冬至降至，期待美好早些到来！最近区块链得了“重感冒”，这未尝不是一次提升自我免疫力的机会，经过重新洗牌的区块链，能留下来的项目，无论是未来的发展前景和抗风险能力都是卓越的。这里不得不说到，我们一直持续关注的项目IPFS。
对IPFS/Filecoin被普遍认为是下一个可能撬动百亿乃至千亿美元级的项目，在此背景下，参与Filecoin挖矿逐渐走入投资人的视野。
然而市场中诸多打着IPFS/Filecoin概念的矿机，鱼龙混杂，其中不乏“割韭菜”之流。从诸多矿机或矿场、矿池的宣传中，均看不到严谨负责的系统化的投资逻辑、技术逻辑与运营逻辑。
在本报告中将系统阐述Filecoin挖矿的完整逻辑、设计理念与预期收益测算方法，并提出分布式非均衡企业级弹性矿池思路，以共同探讨。
核心内容
1投资逻辑
技术先进性与适用性是基本假设；大规模商业需求是否采用决定Filecoin网络成败；价格决定大规模商业需求是否采用；供需决定币价；FIL价格涨幅决定矿工收益率；单位投入的产币效率决定矿工竞争力。
2技术逻辑
技术特性决定矿机设计方案；商用矿机的产币效率决定必须抛弃家用矿机。
3运营逻辑
需求分布规律决定分布式矿池设计方案；需求增长规律决定弹性矿池设计方案；市场与奖励模型决定矿工策略；矿机商、矿池与投资者的关系。
矿池方案探讨。节点布局与矿机探讨。
收益测算。投入、产出与价格预期。
风险因素。政策、技术、需求、便利性、确权、支付与票据、作弊风险；其它风险。
以下是正文
Filecoin
挖 矿 逻 辑
分布式非均衡企业级弹性矿池探讨
——摘要——
IPFS/Filecoin被普遍认为是下一个可能撬动百亿乃至千亿美元级的项目，在此背景下，参与Filecoin挖矿逐渐走入投资人的视野。
在本报告中将系统阐述Filecoin挖矿的完整逻辑、设计理念与预期收益测算方法，并提出分布式非均衡企业级弹性矿池思路，以共同探讨。
本报告中纰漏错谬之处，欢迎斧正。
温馨提示：挖矿有风险，投资需谨慎；本文不以任何形式的明示或暗示保证投资收益；投资者的任何投资行为均基于公开信息与主观判断，知悉并理解投资风险，自愿承担投资可能面临的各种风险。
目 录
第一章 项目背景
1.1 系统理解IPFS/Filecoin
1.2 理解Filecoin挖矿
1.2.1 存储与检索
1.2.2 出块
第二章 挖矿逻辑
2.1 投资逻辑
2.1.1 技术先进性与适用性是基本假设
2.1.2 大规模商业需求是否采用决定Filecoin网络成败
2.1.3 价格决定大规模商业需求是否采用
2.1.4 供需决定币价
2.1.4.1 需求的合理增长
2.1.4.2 FIL的供应量
2.1.4.3 探讨FIL预期价格估值模型
2.1.5 FIL价格涨幅决定矿工收益率
2.1.6 单位投入的产币效率决定矿工竞争力
2.1.6.1 存储与检索收益
2.1.6.2 出块收益
2.2 技术逻辑
2.2.1 技术特性决定矿机设计方案
2.2.2 商用矿机的产币效率决定必须抛弃家用矿机
2.3 运营逻辑
2.3.1 需求分布规律决定分布式矿池设计方案
2.3.2 需求增长规律决定弹性矿池设计方案
2.3.3 市场与奖励模型决定矿工策略
2.3.4 矿机商、矿池与投资者的关系
2.4 矿池方案探讨
2.5 收益测算示例
2.5.1 投入测算
2.5.2 收益测算
2.5.2.1 测算收益
2.5.2.2 预估FIL价格
2.5.2.3 首年预期收益匡算方法
2.6 风险因素
1.1 系统理解IPFS/Filecoin
关于IPFS、Filecoin及其相关项目的专业报告，请参阅《IPFS深度报告：互联网HTTP协议取代者，中心化存储与CDN服务取代者-虾币研究-20180313》。
本报告基于读者已经比较深入系统地理解了IPFS、Filecoin及其相关项目的假设。
1.2 理解Filecoin挖矿
Filecoin的矿工，本质是提供存储、检索与出块三种服务，前两者获得收入，第三者获得奖励。
市场阿里云亚马逊AWS
汇率按6.4计算
存储
（元/GB/月）
0.12
【公共云】中国大陆区域
对象存储OSS，标准型单价
0.1344
Amazon S3，美国东部(俄亥俄)
500 TB 以上/月
CDN
（元/GB）
0.23
按[流量]计费，大陆区域
每月10TB-50TB
0.512
Amazon CloudFront，美国地区
每月10TB之后的下一个40TB
图1：矿工提供的三种服务（资料来源：Filecoin白皮书P4）
1.2.1 存储与检索
