Grayscale: 비트코인 채굴의 비즈니스 모델과 지속 가능성 해체
글: Zach Pandl
번역: Luffy, Foresight News
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비트코인은 채굴이라는 경쟁적 과정을 통해 글로벌 암호화폐 시스템이 될 수 있었다. 채굴 메커니즘은 블록체인의 정상적인 업데이트를 보장하고 전체 네트워크의 경제적 인센티브를 조율한다. 오늘날 비트코인 채굴 네트워크는 규모가 매우 크며 초당 700엑사(엑사 = 1천경, 10^18) 회 이상의 해시값을 생성한다.
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비트코인 채굴자들의 수입은 새로 발행되는 비트코인과 네트워크 거래 수수료에서 발생한다. 지출은 장비, 전력 및 기타 운영 비용을 포함한다. 많은 채굴자들이 자산 부채표에 비트코인을 보유하고 있으며, 점점 더 많은 채굴자들이 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스 분야로 사업을 확장하고 있다.
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Grayscale Research에 따르면, 비트코인 채굴은 전 세계 전력 소비의 0.2%를 차지하며, 다른 산업과 비교해 비트코인 채굴에 사용되는 전력 중 청정 에너지의 비중이 더 높다. 비트코인 채굴은 특히 메탄 배출 분야 등에서 환경 보호 목표 달성을 가속화하는 데 기여할 수 있다.
비트코인은 2조 달러의 가치를 저장하는 탈중앙화된 컴퓨터 네트워크이다. 이 현대의 기적은 바로 채굴 덕분에 가능하다. 네트워크 참여자들이 다음 블록을 블록체인에 추가하고 보상을 받을 권리를 두고 경쟁하는 것이다. 오늘날 비트코인 채굴은 놀라운 규모로 운영되며, 실제 에너지를 디지털 보안으로 전환한다. 비트코인 블록체인을 보호하기 위해 사용되는 계산 능력은 마치 디지털 '금고문'과 같으며, 이 메커니즘 덕분에 자율적인 컴퓨터 네트워크가 글로벌 디지털 통화 시스템이 될 수 있는 것이다. 비트코인 채굴 시설 운영에 필요한 전문 기술, 자본 지출, 지속적인 운영 비용과 더불어 이 업계의 치열한 경쟁 구조는 비트코인 네트워크의 탈중앙화를 유지하고 공격 비용을 막대하게 만들어 공격을 어렵게 한다.
상장된 비트코인 채굴 기업에 투자하면 블록 생산에서 수익을 얻을 수 있으며, 시간이 지남에 따라 증가하는 네트워크 거래 수수료에서도 수익 성장을 기대할 수 있다. 실제로 대부분의 상장 비트코인 채굴 기업들은 다양한 사업 모델을 채택하고 있으며, 많은 기업들이 채굴한 비트코인을 자산 부채표에 보유하거나 공개 시장에서 추가로 비트코인을 매입하기도 한다. 현재 비트코인 채굴 기업들은 인공지능 및 고성능 컴퓨팅 데이터센터 운영에도 진출하며 사업 다각화를 추진하고 있다.
현대의 기적
비트코인 채굴은 기술적으로 매우 복잡하지만 개념은 간단하다. 전용 컴퓨터들이 무작위 숫자를 추측하는 경쟁을 하며, 가장 먼저 올바른 숫자를 맞춘 컴퓨터가 블록체인을 업데이트할 권리(즉, 블록을 채굴)를 얻고 보상을 받는다. 승리한 채굴자는 해당 블록에서 새로 발행된 비트코인과 거래 수수료(즉, 블록 보상)를 받는다.
이 경쟁에서는 어떤 특별한 방법이나 더 빠르게 정답을 찾을 수 있는 알고리즘이 존재하지 않기 때문에, 비트코인 채굴자들은 오직 순수한 힘(무차별 대입)으로 경쟁해야 한다. 이 과정은 일종의 확률 게임이라 할 수 있다. 채굴자들은 계속해서 추측을 반복하다가 정답을 찾을 때까지 진행하며, 마치 원하는 숫자가 나올 때까지 다면체 주사위를 던지는 것과 같다. 따라서 승리 확률은 채굴자가 초당 얼마나 많은 추측을 할 수 있는지(주사위 던지기 횟수)에 달려 있다. 가장 많은 장비를 보유하고 효율성이 높은 운영자가 가장 많은 추측을 할 수 있으므로, 블록 보상을 얻을 가능성이 가장 크다.
