比特幣的算力分析

時間 2019-11-17

標籤比特分析欄目比特幣简体版

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比特幣是近年興起的一種新的虛擬貨幣，它的一個突出特徵，就是去中心化，即不存在一個或者多個固定核心做爲交易樞紐。交易只存在於買賣雙方之間。html

現以國內比較流行的礦場模式爲例，整個比特幣的生產流程能夠劃分爲如下幾個環節：算法

1.概念的提出服務器

去中心化和競爭機制，最先存在於中本聰（傳說中的比特幣創始人和開發者）的大腦裏，是其日積月累的思想的產物。在他看來，貨幣做爲一種載體，能夠更好的實現去中心化這個思想。並且這其中也牽扯到中本聰對後續具體工做的一些思考和規劃。工具

在這個環節中，沒有任何算力參與其中，一切運做都是在大腦這個有機體內進行的，但卻能夠稱爲比特幣這個大項目的火種。佈局

2.交易系統的邏輯性能

比特幣做爲一種虛擬貨幣，前期不須要實際的造幣工場或者ATM機的參與。可是貨幣的本質是支付手段，也就是說，它必須能夠進行交易。這個又涉及一個關鍵，兩個核心。一個關鍵是指，一種爲大衆承認的合法憑證；兩個核心是指，交易有效性的確認，以及交易雙方的身份鑑定，也就是對憑證擁有的合法性，或者來源合法性的確認。區塊鏈

要解決上述問題，須要用到密碼學，計算機科學的一些先驗知識，來作可實現性的考量，其中難免須要對實體貨幣交易有必定的理解。但最重要的，這個環節是對上一個環節的產出品，它是對比特幣思想概念的貫徹執行。測試

在這個環節中，不可避免的要用到一些算力，好比電腦，手機，或者搜索引擎，或者Word之類的文本編輯工具。優化

3.交易系統的實現搜索引擎

交易系統的本質就是實現貨幣的流轉和記帳。實際上比特幣系統也只保留了這兩項功能。交易系統的核心工做就是保證公平，即防止假帳本和假的帳本信息。

貨幣的流轉使用到一種叫區塊鏈的技術，其核心功能是對帳本的流通曆史（區塊）進行記錄和加密。簡而言之就是運用屢次哈希防止非法篡改。哈希的原理有點相似二戰時期德國人的恩格瑪加密機（又稱迷機），就是錯亂對應。在算法上，它比恩格瑪先進的地方有兩點，一是用運算替代字母表實現映射關係，二是從單點映射變爲多點映射，即定義域大於（通常狀況是遠大於）值域，這樣一來逆運算是不可能實現的。可是對應的關係，在多機率狀況下依然正確。

因此哈希算法的特色就是，輸入敏感，改動一個bit，結果差異巨大；二是反向運算（暴力攻擊）計算量遠高於正向運算量。

在區塊鏈技術中，實際上運算量更大，由於須要求出一個聯立哈希方程組的解。並且這個帳本的合法性每一個人都是能夠驗證，你只須要從新解一遍帳本的方程組便可。

若是有人要篡改歷史數據，就須要改動方程組，改動一個，後續的全部方程組都須要從新計算，這樣一來運算量就會成倍增長，即攻擊者要比誠實交易者多出成倍的計算量。

這個環節須要運用大量軟硬件算力，好比高性能的PC機或者工做站，集成開發環境（IDE）或者獨立的工具鏈，軟件管理工具，測試工具等。

4.礦機的研發和製造

交易系統裏面須要的一個虛擬物件就是帳本，所謂的挖礦，實際上就是獲取給帳本登記信息的權限。要得到這個權限必須儘量快的解決一道計算難題，最快者將會得到若干比特幣的獎勵。因此，解題速度越快，則獲取比特幣的機率越大。

這道難題就是SHA256算法，裏面牽扯了六種位-邏輯運算，通過循環，補零，翻轉等等步驟，求出一個散列值。這種並行邏輯運算結構極其適合拿GPU或者FPGA進行運算。這也催生了專門用於計算SHA256的設備-比特幣礦機。

礦機設計製造涉及電子機械結構等諸多環節。在電子設計環節，須要CAD工具的參與，包括原理圖-PCB製版工具，GPU開發須要專用的工具鏈，FPGA的實現則離不開佈局佈線，優化和仿真工具；在機械設計環節，則須要2D-3D繪圖或者建模工具，甚至有可能須要進行有限元分析。在製造環節，現代加工設備無一不須要算力的參與，好比加工機牀，工業影像檢測設備得等。

5.集中挖礦

挖礦是能直接產生比特幣的一種方式，也是此次討論的最末端環節，礦場則等效於造幣廠和央行的角色。

挖礦這一環節的算力輸出極大，某國產廠商的熱銷比特幣礦機算力爲6.3TH/s,即每秒能計算6.3x10^12次哈希。甚至出現了每秒能計算1P次，也就是10^15次哈希值得單臺礦機。對比之下，Intel Xeon E5-2670處理器（8核16線程，64bits，主頻2.3GHz），假設它每個線程每個時鐘計算一次哈希，加起來只有36.8GH/s，約爲國產暢銷礦機的百分之0.6。以一個服務器裝兩個CPU計，一臺礦機能夠抵得上86臺E5核心的服務器。以國內某礦場爲例，裏面有約100PH/s（1P=1,000,000G）的算力，超過約13587臺雙U E5服務器的挖礦速度之和。

在礦場這個環節中，輸出的算力爲整個鏈條之最，甚至比以前環節的總和還要多。

總結

下面作一下總結分析：

第一個環節中，調用算力幾乎爲零，概念的產出徹底來源於中本聰本人的思考。這是整比特幣交易系統的的源流，是一個純輸出的過程。

第二個環節中，爲了實現對思考概念的細化，進行了業務邏輯的加工，期間考察了必定資料，並進行可行性評估。此環節依賴於上一個環節，有外部算力的參與。但仍能夠算做一個純算力輸出過程。

第三個環節的主要工做是實現交易邏輯的軟件實現，使用了各類環境，平臺和工具，這些也都是外部算力的體現。此環節亦高度依賴於上述環節和外部算力，可是以源代碼量估計，爲算力輸出過程。

第四個環節的輸出爲礦機，其輸出產品中蘊含了大量算力。此環節調用外部算力資源較多，且一樣依賴於前述環節，但設計輸出（圖紙文檔等）和最後生成的產品，實現了大量算力資源的轉化。

第五個環節既有巨量算力輸入，又有巨量算力輸出，但這些輸出對以前各個環節有較強依賴性。

綜上，能夠用算力的產出和依賴性方面衡量各個環節的貢獻；

依賴性

礦場依賴於 軟硬件實現 依賴於 方案邏輯 依賴於 源（思想概念）

外部算力轉化（算力增益）