Filecoin构建了存储市场与检索市场，用以达成客户与矿工的交易。作为矿工，需要全面准确理解这两个市场的机制，与bid、ask两种order的参数，因为这涉及到矿机的设计、矿池的方案选择、网络配置方案、报价策略，乃至流动性管理。
图2：存储市场与检索市场（资料来源：Filecoin白皮书P26）
1.2.2 出块
维护Filecoin区块链，参与出块，是矿工收益构成中的重中之重，因此如何获得更高的参与出块的概率，尤为重要。
2.1 投资逻辑
2.1.1 技术先进性与适用性是基本假设
本报告所探讨的问题，均基于IPFS/Filecoin及其相关项目所涉及的技术均具有显著的先进性与适用性的基本假设。该假设是否成立，另行探讨。
2.1.2 大规模商业需求是否采用决定Filecoin网络成败
Filecoin主要提供存储服务与检索服务（可以理解为类CDN）。很显然，大规模商业需求是否采用Filecoin提供的存储与检索服务，决定了Filecoin网络规模，及其能否长期发展下去。
2.1.3 价格决定大规模商业需求是否采用
对于大规模商业需求是否采用Filecoin网络提供的存储与检索服务，在根本上，显然取决于价格，具体地说，其可比价格比传统价格便宜了多少？
只要Filecoin提供服务的价格显著比传统价格便宜，那么大规模商业需求就一定会采用。否则，Filecoin将失败。
表1：传统存储与CDN价格参考（资料来源：aliyun.com, aws.amazon.com）
由于传统巨头具有显著的规模、技术、采购等各方面优势，所以可以推论，无论Filecoin矿工如何投资建设，都不可能比传统巨头更具有成本优势。
因此，即使Filecoin矿工对经营利润率的诉求可能比传统巨头稍低一些，但仍不可能在大规模商业需求的报价方面比传统巨头更具显著优势。
那么问题是：Filecoin网络要发展，矿工报价必须比传统巨头低；而低报价，意味着亏损；那么矿工利润在哪里呢？
答案是：显著的低报价，一定会产生大规模商业需求；矿工的利润，必须源于FIL价格的上涨。
2.1.4 供需决定币价
承前，FIL价格为什么会上涨？答案是：供需决定币价。
此处分析三个问题：一是在显著低价格的市场，需求的合理增长；二是FIL的供应量；三是探讨预期FIL价格估值模型。
2.1.4.1 需求的合理增长
基于常识，在显著低价格的市场，可以大致推断，Filecoin网络的需求可能会是一个逐渐增长的过程；需求的类型，可能会是以下顺序：
1）区块链相关项目，属于新技术早期采用者；
2）敏感类视频/图片等项目，属于用新技术解决传统问题者；
3）成本敏感型普通视频/图片/音乐等项目，属于早期受益者；
4）视频等大规模商业项目，属于技术成熟期迁移受益者；
5）医疗、市政视频等保守型大规模专业项目，属于普及期迁移受益者；
6）天文等超大规模专业项目，属于暂无完善传统解决方案的受益者。
Filecoin经济白皮书（P7）认为，第3-9年是网络增长的关键时期（Six years is significantly better for the Filecoin Network because it disperses a much larger amount of tokens in years 3 - 9 than the alternative schedule. We think this is important to both sustain network growth during that critical period, and to reward long term investment in the network.）。
结合对需求的预期判断，研究认为需求的增长可能与以下预期曲线类似：
图3：需求增长预期曲线（资料来源：虾币研究）
需求规模的上限，与全球存储与CDN市场总的行业规模、规模增速、迁移转化率有关。
另外，由于矿工提供存储服务（久期交付的交易行为）需要质押一定的FIL，所以，矿工质押机制也是需求中非常重要的因素。
在此引申一个问题：矿工既然有质押机制，就应当做好流动性管理，那么，预期质押量应该怎么测算呢？在此，虾币研究基于常识（提供多大价值的服务，需提供与该价值大致相当的保证）给出预期质押量的估算模型：
图4：矿工预期质押量估算模型（资料来源：虾币研究）
举例：某矿工有100TB存储空间，假设全部存满，1GB存储平均报价为0.06元/月，服务期1年，则Vt=100×1024×0.06×12=73728元；假设合理质押率R为0.8-1.2倍，这一年中FIL公允预期价格p为100-150元/枚；那么可以计算出该矿工预期质押量f在393.2-884.7枚FIL之间。