기술적으로 말하면, 승리 조건은 단순한 무작위 숫자가 아니라 그 숫자와 다른 데이터를 결합한 후 생성된 '해시값'이다. 컴퓨터 과학에서 해시 함수란 임의의 데이터를 문자열 형태의 해시값으로 변환하는 수학적 연산이다. 예를 들어, 비트코인 네트워크에서 사용하는 해시 함수를 이용하면 'Bitcoin'이라는 단어의 해시값은 다음과 같다: b4056df6691f8dc72e56302ddad345d65fead3ead9299609a826e2344eb63aa4.
따라서 비트코인 채굴자의 작업은 해시값을 빠르게 생성하는 것이다. 즉, 무작위 숫자를 추측하고, 이를 다른 데이터와 결합하여 해시값을 계산한 후, 이것이 올바른지 확인하는 작업을 반복한다.
추정에 따르면 현재 약 500만~600만 대의 비트코인 채굴기가 거대한 규모로 해시값을 생성하고 있다(그림 1 참조). 지난 90일 동안 비트코인 채굴자들이 공동으로 생성한 평균 해시 속도는 765 EH/s(초당 765엑사 해시 연산)였다. 즉, 비트코인 채굴자들은 초당 700엑사 번 이상 무작위 숫자를 추측하고 그 해시값을 계산하고 있다. 이 수치를 직관적으로 이해하기 위해, 지구상의 모래 알갱이는 약 7.5엑사 개, 곤충은 약 10엑사 마리 정도로 추정된다.
그림 1: 비트코인 채굴자들이 거대한 규모로 해시값을 생성함
이처럼 방대한 양의 해시값을 생성하는 것은 비용이 많이 들지만, 바로 그것이 핵심이다. 보상을 얻기 위한 경쟁에서 채굴 운영자는 전용 장비 및 기타 하드웨어를 구입하고, 지속적인 전력 비용과 유지보수 비용을 지불해야 한다. 따라서 올바른 해시값을 생성함으로써 채굴자는 경제적 자원을 투입했음을 입증하며('작업 증명'), 블록체인 업데이트를 신뢰할 수 있음을 보여준다.
비트코인을 공격한다는 것은 기존의 비트코인 채굴 산업을 제압해야 한다는 의미이다. 이론적으로 악의적인 행위자가 네트워크 해시율의 51%를 장악하여 대부분의 블록을 채굴한다면(예: 비트코인의 이중 지출 또는 특정 거래 검열), 네트워크를 교란시킬 수 있다. 한 논문에서 연구진은 2024년 2월 기준으로 비트코인 네트워크에 1시간 동안 지속되는 51% 공격을 실행하는 데 드는 비용이 50억 달러에서 200억 달러 사이일 것으로 추정했다. 실제로는 이러한 자원을 투자할 만한 경제적 유인이 있는 주체는 없으며, 비트코인 네트워크는 채굴 외에도 다른 방어 메커니즘을 갖추고 있다.
비트코인 채굴의 비즈니스 모델
비트코인 채굴자의 수입은 새로 얻은 블록 보상과 같으며, 운영 비용은 장비를 돌리고 해시값을 생성하는 데 소모되는 전력에서 발생한다(유지보수, 채굴 풀 수수료 등의 기타 운영비용 포함 가능). 따라서 비트코인 채굴자의 목표는 가능한 한 낮은 비용으로 초당 가장 많은 해시값을 생성하는 것이다.
2024년 한 해 동안 채굴자들은 총 약 23만 비트코인을 얻었으며, 당시 가격 기준 약 150억 달러의 가치를 가졌다. 이는 2014년보다 약 19배 증가한 것이며, 연평균 복합 성장률은 34%였다(그림 2 참조). 4년마다 '비트코인 반감기'라 불리는 사건을 통해 새로 발행되는 비트코인의 속도가 감소한다. 비트코인 수량 기준으로는 발행량이 줄지만, 달러 기준 비트코인 가격이 상승함에 따라 채굴 수입은 시간이 지나면서 증가해왔다. 앞으로 채굴 수입의 성장은 비트코인 가격 상승과 네트워크 거래 수수료 증가에서 기인할 수 있다.
