深入浅出的解释挖矿到底是什么

许多人眼见现在比特币和加密货币价格攀升，成天嚷嚷着当时如果不读书去挖矿该有多好，但往往并不了解在挖矿究竟是什么情况，也并不完整了解挖矿与矿机的发展背景，因此本文将带领读者回溯至比特币刚出现之时，说书般的走过挖矿演进的历史。

在比特币号称价值储存可比黄金的今日，大众都对区块链与加密货币感到好奇，不少投资加密货币暴富的传闻在社群间流传，许多开荒元老级的矿工也真的获益匪浅，但天下没有白吃的午餐，比特币和挖矿真的有这么容易吗？

一台电脑，可以是什么？

对于洪荒年代的矿工而言，若坚持挖矿，并且没拿去买比萨，那现在看来简直有如拥有一台印钞机，这说法并不夸大。

2009 年时，若你就知道比特币，用你的个人电脑就能轻易挖到巨量的比特币。

但这前提是，当年你就了解比特币所具有的价值，以及将带来的革命，并且把这些比特币留到今日。

多数当时参与挖矿的矿工们，属于黑客或工程师，他们大多抱持着玩玩或实验的心态进行挖矿，挖到的比特币也不具备实际的价值，甚至被拿来作为黑客之间娱乐性的积分比较。

正因为这样的心态，再加上挖矿会造成电脑过热、零件耗损、风扇高速运转发出噪音等缺点，许多矿工挖几天就停了，可见要成为开荒者，绝不是件容易的事。

究竟挖矿是什么？

• 分布式帐本

要理解挖矿，必须先由比特币区块链是什么谈起，简单来说，比特币区块链是个记录交易的帐本，你可以想像这个帐本的一页就是一个区块，而把每页接在一起，就成了区块链。而这个帐本因为一直有新的交易产生需要被记录，所以不断的更新，每十分钟比特币区块链就会生成一个新的区块，这个区块记录了过去十分钟的交易。

