比特币挖矿三篇（2）：密码学原理、硬件知识与发展简史|火星精选

上一篇文章以养鸡场的商业模式类比比特币矿场，提炼出整个比特币挖矿生态的基础，如矿机公司、矿场、矿池、矿机托管、二手矿机市场、云计算能力和计算能力。图片。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的过程。

为什么有 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，一个区块的奖励是 50 btc。4年后减半为25个btc，4年后继续减半，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。

使用数学公式进行计算。

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)为比例数列，数学上等于2。

还可以看到，前四年挖出的比特币数量为1050万，即一半，然后在后四年，挖出1050万的一半，即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，二是十分钟左右全网发生的比特币交易手续费。后者占的比例很小，在目前的收入计算中可以忽略不计。

引用之前养鸡场的逻辑，母鸡下的是金蛋，但有些金蛋丢失了比特币交易原理，所以总流通量低于产量。

简单来说就是经济模式，这就是通货紧缩模式，经济模式没有大的创新。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？密码学的原理是什么？

简单来说：解决一个数学难题，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。等等。

更具体地说，这里的数学问题是使用密码学的知识：单向哈希函数

单向哈希函数，又称哈希函数，比特币中的哈希函数为SHA256.

之前写过很多关于密码学的文章，大家可以参考（《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。稍微改变一下输入的信息，结果就会有很大的不同，而且输入的信息不能和结果信息颠倒过来。

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，说明二进制数字前面的0越多，范围越窄，越难猜测输入值。

SHA256 (SHA256(info+x)) 小于或等于目标值（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。它随着区块高度和时间的变化而变化。要猜测的x值也可以写成nonce，写成不重要，不影响对比特币挖矿的理解，大概知道有这种东西就够了。

挖矿过程仅使用单向哈希函数的特性、公钥加密、签名、验证等概念。

如果还是不明白，请忽略上面对单向哈希函数的描述，简单粗暴地理解为解决数学问题。而解决这个数学问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。

硬件知识与矿机发展简史

做这道数学题最初是由 CPU 完成，然后是 GPU 显卡挖矿，然后是 FPGA，然后是主流比特币挖矿的 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 并行计算等相关功能。最著名的公司是英伟达和AMD。在矿圈，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，与今天的话题无关）。

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，直接略过），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节装进盒子的人，不需要大学生博士，继续简化，ASIC芯片就出现了。

“我只需要两只手，而你给了我一只”——亨利·福特

现在AISC本质上是一个简化的产品，只剩下一双手，解决的也只有这个功能问题。

与 CPU 相比，CPU 是博士生和能快速将元宵装进盒子的生产线工人之间的较量。由于融合得很好，变成了一个博士生和上万名能打包元宵的生产线工人的比拼。快速打包。结果可想而知，所以现在比特币挖矿只使用ASIC芯片矿机。

上面已经解释了矿机开发的逻辑。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月比特币交易原理，进行GPU挖矿；2011年，拥有FPGA；2012 年 8 月，炒猫众筹 ASIC 矿机，那个时候开始世界矿业向中国倾斜。2012 年 11 月，btc 首次减半，距离 2009 年近四年。2013 年初，烤猫继续干涸。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，这家公司最近在纳斯达克上市，股价暴跌。

2013年底，大阳线，众多一代学子入市，国内出现了两家大型矿工和投币商。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。2017年和2018年，比特大陆的崛起占据了全球市场80%以上的份额。根据过去一年的数据，比特大陆的矿机蚂蚁矿机占比超过60%，神马矿机占比超过60%。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、矿机的简单知识、矿机的发展简史。

结合三篇挖矿文章的第一、二部分，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、投资回收期、利润核算等，一堆计算公式会出现，别着急，一个手机计算器就可以了。敬请关注。