科普 | 带你了解矿圈那些事

今天和大家一起探讨比特币在挖矿领域一些相关知识。提到区块链，大家都可能会想到一些关键词，比如点对点的交易、加密算法、共识机制。

首先，我跟大家分享的是挖矿以及挖矿相关的知识。这都是和点对点交易、加密算法、共识机制都是紧密相连的。在区块链的整个设计体系里，首先是引入了一个全民都可以自由参与的点对点交易的形式。让每个人都可能有权利、有机会成为一个记账节点。那在什么情况下可以拥有这个节点的资格？在不同的公链体系里面，是有不同的要求、机制和算法来做制约的。

比特币，从2009年1月3日第一个创世块产生。经历十多年的时间，一直兴盛不衰，成为整个区块链的共识。就是因为它从底层上就做到了一个很好的机制。它完整完善的加密算法，真正能够在业内，经过历史的时间沉淀，证明它的安全性以及稳定性的共识机制。这就是我们今天晚上分享会的一个重点，要注意POW算法的机制，以及它的共识机制。

先说一下挖矿。在比特币的世界里面，挖矿其实就是一个基于记账权的争夺。然后呢，通过争夺到这个记账权之后，享受到比特币网络协议的一些回馈。这个回馈，主要是有两个部分，第一个是出块固定的机率值；第二个是交易的手续费。在出块儿这方面，从2009年初创世区块产生，那时候每个块儿的奖励是50个比特币。目前已经经过了两轮的激励减半儿的机制。

矿机演变过程

就挖矿的工具而言，在2009年1月3日，比特币的第一个创始区块产生的时候，中本聪本人完全是基于一台CPU，一台常规的计算机。接下来，2010年九月份出了第一个显卡的挖矿软件，就是矿软。显卡的算法已经明显优于CPU，大概有几十倍的升幅。

在CPU的计算逻辑里面，它既有控制单元，也有计算单元。控制单元可以理解为就是逻辑上的一些调度；计算单元就是执行、计算类似加减乘除这样的计算。CPU的框架决定了它有30%以上的单元适用于控制单元。也就是最多有70%作为计算单元。

但是在GPU里面，它把控制单元做了极大的弱化。也就是说，在应用GPU矿机，就类似于让一群不是特别灵光但是很强壮的人去接受一些指令。这样相信大家就可以理解了，CPU它可以非常迅速地执行哈希算法。

从2010年9月第一个显卡挖矿软件发布之后，就直接导致了当时整个市面上GPU”一卡难求”，那甚至导致了很多游戏的玩家们的愤怒。当时做矿软并支持挖矿软件是比较好的，包括AMD等这些做显卡的主流公司。截止到目前为止，很多区块链的攻略，还是能够很好的支撑GPU的挖矿。

从CPU开始起步，到过渡到GPU的挖矿硬件。2013年是一个重要的转折点。当时出现了一个FPGA的一个挖矿算法。FPGA是什么呢？

如果类比CPU是一个通用型的计算单元，GPU是一个应对简单但是运算量超大的单元，那么FPGA就是一个可编程的可定制的。他可以通过刷内置软件的计算方式。通过固化算法，我们只考虑对哈希256的算法支持，提高了计算的能力。

现在目前大家都知道，在FPGA框架下，对整个哈希256的算法单位里面，运算能力已经达到了20—30G左右。FPGA在市面上的战略时间并不是很长，很快呢，就被ASIC算法来替代。它比FPGA进一步弱化通用性，但是强化了对哈希256算法的支持。

ASIC从出厂开始，已经把所有的计算逻辑全部固化在硬件单元里面。这也导致每一台矿机，它只能应对某一条公链儿。除非是像BTC和BCH完全基于同一套加密算法这样的公链，是可以用同一台矿机的。从ASIC矿机开始，事实上就形成了对区块儿的算力垄断。

坦白讲，从某些方面上，确实是有违中本聪对于区块链设计的初衷的。因为他设计理念认为，每一个拥有CPU的人都有可能成为比特币的一个节点。

只有大量节点的参加、大量的算力的保障支撑，才能够更好的对比特币网络安全的保障。但是自从ASIC的算法出来后，就出现了大家熟悉的矿霸。

这其实也是值得我们中国人骄傲的一件事吧。第一台南瓜机，以及第一台ASIC矿机都是从中国出来的。到目前为止，世界上三大最厉害的矿机厂商也都在中国。

自从ASIC矿机在市面上普及之后，算力的竞争以及技术的竞争，变得非常白热化。咱们经常听到的：一个矿机是多少多少纳米。它本质上是什么呢？指的是在一个同等的晶圆上面刻录，这个芯片运算单元的能力。从最开始的时候都是100多纳米。从100多纳米到55纳米，再到28纳米，后来是16纳米、14纳米、10纳米。目前最先进的是7纳米。