그림 2: 비트코인 채굴 수입은 시간이 지남에 따라 증가
채굴자들이 부담하는 운영 비용은 주로 장비 운용에 소모되는 전력 형태이다. 각 운영자는 자체 전력 구매 계약을 협상하며, 이 계약은 전 세계적으로 매우 다양하다. 설명을 돕기 위해, 전력 비용을 가정하고 기타 비용은 무시하여 간략화된 비트코인 채굴자의 전체 경제 상황을 구성할 수 있다. 예를 들어, 그림 3은 비트코인 채굴자의 수입과 킬로와트시(kWh)당 0.05달러라는 가정하에 계산된 총 전력 비용을 비교한다. 수입과 전력 비용 사이의 차이는 채굴자 운영 이윤률의 단순한 측정 지표로 볼 수 있다. 블록 보상의 달러 가치가 증가하면 채굴자는 이득을 보고, 해시값 생성에 드는 달러 비용이 증가하면 채굴자는 손해를 본다.
그림 3: 채굴자 운영 이윤률은 블록 보상과 전력 비용 사이의 격차를 반영
전 세계 채굴자들이 직면한 전력 비용이 다양하기 때문에, 더 직관적인 지표는 일정한 전력 소비로부터 얻는 달러 가치일 수 있다. 예를 들어, 1메가와트시(MWh)당 채굴자 수입이다. 채굴 업계 종사자들은 밀접하게 관련된 '해시 가격(hash price)' 개념을 자주 언급하는데, 이는 일일 채굴자 수입을 네트워크 해시율로 나누어 계산된다. 개념은 매우 유사하지만, 채굴 효율이 향상됨에 따라 해시 가격은 일반적으로 하락 추세를 보인다. 따라서 전력 소비 대비 채굴자 수입은 시간이 지남에 따라 채굴 경제 상태 변화를 더 정확하게 반영할 수 있다. 그림 4는 일일 MWh당 비트코인 채굴자 수입을 보여준다. 지난 2년간, 2024년 반감기 전후로 큰 변동이 있었음에도 불구하고 이 수치는 대체로 안정적으로 유지되었다.
그림 4: 지난 2년간 MWh당 채굴자 수입은 대체로 안정적
비트코인 채굴 기업에 투자하기
상장된 채굴 기업의 주식에 투자하면 증권 시장을 통해 비트코인 경제에 접근할 수 있다. 비트코인 채굴 기업들의 비즈니스 모델은 점점 더 다양해지고 있지만, 모두 해시값 생성, 블록 채굴, 블록 보상 획득이라는 핵심 활동을 포함한다. 전력 비용, 비전력 운영 비용 및 기타 요인의 차이로 인해 각 채굴 기업이 블록 보상을 얻는 실제 비용은 서로 다르다. 2024년 3분기 기준, 가장 큰 상장 채굴 기업들의 평균 비트코인 생산 비용은 3만4천 달러에서 5만9천 달러 사이였다(그림 5 참조). 같은 기간 비트코인 평균 가격은 6만1천 달러였다.
그림 5: 각 채굴 기업의 생산 비용은 다양함
비트코인 채굴 기업들은 자산 부채표에 비트코인을 보유하는 방식에서도 차이가 있다. 일부 기업은 블록 보상을 즉시 정산하며, 일부는 보상을 보유하고, 또 일부는 공개 시장에서 더 많은 비트코인을 매입하기도 한다. 자연스럽게 비트코인 가격이 변할 때 자산 부채표 정책의 차이는 상장 채굴 기업의 재무 실적에 큰 영향을 미칠 수 있다(그림 6 참조). 그렇긴 하지만, 개별 채굴 기업의 리스크 프로필에는 여러 요인이 영향을 미치며, 자산 부채표에 비트코인을 많이 보유한 기업이 반드시 블록 보상을 정산하는 기업보다 리스크가 더 높다고 볼 수는 없다.
그림 6: 일부 채굴 기업들은 자산 부채표에 비트코인을 보유함
최근 비트코인 채굴 기업들은 인공지능 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 서비스 등 데이터센터 인프라 수요가 급격히 증가하는 분야로 진출하고 있다. 예를 들어, 골드만삭스의 연구에 따르면, 2023년부터 2030년까지 데이터센터의 전력 수요(암호화폐 관련 부분 제외)가 160% 증가할 것으로 예상된다. 비트코인 채굴 기업들은 저렴한 전력을 확보하고 관련 인프라를 보유하고 있기 때문에 인공지능/HPC 시장에 진출하는 데 경쟁 우위를 가질 수 있다. 2024년 초, 시가총액 기준 세 번째로 큰 상장 채굴 기업인 Core Scientific은 전문 인공지능 인프라 서비스 제공업체 CoreWeave와 장기 계약을 체결했다. 2024년 6월 Core Scientific과 CoreWeave의 거래 발표 이후, 여러 상장 채굴 기업들이 인공지능/HPC 분야로 사업을 확장하는 조치를 취했다.
