 출처: 코인 메트릭스. 2025년 1월 31일 기준 데이터.

[2] 출처: 코인 메트릭스. 2025년 1월 31일 기준 데이터.

[3] 이 숫자는 "논스"(한 번만 사용되는 숫자)라고 하며 순전히 무작위가 아닙니다. 예를 들어, "비트코인 논스 패턴의 미스터리", 비트멕스 리서치, 2019를 참조하세요.

[4] 출처: 그레이 스케일 리서치 보고된 네트워크 해시율과 평균 채굴자 생산성 추정치를 기반으로 계산했습니다. 후자의 경우, 코인 메트릭스의 MINE-MATCH 데이터와 해시 및 전력 가격의 다양한 조합에서 개별 채굴자의 수익성 분석을 기반으로 한 중앙 추정치인 125 TH/s를 사용합니다.

[5] 출처: 코인 메트릭스. 2025년 1월 31일 기준 데이터.

[6] 출처: "지구상의 모래알 수와 하늘의 별 수 중 어느 것이 더 많을까?" , NPR, 2012년 9월; "곤충 개체군(종과 개체)", 스미소니언 박물관.

[7] Nuzzi, Waters, and Andrade, "Breaking BFT: 비트코인 및 이더리움 공격 비용의 정량화". 2024년 2월 15일.

[8] 예를 들어, "비트코인 합의 분석: 프로토콜 에스컬레이션의 위험성", Ren Crypto Fish, Steve Lee, Lyn Alden, 2024년 11월 참조.

[9] 출처: Coin Metrics.

[10] 주어진 시간에 여러 가지 유형의 마이닝 머신이 운영되고 있습니다. 데이터 제공업체인 코인 메트릭스는 네트워크에 해시 비율을 적극적으로 기여하는 채굴기의 유형을 식별하는 기술을 개발했습니다. 저희는 이 데이터를 사용하여 네트워크의 전력 소비량과 활성 채굴기의 수를 추정합니다.

[11] 예를 들어 채굴자는 풀 수수료와 같은 다른 비용이 발생할 수 있으며, 수익은 특정 블록의 수수료 수입에 따라 달라질 수 있습니다.

[12] 출처: "세대별 성장 - AI/데이터 센터의 글로벌 전력 급증과 지속 가능성에 미치는 영향," Goldman Sachs, 2024 4월 4월 30일

[13] 출처: "Core Scientific, 인공 지능 기업과 12년 계약 체결, 총 매출 35억 달러 예상", The Block, 2024년 6월 4일

[14] 이 방법론은 2025년 1월 31일까지 365일 동안 연간 177.8TWh의 전력 소비를 의미하며, 이는 불확실성이 높은 추정치로 간주되어야 합니다.

[15] 출처: 에너지 연구소의 세계 에너지 통계 검토 및 캠브리지 대체 금융 센터의 데이터를 기반으로 한 그레이 스케일 계산.

[16] 출처: 캠브리지 대안 금융 센터, "AI와 암호화폐가 탄소 배출량을 급증시키고 있으며 세금 정책이 도움이 될 수 있습니다", Shafik Hebous 및 Nate Vernon-Lin. , IMF 블로그, 2024년 8월 15일.

[17] 출처: 예를 들어 Daniel Batten의 비트코인 에너지 및 배출량 지속 가능성 추적기 및 "비트코인 채굴 위원회 설문조사, 지속 가능한 전기 및 기술 효율의 전년 대비 개선 확인" 참조. 비트코인 채굴 위원회, 2023년 8월.

[18] 출처: 에너지 연구소의 세계 에너지 통계 검토 데이터를 기반으로 한 그레이 스케일 계산.

[19] 출처: 에너지 연구소의 세계 에너지 통계 검토 데이터를 기반으로 한 그레이 스케일 계산.

[20] 출처: 미국 에너지 정보 관리국.