挖矿究竟是什么？

刚才大概介绍了一下整个行业里矿机它的演变过程。接下来说一下挖矿。挖矿的动作就是在比特币主网中交易的确认，交易的打包，以及把打包的结果——就是所谓的块儿，进行一个全网广播的一个过程。

你可以这样理解，在比特币的网络里面，任何一个节点都可以接受交易的发生。

第一步、在全网里面有一个专门交易池的概念，所有的交易都首先转到交易池里面。

第二步、在比特币的工作原理里面，每十分钟比特币的网络出一道哈希256的计算题，这个题的难度是可以随时依据全网算力调整的，根据算力再调整我们的挖矿难度。这样就能够确保平均每十分钟出一个块。

当这道数学题发出来后，全网的每一个节点，都可以进行哈希碰撞。这个碰撞它是没有任何技巧可言的。纯粹就是拼自己的计算速度、计算能力。也就是说，平均每秒钟你能做的哈希运算的次数够高，才有可能取得更高的概率来获取这个记账权。

当你在一个极其偶尔的情况下做随机算法，解答了这一难题之后，它马上全网广播。

首先声明是这个节点基于当前的计算难度破解这个难题。第二步就会把交易池中，它经过自己的逻辑去挑选一批交易进行打包。这些交易是以目前比特币主网的交易大小以及这个区块儿头的大小分配的。

这每十分钟出一个块儿，最多放4000笔交易。就导致，就一个算法出来，我们的比特币主网大概每秒的计算能力（TPS）是6.67笔。从应用的角度上，对我们现实生活中的交易场景是不能做很好的支撑的。也恰恰是因为这一点，才确保了比特币主网的安全，稳定健壮。

在不同的公链体系里，每一次都是出一个块儿，通过时间戳的方式把这些块儿链在一起，叫做块链式结构。

在不同的公链里面，基于共识协议的不同，就导致能有POW（工作量证明）机制、POS(股权证明)机制，DPOS(股权代理投票)机制。

POW，就是多劳多得。谁干活儿，干得越多，越可能获得记账权，并通过记账权，获得记账的收益。

POS可以简单理解为，占有的资产越多，就有可能获取记账权进而获取激励。

DPOS就类似于选举机制了，大家把票投给一些自己认可的节点，节点拿到记账权之后再进行下放分发。

先有比特币，还是先有区块链

如果从纯技术角度而言，其实这个世界上是先有比特币，后有区块链的。所以任何一个做区块儿的都绕不开比特币的研究。

在这个世界没有区块链概念之前，最开始是中本聪结合了当时的一些P2P协议，基于加密算法。然后自己创造性地做了一个共识机制，然后做的比特币出来。但是比特币在当时的场景下面确实不能满足很好的一些商业诉求，才有人把比特币的一些底层的框架进行一个抽取，抽取之后就形成了一个区块链这个概念。

在比特币的世界里面，为了保证点对点交易的安全，引入了大量的加密算法，其中最重要的就是哈希256。用在什么地方呢，比如说大家知道了这个钱包地址，其实他就是一个公钥，我们自己每个人保存着。

不管是私钥也好，资料也好。它跟公钥是一种非对称加密的机制，这个在对称加密的机制里面，我们可以理解为一把钥匙开一把锁，我通过锁的机制也可以还原出钥匙来。但是在哈希256体系里面，你永远不可能通过公钥计算出私钥。这种机制就确保了整个的通讯存储的安全。

观众提问

· CPU就是我们的电脑计算单元，什么逻辑都能跑；GPU就是显卡，更胜任高强度的并行计算？可以这么理解吗？

CPU当然也是固化的，只是在同等情况下内置的逻辑控制单元更多，可以处理更多的通用场景

· FPGA可以理解为电路板挖矿吗？

都是电路板，FPGA可以刷里面的算法逻辑软件而已。

（作者：FutureMine，内容来自链得得内容开放平台“得得号”；本文仅代表作者观点，不代表链得得官方立场）