비트코인 채굴과 지속 가능성
비트코인 채굴은 탈중앙화된 디지털 보안을 만들기 위해 실제 경제 자원—전력—을 소비한다. 비트코인이 디지털 통화 시스템으로서 성공했다는 것은 채굴이 이제 많은 전력을 소비하고 있다는 것을 의미한다. 비트코인은 상당한 비중의 청정 에너지원을 이미 사용하고 있는 독특한 에너지 소비자이다. Grayscale Research는 시간이 지남에 따라 채굴이 녹색 에너지 전환에 긍정적인 기여를 할 수 있다고 본다.
Coin Metrics의 데이터에 따르면, 지난 12개월 동안 비트코인 네트워크의 전력 소비 속도는 약 175테라와트시(TWh, 1TWh=백만kWh)로 추정된다. 이는 캠브리지 대체금융센터(CCAF)의 추정치와 유사하다(그림 7 참조). 2023년(가장 최근의 이용 가능한 연도) 데이터 기준으로, 비트코인의 에너지 소비는 전 세계 총 전력 소비의 0.2%(송전 과정의 전력 손실 포함)를 차지한다. CCAF에 따르면 데이터센터는 매년 약 200TWh의 전력을 소비하며, 인공지능 모델 사용 증가로 인해 데이터센터의 에너지 소비는 더욱 증가할 것으로 예상된다.
그림 7: 비트코인 채굴은 디지털 보안을 만들기 위해 전력을 소비함
전형적인 주거 또는 상업 사용자와 비교해 비트코인은 독특한 에너지 소비자이다. 비트코인 채굴은 모듈화되고 이동 가능하며, 지리적 위치에 구애받지 않고, 중단 가능하며, 전기 요금 변화에 매우 민감하다는 특징을 가진다. 따라서 채굴자들은 일반적으로 저렴한 청정 에너지원을 보유한 지역에서 사업을 수행할 수 있다. 추정에 따르면 비트코인 채굴 산업이 사용하는 전력 중 약 50%~60%가 지속 가능한 에너지(핵에너지 포함)에서 나온다. 미국과 전 세계적으로 보면, 발전에서 지속 가능한 에너지가 차지하는 비중은 약 40% 수준이다. 2023년 데이터를 사용하고 비트코인 전력 소비에서 지속 가능한 에너지 비중이 50%~60%라고 가정하면, 비트코인 채굴이 전 세계 발전 관련 이산화탄소 배출량의 0.2%~0.3%를 차지한다고 추정할 수 있다.
그레이스케일 리서치는 앞으로 몇 년간 비트코인 채굴이 재생 가능 에너지 생산의 적용을 가속화하는 데 기여할 수 있다고 본다. 비트코인 채굴은 고유한 특성 덕분에 재생 가능 에너지 인프라 개발 투자를 유도하며, 특히 주요 인구 중심지와 송전선이 연결되지 않은 지역에서 더욱 그러하다. 비트코인 채굴은 또한 소비 패턴과 기상 조건으로 인해 변동이 큰 전력망 수요를 안정화시키는 데 도움을 줄 수 있으며, 텍사스주 전력신뢰성위원회(ERCOT) 시스템에서 이미 그러한 역할을 하고 있다. 또한 Sustainable Bitcoin Protocol과 같은 스타트업은 청정 에너지 사용을 유도하고 메탄 배출 감축에 보상을 주는 시장 메커니즘을 창출했다. 메탄 배출 문제 해결은 비트코인 채굴자가 환경 보호 목표 달성에 기여할 수 있는 특별히 중요한 방법이 될 수 있다. 또한 Crusoe Energy와 같은 기업은 천연가스를 방출하는 대신 활용하는 방법을 개발하여 이를 전력으로 변환하고 비트코인 채굴자에게 공급하고 있다.
앞으로 몇 년간, 기술 응용의 성장은 전력에 대한 거대한 수요를 창출할 것이며, 디지털 자산, 인공지능 및 기타 산업 모두에서 그러할 것이다. Grayscale은 비트코인이 글로벌 전력 인프라의 건강한 운영에 기여하며, 많은 다른 산업들과 비교해 재생 가능 에너지로의 전환을 가속화하는 데 독특한 강점을 가지고 있다고 본다.
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