该模型为匡算模型，可以给出预期质押量的估算区间，但实际中影响因素较多，故仅供参考。
另外，作为矿工，必须有流动性管理的安排，否则，当Filecoin网络启动，需要质押才能参与挖矿时，如果投资安排中没有做适当的流动性储备，将会出现流动性不足的窘境。
2.1.4.2 FIL的供应量
FIL的供应量，或称已释放FIL数量（注意与流通中FIL数量不是一个概念），是一个动态增长（最大上限20亿枚）的过程。
在全部供给中，分为四个方面：
1）Filecoin基金会，5%：6年逐月线性分发；
2）投资人，10%：分为6个月、1年、2年、3年，共4种情形，逐月线性分发；
3）协议实验室，15%：6年逐月线性分发；
4）矿工，70%：Mining block reward，即出块奖励，每6年减半分发（6年半衰期），逐月采样。
Filecoin经济白皮书（P9）提到，按投资人选择“medium vesting”预计，首年FIL流通供给量大约在0-3.8亿枚。
值得注意的是，矿工供给曲线显示，并不是线性分发奖励，而是接近某个指数曲线（的变形），也就是说，早期矿工的单位投入，其出块奖励，相较晚于该矿工的矿工，更具优势。
图5：FIL供给曲线（资料来源：Filecoin经济白皮书P7、虾币研究）
2.1.4.3 探讨FIL预期价格估值模型
研究认为，基于供需决定价格的逻辑，FIL价格在长期上，将主要由需求规模与流通中FIL数量决定，并在一定范围内波动。因此，研究构建了FIL预期价格估值模型：
图6：FIL预期价格估值模型（资料来源：虾币研究）
举例来说：假设未来3年后，有200亿美元的存储与检索需求迁移到Filecoin网络中，而流通中FIL数量为6.5亿枚，市场预期溢价率为3倍，则FIL的预期价格为92.2美元/枚。
注意：
1）模型中各项变量均需做假设，且现实中影响因素众多，因此据此模型的计算结果仅供参考，至多作为一个匡算预期的参照系，而不能机械地作为投资决策依据；
2）提供检索服务（即时交付的交易行为）时是没有质押的；
3）FIL价格时刻在变化，因此要尽可能动态进行匡算，为挖矿做好质押需求的流动性安排；
4）网络合理质押率最终会是多少，只能基于合理常识假设，而且每个人的预期可能不同；
5）客户存储需求的订单，对质押量的要求，是有可选参数的，因此，有些客户可能会自行指定质押标准；
6）随着FIL价格的上涨，单位服务价值所需质押FIL的数量在下降，因此，早期储备FIL就越发划算。
2.1.5 FIL价格涨幅决定矿工收益率
这是由通缩经济模型决定的。
价格杠杆方面，无论FIL价格涨跌，需求端用户购买存储与检索服务的价格，最终一定锚定在美元等法定货币上，而且必须足够便宜。否则，根本不会有大规模商业需求。
供给端：FIL总量限定且缓慢分发，决定了流通中的FIL是缓慢增长的，是可预期的。
需求端：大规模商业需求的迁移进入与质押机制，决定了市场主要参与方必须不断地大量购买FIL。
而矿工在提供存储与检索服务本身上，相较于传统巨头是没有规模优势与成本优势的，甚至大概率是在亏损提供服务。
但是，流通中FIL数量有限，而大规模商业需求预期在持续增长，这就决定了FIL价格预期一定是持续大幅上涨的，其上涨与需求规模、及其增速成大致正相关。
进一步的，FIL价格的持续大幅上涨，决定了矿工群体在回收运营最低必须的流动性基础上，选择长期囤币才是最优策略。
因此，可以推论，FIL价格涨幅决定了矿工的收益率。
2.1.6 单位投入的产币效率决定矿工竞争力
作为理性矿工，无论是小额投资者矿工，还是大规模矿池，其根本目标都应该是：尽可能提高单位投入的产币效率。
Filecoin白皮书表明，矿工的收益来自于三个方面：存储、检索、出块奖励。
2.1.6.1 存储与检索收益
矿工为客户提供存储与检索服务，客户支付FIL作为矿工的报酬。
图7：存储市场与检索市场（资料来源：Filecoin白皮书P24）
存储与检索市场本质上是一个撮合市场，在这里，矿工提交ask order，客户提交bid order，在Orderbook撮合，并形成deal order。
在存储市场：
1）矿工提交ask order前，必须已经质押了FIL（与可用存储空间、服务期限有关）成为矿工；
2）客户在提交bid order时，其至少有FIL可用余额，且订单不低于最小一个存储周期（最小存储周期由系统参数指定）；
3）bid order必须指定FIL保证金（depositing）数量，以确保可以支付存储费用；
