比特币挖矿

比特币中有两种节点，一种是全节点，一种是轻节点


比特币网络中大部分节点都是轻节点，如果只转账不挖矿，那么运行一个轻节点就可以了。在挖矿过程中，如果你监听到别人发布了一个区块，这个区块是合法的，这时候你应该停止已有的挖矿，然后重新在本地重新组织一个候选区块，重新进行挖矿。为什么？因为你要沿着新发布的区块往下接着挖的话，本地所组装的区块中包含的交易就会发生变化，有些交易可能已经被包含到新发布的区块里面了，另外block header内容也会变化，像merkle root，指向前一个区块的指针，所以要在本地重新组织一个候选区块，重新进行挖矿。这样做是否可惜？不可惜，因为挖矿是无记忆性的，所以无论继续挖原来的区块，还是停下来改成新区块，成功的概率是一样的，只要当前还没有挖到符合要求的nonce值，前面已经挖了多少和结果没有关系。即使挖到了合法区块，发布出去，也不是说就成功了，有可能发布的区块最终不在最长合法链上。

比特如何保证安全？

一方面是密码学的保证，一方面是共识机制

别人没有你的私钥就没有办法伪造你的签名，所以不能转走你账上的钱，注意，前提是系统中拥有大多数算力的矿工是好的，是遵守协议的，不会接受那些没有合法签名的交易，如果没有这点，密码学上的保证就没有用武之地。比如，你去银行取钱，按照规定，取钱得出示合法证件，银行工作人员才能给你钱，这个合法证明就相当于密码学上的签名，密码学的性质保证别人没有办法伪造你的签名，也就没有办法伪造你的身份。所以，产生私钥的时候要有好的随机源，产生的随机数要足够随机，但是光有这点也是不够的，银行的工作人员也要遵守规定，不会把钱交给没有合法证件的人， 只有这两条合在一起才能保证别人不能转走你的钱。

第一代设备是用CPU去挖矿，但是单独买一台计算机去挖矿是很浪费的，计算机大部分内存都是闲置的，挖矿只用到其中很小一部分内存，硬盘和其它资源都是限制的，CPU当中大部分的部件也是闲置的，因为挖矿当中计算hash的操作只用到了通用CPU中很小一部分指令，所以随着比特币挖矿难度的增加，用通用计算机去挖矿已经变得无利可图了。
第二代设备是用GPU去挖矿，GPU挖矿比CPU挖矿效率提高很多，GPU主要用于大规模的并行计算，但是GPU用来挖矿其实还是浪费，因为GPU是为了通用并行计算而设计的，用来挖矿的话仍然有很多部件处于闲置，比如说用于浮点数运算的那些部件，这些部件对于深度学习来说是很重要的，但是比特币的挖矿只用到了整数操作，所以GPU挖矿效率比CPU高但仍然有不少浪费。
第三代设备是用ASIC芯片去挖矿，这是专门为挖矿设计的芯片，上面没有多余的电路逻辑，整个芯片就是为了比特币挖矿计算hash而设计的，它的性价比是最高的，而且为某一种加密货币设计的ASIC芯片只能挖这一种加密货币，挖别的就不行，除非用同一个mining puzzle。

总的演化趋势是通用计算→通用并行计算→挖矿专用

挖矿另一个趋势是大型矿池的出现

单个矿工即使用了ASIC芯片，挖矿从平均收益上来看是有利可图的，但是收入是非常不稳定的，因为比特币系统平均10分钟产生一个区块，这是针对所有矿工而言。具体到某一个矿工，他可能要很长时间才能挖到一个区块。单个矿工还有另外一个问题，他除了挖矿还要承担全节点的其它责任，那怎么办？矿池在这种情况下诞生了。所谓的矿池就是把这些矿工组织起来，矿池的架构通常是一个全节点驱动许多矿机，一个矿池有一个矿主（pool manager），下面有许多矿工（miner），矿工只负责计算hash，全节点的其它职责都用矿主承担。矿池的出现还有另外一个目的，解决收入不稳定的问题，大家一起干，挖到矿了大家按工作量分，工作量如何证明？原来矿工要找到一个nonce使得block header 的hash值前面至少70个0是合法的，现在我们降低挖矿难度，比如说前面60个0即可，这样挖到的叫一个share，也叫almost valid block，矿工挖到这样的share后把它提交给矿主，矿主拿到这个区块没有任何用处，除了作为矿工的工作量证明。等到某个矿工真正挖到了区块，按照提交的share数量进行分红。
这里有一个问题，矿工会不不把挖到的share全部提交给了矿主，而挖到的真正区块自己发布了？这是不可能的，因为每个矿工的任务是矿主分配的，矿主组装好一个区块，然后交给矿工尝试各种nonce，光是调整nonce是不够的，还要调整coinbase域，所以矿主把不同的coinbase域所对应的不同nonce范围交给不同矿工去尝试。区块里面的coinbase-transaction（铸币交易）里面包含收款人地址，这个地址填的是矿主的地址，所以矿工挖到区块之后不提交给矿主是没用的。
还有一个问题是矿工有没有可能捣乱，比如说平时挖到的share给矿主，等到挖到真的区块，把它扔掉。这种情况是有可能，但是这对于个人来说并没有任何好处。唯一的好处是，矿池之间是存在竞争的，矿池可以派一些矿工去别的矿池捣乱。

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