这样记录交易的工作，也可以在银行或一些支付系统中看到，但一个重要的差异点在于，在银行或公司中，这些交易记录是被存放于中央数据库。

而区块链帐本则是存放于每个参与挖矿的节点中，因此我们称之为「分布式帐本」。

• 记帐的矿工

但在没有中央伺服器来记帐的情况下，谁来记帐呢？

没错，正是我们所称的矿工，而挖矿就是这记帐的工作。

所有连接到区块链网路的节点都可以成为矿工，而比特币发明人中本聪则想出了「工作量证明」做为选择谁来记帐的机制。

争夺记帐权：解题与算力

所谓的工作量证明，简言之，要记帐就要先解出一道与上个区块相关的数学题，谁先解出谁记帐。

但这数学题有个前提，那就是要很难解，但验证对不对很容易。

在比特币区块链解这道数学题的定义为「以sha-256 算法碰撞哈希值（杂凑值）」，这个过程可以想像为掷骰子。

我们假设掷骰子要掷出小于五的数，那个人为正解，要掷出小于五要靠机率，但算其是否小于五相对容易许多。

如果今天骰子很少这很简单，但若今天是要掷一亿颗骰子，而要掷出小于一亿零五十，就变得相当困难。但要验证有没有小于一亿零五十却还是很容易。

因此矿工必须不停地尝试随机数，算出解答的速度不一，有时很快就算出来，有时却要很久，这个不断尝试的过程就成了矿工们的工作量。

而每秒能尝试多少随机数，也就是每秒能进行多少次哈希碰撞就是「算力」。

奖励机制

矿工不会无缘无故费力解题，因此记录帐本的奖励就是获得随着区块生成的比特币。

中本聪设计最初记录一个区块可得50 枚比特币，每记录21 万页帐本，奖励就会减半，变为25 枚、12.5 枚…… 这个减半大约很四年进行一次。

这个随机解数学题和奖励减半的设计，形象上很像挖掘矿藏，挖金矿也是随机的，一开始金子很多，很容易就挖到，随着金子越挖越少，变得越来越难挖。

这就是「挖矿」之名的由来。

用什么挖矿？

• CPU 开荒

最开始的洪荒之年，主要是靠CPU 来挖矿的，因为这是最为普及的运算设备。

当时挖矿难度很低，只靠CPU 就可以轻松挖到很多比特币，虽然CPU 的算力很小，但产量非今日可比。

随着比特币越来越多人知道并参与挖矿，再加上奖励减半的机制，CPU 挖矿的产量逐渐减少，矿工们开始思考有什么算力更高的设备。

• GPU 壮大

他们把念头动到显示卡（GPU ）身上，显示卡因用于处理图像数据，需要大量的并行运算能力。

比起功能多元，强调逻辑运算能力的CPU ，显示卡处理简单并行数据的能力大胜一筹。

由于挖矿的过程实际上就是暴力解密，普通的显示卡就有上千个流处理器，当然胜过一般CPU 才四核的状态，因此我们迎来显示卡挖矿的时代。

在这年代，是挖矿人最多之时，他们也经历了2013 年附近比特币的暴涨与暴跌，那年比特币从2 月的20 美元、4 月180 美元持续暴涨，11 月28 日比特币首度冲破1000 美元大关来到1124.76 美元，一枚比特币价格首次超越一盎司黄金。

但由于应用不多，价格逐渐下滑至700 美元附近。

虽然比特币的波动性巨大，但比特币全网算力却是持续加速飞涨，从2010 年前CPU 到2011 后的显示卡，全网算力在一年内增长了10000 倍。吸引大量民众加入挖矿的行列。

• FPGA 的短暂年代

从CPU 、GPU 到现场可程式逻辑闸阵列FPGA，FPGA 可以视作现在职业ASIC 矿机的前身，也开启了中国开发矿机的大航海时代。

中国第一台FPGA 矿机在2011 年出现，由号称「矿机教父」的「南瓜张」（ngzhang ；张楠赓）为外国人所订制，这台矿机被称为「南瓜机」，而南瓜张在这期间始终保持低调。

虽然FPGA 矿机的算力并不一定比当年的高规显示卡高，但其耗电量却差了将近40 倍。

国际黑客团体（Anonymous）7,500万美元比特币基金最新进度

国际黑客团体匿名者（Anonymous）在11月13日发表了声明表示，将透过该组织成立的「匿名基金（Unknown Fund ）」，向许多研究开发隐私安全技术的组织或企业捐赠了价值7,500万美元的比特币