4）bid order可选参数有，最长存储周期、价格、要求矿工提供多少质押担保等；
5）交易达成后，交易信息记录在区块链上，矿工获得FIL收益；一旦矿工的存储出现问题，其质押的FIL将被扣除相应部分；
6）网络还有修错机制、转介绍其他矿工存储机制、退还客户费用机制，不做展开讨论。
在检索市场：
1）与存储矿工不同，检索矿工存储数据片段（pieces）没有时间要求，也不需要生成存储证明；
2）网络中的任何用户都可以通过为客户提供数据片段服务而成为检索矿工并获得FIL收益；
3）检索矿工可以通过以下方式获得数据片段：从客户直接接收、从检索市场捕获、或因自己是存储矿工而已经存储；
4）检索市场是一个链下市场，以提高效率，并通过小额支付通道完成交易；
5）检索需求客户无需支付FIL保证金（depositing），检索矿工也无需质押FIL；
6）客户确认收到数据片段后，检索矿工向网络出具这些小额支付凭证，然后收到完整支付，记录在链上。
值得一提的是，检索市场的设计机制，天然具有CDN效用，哪里有客户检索需求，哪里就会有检索矿工，而且其存储的数据天然倾向于“热数据”，这就使原本存储在存储矿工那里的数据可以自发地扩散到离用户更近的检索矿工处，而且是动态调整优化的；作为不具备专业设施的家庭矿工，也可以低成本参与到检索矿工队伍中，有交易即有收益，且无需承担保证责任。
以上是存储与检索市场的交易机制。但是因为矿工必须选择低报价，所以单纯靠这两部分收益还是比较低的。也就是说，即使矿工的存储与网络带宽尽可能满负荷运行，在传统巨头面前，仍不具有竞争优势。
2.1.6.2 出块收益
Filecoin区块链需要矿工来共同维护，参与出块的矿工将获得一定的FIL奖励。
参与出块的矿工，是由预期共识（EC：Expected Consensus）选举出来的领导矿工。EC是一个确切的、不可预知的、秘密的选举（deterministically, unpredictably, and secretly elect），在每个周期内期望结果是选举出1个领导矿工，但是在一些周期内，却可能出现0个或多个领导矿工。领导矿工通过创建区块并将其传播到网络上以扩展区块链。一个矿工赢得选举的概率与其被分配的存储成比例。
图8：EC选举，即矿工参与出块的概率（资料来源：Filecoin白皮书P32）
这个公式的意思是说，在t时间，如果上面那个不等式成立，那么该矿工即成为领导矿工，从而获得出块机会。
这个不等式：
1）左面整个部分，是任何个体矿工无法影响的；
2）右面分母，是全网已分配存储，是任何个体矿工无法影响的；
3）右面分子，是该矿工已分配存储（或理解为有效存储），是唯一受自身影响的。
显然，要想使这个不等式获得更大的概率成立，矿工唯一需要做的，就是尽可能使右面分子变大，也就是说，使自己的已分配存储尽可能大。唯此才能获得更大的参与出块机会的概率。
同样，这个公式也直接影响矿机的设计、矿池的方案选择、网络配置方案、报价策略，乃至流动性管理。
那么为什么要尽可能参与出块呢？因为Filecoin分发模型中，有14亿枚FIL将分发奖励给出块矿工。
根据Filecoin官方提供的链接：
https://ipfs.io/ipfs/Qmdsip9Kcoyj3J3Fyvjw3wjPCuewkZiGVWpN8rYF3dJKqg/vesting.html
可以查看分发模型。在页面中单击右键，查看源代码，可以发现：
图9：官方链接中的出块奖励分发模型（资料来源：https://ipfs.io/ipfs/Qmdsip9Kcoyj3J3Fyvjw3wjPCuewkZiGVWpN8rYF3dJKqg/vesting.html）
意为（年度、折算月度、折算每日，假设每个月平均30.5天）：
图10：出块奖励的分发模型
经检验，该模型曲线与Filecoin经济白皮书（P7）曲线70%出块奖励部分完全重合。据此模型，研究给出“前36日精确到日、前36个月精确到月、前36年精确到年”的出块奖励分发表：
表2：出块奖励分发表
在此基础上，研究更进一步地给出估算矿工某期间出块收益的估算模型：
图11：矿工某期间出块收益估算模型
举例而言：假设某矿工已分配存储100TB，全网总计已分配存储80PB，拟计算主网上线后第6个月的预期收益，为
R=(78575012-65792323)×100/(80×1024)=15603.87枚
也就是说，矿工的影响力（Influence：已分配存储/总计全网已分配存储）决定了所获出块奖励在某期间内所占份额的多少。
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