比特币挖矿三篇（2）：密码学原理、硬件知识与发展简史|选号

上一篇文章用养鸡场的商业模式对比了比特币矿场，导致矿机公司、矿场、矿池、矿机托管、二手矿机市场、云算力、算力和比特币挖矿整个生态的其他基本图。今天是三篇挖矿文章中的第二篇，主要介绍比特币的数学原理、密码学和硬件知识，以及比特币矿机的发展简史。

继续以易于理解的简化形式描述这样一个过程。

为什么会有 2100 万比特币？

抛开设计师的经济概念，直接说数学概念。从 2009 年 1 月 3 日开始，一个区块大约十分钟。一个区块的奖励为 50 btc，4 年后减半。变成 25 btc，再过 4 年继续减半，以此类推。

目前处于第三阶段，即包块奖励为12.5，明年减半为6.25。

使用数学公式计算。

一小时有6个十分钟，一天有24小时，一年有365天，四年减半。已经减半了，也就是按比例顺序排列。

总比特币 = 50 x 6x 24 x 365 x 4 x (1+1/2+1/4+1/8+…+1/2^n)

上式约等于2100万，其中(1+1/2+1/4+1/8+...+1/2^n)是比例数列，数学上等于2.

也可以看出，前四年挖出的比特币数量是1050万，是一半，然后第二年挖出的比特币数量是10.50的一半，也就是525万第三个四年周期是 525 万的一半，即 262.50,000。现在是第三个周期的尾声（2020 年 5 月和 6 月减半），所以很多新闻都说比特币目前的“流通量”是 1700 万或 1800 万。您可以使用计算器添加它。这是数字，但有数百万可能已经永久丢失，流通量明显低于产量。

备注：挖矿奖励其实有两部分，一是区块奖励，二是十分钟左右发生在全网的比特币交易费。后者占的比例很小，在目前的收入计算中可以忽略。

引用之前养鸡场的逻辑，母鸡下的是金蛋，但是有些金蛋丢失了，所以总流通量低于产量。

简单提一下经济模型，这就是通货紧缩模型，经济模型没有大的创新。中本聪（这个人还是这个组织）是否有诺贝尔奖级别的贡献与这种通缩模式无关。因为它是一个非常简单（且相对粗略）的经济模型。历史上没有一个国家用这种模式来实现经济繁荣。本文只讨论数学模型。

比特币挖矿的流程是怎样的？密码学原理是什么？

简单地说：解决一个数学问题，广播它，验证后获得区块奖励。其他矿工收到信息后，放弃解决这道数学题，转而去下一道数学题，争取出块奖励。以此类推。

具体来说，这里的数学问题是利用密码学的一个知识：单向哈希函数

单向哈希函数，又称哈希函数，在比特币中哈希函数为SHA256.

我之前写过很多关于密码学的文章比特币挖矿历史，你可以参考（《比特币中的密码学：哈希函数的五个特征与挖掘原理》），这里也简单介绍一下。

SHA256是一个哈希函数，SHA（信息）=256位二进制数，输入任何信息，可以是《红楼梦》可以是一个字等等，可以快速得到256位二进制稍微改变一下输入信息，结果会很不一样，而且输入信息不能和结果信息倒过来。

对于二进制，前面的0越多，数字越小。如果范围小于或等于这个数字，则表示二进制数字前面的0越多，范围越窄。猜一下。输入值越困难。

SHA256 (SHA256(info+x)) 小于等于目标值（target）。

用矿机找或猜x，知道条件满足。这是采矿。

公式中的信息为区块头信息，包括version、pre_hash、merkle root、ntime、nbits等信息，随着区块高度和时间的变化而变化，猜测x值也可以写成作为一个随机数。不管你写什么，都不会影响你对比特币挖矿的理解。您可能知道会发生这种情况。

挖矿过程只用到了单向哈希函数的特性、公钥加密、签名、验证等概念，不用担心，这个解题过程是不必要的。

如果还是不明白，请忽略上面单向哈希函数的说明。简单粗暴的理解是解决一个数学问题。而这道数学题只能靠猜测来解决，没有合理的操作方法来解决这个问题。

硬件知识及矿机发展简史

这道数学题最初是由 CPU 完成，然后是 GPU 显卡挖矿 Mine，然后是 FPGA，然后是现在主流比特币挖矿的 ASIC 芯片矿工。

CPU可以处理复杂的问题，但是这个解决问题的过程不需要这么复杂的头脑，努力去猜测就行了。因此，最好使用 GPU 并行计算等相关特性。最著名的公司是英伟达和AMD。在矿圈中，前者称为N卡，后者称为A卡。

GPU有功耗等缺点，所以使用FPGA。深圳有一家很不错的无人机公司叫大疆，背后用的是FPGA。 GPU 和 FPGA 在人工智能中有很多应用（知识扩展，与今天的主题无关）。

FPGA是现场可编程门阵列（再次提醒：所有不懂的概念，不要纠结，直接跳过）比特币挖矿历史，说白了，容易编程，容易调整。但是，功能还是太多了。我只想要一个能把元宵装进盒子的人，不需要大学生博士，继续简化，ASIC芯片就出现了。

“我只需要一双手，而你给了我一只手”——亨利·福特

现在的AISC本质上是只有一双手的简化，只解决了这一个功能问题。

与CPU相比，CPU是博士生和生产线工人的竞争。谁能快速将元宵装箱，由于优秀的融合，成了博士生和110名生产线工人比赛，看谁装扮元宵最快。结果可想而知，所以现在比特币挖矿只使用ASIC芯片矿机。

矿机开发的逻辑上面已经解释过了，历史部分简述如下：

2009年1月3日，中本聪使用CPU挖矿； 2010年9月，随着GPU挖矿，2011年推出FPGA。2012年8月，炒猫众筹ASIC矿机。那时，世界矿业开始向中国倾斜。 2012 年 11 月，大约四年前，btc 首次减半。从2009年开始。2013年初，烤猫继续干。 Avalon ASIC矿机问世，也是国内最早一批ASIC矿机。母公司是嘉楠耘智，最近在纳斯达克上市，股价暴跌。

2013年底，很多第一代学生进入市场。中国出现了两个大型矿工和货币投机者。第一次是2013年，第二次是2017年。一条大杨线，千军万马相会，就是这个意思。 2014 年之后的历史很容易在网上找到。烤猫2015年1月失踪，神秘失踪，为什么失踪，是被人谋杀，过马路被外星人带走，还是因为矿机慢慢不够好，人跑了嘛，我们不管关于这个东西，这不是八卦文章。烤猫同志为比特币挖矿做出了巨大贡献，在此向烤猫同志致敬。

之后的故事大家都知道了。比特大陆的崛起在2017年和2018年占据了全球市场的80%以上。根据过去一年的数据，比特大陆的矿机大约有60%，蚂蚁矿机、神马矿机占20%+。这里的委屈和纠结以及具体的市场比例，有兴趣的请自行查看。

本文讲了三个部分：比特币挖矿的基本原理、矿机简单知识、矿机发展简史。

结合三篇挖矿文章的第一篇和第二篇，可以了解整个比特币挖矿行业的全景。下一篇是关于算力、云算力、电费、退货周期、利润核算等内容，一堆公式会出现，别着急，一个手机计算器就可以了。敬请期待。