当然，挖矿还是要赚比特币的，因此对于更高算力的要求促使ASIC 矿机的出现。

我们可以将FPGA 视为转换至ASIC 的过渡期，这过程大概只维持了半年。

• 特殊积体电路ASIC，一开始是为了「拯救世界」

在2012 年，美国的蝴蝶实验室宣称他们开发了远胜现在算力水平的ASIC 矿机，并开始众筹，这是史上第一次的矿机众筹。

由于ASIC 矿机的运算能力太过惊人，可能超过全网的51% ，使他们可以窜改交易纪录，这将摧毁比特币世界。

因此南瓜张为了「世界和平」站了出来，着手开发ASIC 矿机，要与之抗衡。

他与郭逸夫所开发的ASIC 矿机称为「阿瓦隆矿机」，三代加起来也不过1500 台，一度在中国被炒至25 万人民币一台。

阿瓦隆一代矿机算力据称是当时最高端显示卡的50 倍，一天能挖出357 枚比特币，如果照当时的价格计算，这相当于一天赚进3 万多美金。

这是属于南瓜张的年代，他后来宣布不在出售矿机，转而开发ASIC 晶圆芯片。

• ASIC 垄断，比特大陆王者降临

自ASIC 矿机出现，CPU 、GPU 、FPGA 都被比了下去，ASIC 矿机的算力大概是显示卡挖矿的200 倍，而功耗则差异不大。

因此，市场对ASIC 一直是需求大于供给，庞大的商机前，许多公司也开始加入市场竞争，市面上突然冒出数十家矿机生产商。

其中又以烤猫和比特大陆为最，烤猫推出的USB 微型矿机，由于单个ASIC 芯片很小、功耗又很低，每个这样的矿机相当于一片中高端显卡，功耗却不可同日而语。

不过烤猫后来研发受挫，公司归零。

2013 年，比特大陆也推出他们第一代的蚂蚁矿机，之后在2016 年推出高性价比的矿机S9，内置189 个ASIC 芯片，此后比特大陆霸占矿机市场。

该公司2017 年的净利润高达150 亿人民币，截至2018 年比特大陆拥有70 ％至80% 的矿机市场份额。

曾经的王者南瓜张所属的嘉楠耘智信息科技有限公司没像比特大陆一样一飞冲天，也不像烤猫的失败作收，他们转型做矿机晶圆，虽有其市场，但流通性并没有那么高。

这样的政策变化加上比特币大跌等因素，即使其阿瓦隆芯片表现不错，该公司依然不再称王。

随着比特大陆的刀片模组化矿机带来更高的集成度，在半年内，从全民参与的状态，大为改变成寡头垄断。

市场竞相开发或争取最新的ASIC 产品，试图在算力上赶超那些寡头，但目前并未出现这样的超级运算矿机。

• 矿池

随着全网算力的运算水平指数等级的上涨，挖矿难度大为增加，即使拥有数个ASIC 矿机或少量的算力，几乎都挖不到比特币了。

因此黑客们开发出一种可将少量算力整合运作的网站，这被称为「矿池」。

在矿池中，直接关乎的不是你有没有解出哈希值，而是联合全矿池矿工的算力一起进行哈希碰撞，从而提高机率值，累积已经相对极低的比特币奖励，并作分发。

藉由这些矿工将矿机接入矿池，提供各自的算力，他们也可以根据矿池的分配模式获得收益。

目前矿池的奖励分配模式大致有三，分别是分红式有赚有分的PPLNS 模式、依算力占比提供每日基本收益的PPS 模式，以及以算力计算并提前支付的PROP 模式。

目前全球算力前五的矿池为：蚂蚁矿池（Antpool ）、国池（BTC.com ）、BTC.TOP 、ViaBTC 、F2pool ，而全网算力约70% 由中国矿工提供。

• 挖矿的未来

在比特币区块链方面，ASIC 矿机不断推陈出新，矿池更联合矿工算力。

大型挖矿公司寻找更高算力产品或性价比更高的产品，一方面提升矿机量，另一方面提升单一算力。同时这些公司也找寻全球电力成本低廉的国家，节省挖矿成本。

个别矿工则有样学样，加入矿池，提升算力占比。

不过显示卡挖矿，并未被完全淘汰，由于不同币种之间演算法的差异，造成许多山寨币成为显示卡挖矿的乐园，他们淡出比特币舞台，开挖莱特币之类的山寨币。

当然ASIC 矿工们并未满足于比特币挖矿，于是许多ASIC 矿机也针对不同币种演算法进行设计，逐近吞吃山寨币显示卡挖矿的比例。

虽然许多人认为量子电脑将会攻破比特币网路，中本聪也如此承认，不过考量到量子电脑还在理论层面，实现之日未知。

再加上量子电脑设置成本巨大，本身设计也非用于挖矿，拿来挖矿实在太过浪费，我们可以断言量子电脑攻破比特币网路的可能性并不高。

性价比高的矿机

蚂蚁S9 （Antminer S9 ）以其节能和算力不错著称，属市面上最主流的矿机，性价比相当高。

云豹A1则被称为「工业级矿机」以其核心算力著称，49TH/S的算力约为主流矿机的3至4倍。

阿瓦隆761 （AvalonMiner 761 ）以其价格低廉可大量采买著称，可以以量补足其相对较低的算力。

神马M3 （WhatsMiner M3 ）以替代性高和保固长著称。

阿瓦隆821 （AvalonMiner 821 ）算力比761 高，但价格也较贵。

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