科普園地04 | 比特幣的產生：挖礦_比特幣:區塊鏈

比特幣是怎么來的，很簡單：要么是你自己挖礦挖來的，要么是別人轉給你的，當然，別人轉給你的，最早的源頭也是來源于挖礦所得。所以，這一期我們先說挖礦，這是比特幣的一個初始分配。在挖礦這一部分呢，我們主要涉及到兩個知識點：哈希、工作量證明。一、挖礦是怎么回事？最早的50個比特幣，是中本聰通過挖礦得到的。我們現在也經常說：比特幣是挖礦產生的。挖礦其實是一個形象的比喻，它的意思可以理解為解答一道超級難、超級復雜的數學題。因為這個解題的過程有點像開采礦產資源那么難，同時呢，又要消耗很大的電力，于是，這個解題過程就被人叫作了“挖礦”，那么參與解題的人呢，被稱作“礦工”。比特幣的第一個區塊是中本聰創建的，根據比特幣系統的設定，他創建了第一個區塊，可以得到50個比特幣作為獎勵，可以說，中本聰是比特幣的第一個礦工。依據比特幣系統的設定，比特幣恒定2100萬，每四年減半。2009年的時候，中本聰挖礦得到的獎勵是50個比特幣，到現在將近10年過去了，比特幣經歷了兩次減半，從50，到25，再到12.5，所以，現在挖礦，也就是創建區塊的獎勵是12.5個比特幣。可能有人會問，比特幣每四年減半，那礦工賺的比特幣獎勵不就越來越少了嗎？是什么讓他們有動力去一直挖礦呢？其實，礦工獲得的報酬不僅是挖礦所得，還包含手續費。你和別人之間進行比特幣轉賬的時候，要付給礦工一定的手續費。當然，手續費是自愿的，你愿意給多少就給多少。不給可不可以？可以，但是礦工會選擇手續費高的交易優先處理，你不給手續費，你的交易可能就被排在后面了。現在，通過交易平臺也好，錢包軟件也好，進行比特幣交易，手續費的比例都是交易平臺和錢包根據你的賬戶情況，自動生成的一個比較合理的手續費，這一步無需你自己進行什么額外的操作，所以大家可能感受不到付給礦工這筆手續費的存在。礦工想要得到豐厚的挖礦獎勵和交易費，容不容易？并不容易，而且他們的勞動是有成本的，不要小瞧了他們的成本，成本是非常大的，其中最大的成本就是電費。二、哈希運算與哈希值我們剛剛講過，挖礦其實就是解決一道超級難、超級復雜的數學題，這個解題方法是通過“哈希運算”，題目的解呢，就是“哈希值”。哈希運算是怎么回事呢？簡單來講，“哈希運算”就要把交易信息打包起來，把這些信息統統“代碼化”，來進行復雜的計算，得出哈希值。“哈希”雖然是一個密碼學概念，但是我們可以把它理解成數學函數題。只不過，它和數學函數題稍稍不一樣：數學函數題的x和y是雙向的，已知x可以求出y，已知y可以求出x；但是，哈希函數是單向的，已知x可以求y，已知y不可求出x。為什么要采用“哈希函數”呢？這和比特幣系統的安全性有關。比特幣系統是一個巨大的、不斷更新的賬本，這個“賬本”是全網公開的，這里就涉及到個人信息泄漏問題。哈希函數的“單向性”可以保證賬戶主體的信息隱私安全：你知道我的交易信息，你卻不知道我是誰，查不到我的信息。哈希函數的“單向性”讓比特幣具有很好的匿名性，這就是為什么暗網上喜歡用比特幣進行交易。利用“哈希函數”來保障隱私是很好的辦法，但是，計算哈希值的過程其實是非常非常難的。而且，對于比特幣而言，隨著比特幣每四年產量減半，還會越來越難。難到什么地步呢？這個哈希值，它是沒有固定算法的，只能依靠計算機隨機進行哈希碰撞，碰對了就算答對了。所以呢，挖礦，對計算機的計算能力，也就是算力，要求非常高，挖礦拼的，其實就是算力。有人會問：我想挖礦，但是我又不會算什么哈希，我該怎么挖？還有人可能疑惑：計算哈希，明明就是腦力工作啊？為什么說最大的成本是電費呢？最早的“挖礦”的確需要計算，需要腦力勞動，但是現在，早就不用計算機進行挖礦了，而是采用專業礦機來挖礦。專業礦機的產生和發展，彌補了家用電腦算力太低的缺陷，也為我們省去了腦力勞動，讓挖礦這件事情變得很容易。對于專業礦機，我們只需要很簡單的安裝就可以挖礦，至于計算哈希的過程，專業礦機芯片就幫你完成了。現在主流芯片是ASIC，市面上螞蟻礦機、阿瓦隆礦機都采用的是ASIC芯片。所以，對于挖礦來講，你要付出的成本就是礦機費用和電費。甚至你也不需要買礦機，因為現在有很多礦場，就是專門維護礦機的地方，你可以租礦場的礦機算力來挖礦。目前主流的礦機有13.5T左右的計算量級，意味著它每秒可以進行13.5萬億次計算，也就是每秒可以做13.5萬億次哈希碰撞。這個數量很驚人是吧，它消耗的電量也可想而知有多高了，這些電費構成了礦工挖礦的主要成本。剛剛查了一下，現在的行情，買一臺礦機挖礦一年很難回本。因為電費太高了，所以現在很多礦場都建立在電費很便宜的地方，我國礦場主要分布在四川、內蒙古。在比特幣系統的規定里，每10分鐘增加一個區塊，區塊里面的內容是過去10分鐘系統內發生的一些交易，所以，礦工挖礦的時間大概是10分鐘。早期，在沒有礦機的時代，礦工們需要時刻監聽網絡，一旦網絡上廣播了交易，他們就需要在10分鐘之內，利用自己的電腦，做大量的哈希運算。直到有人第一個計算出正確的哈希值，他就有了記錄交易的權利，也就是創建區塊的權利，獲得比特幣獎勵，以及交易的手續費獎勵，宣告挖礦成功。現在，有了專業礦機，礦機可以替代礦工，達到“時刻監聽網絡、做大量哈希計算”的效果。三、工作量證明機制下，全網達成一個共識，也就是一個大家都贊同的規則，這個規則就是：通過解答“哈希函數”的方式來證明自己完成了一定的工作量，誰能夠快準狠完成工作，解答正確哈希值，誰就會獲得記錄交易的權力，進而獲得比特幣獎勵。所以我們說，“工作量證明機制”(PoW)是多勞多得，少勞少得的，你付出的工作量越多，你能得到比特幣獎勵的概率就越大。從這個角度看，“工作量證明機制”（PoW)可以看作是比特幣系統的激勵機制。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

金色財經獨家分析 監管機構、媒體、業界提示詐騙風險 區塊鏈科普道阻且長:新華社今日發文表示，近來“區塊鏈”類詐騙案件頻發，不法分子以“投資虛擬貨幣周期短、收益高、風險低”為借口，騙取用戶信任并誘使其轉賬進行投資。無獨有偶，同日消息，騰訊手機管家安全專家也提醒此類風險，并從技術上提出防騙建議。在美國，監管機構警示加密貨幣欺詐現象普遍承諾高收益而不披露潛在風險。金色財經獨家分析，不法分子假借新技術之名進行詐騙，一方面是抓住民眾趨利的心理，一方面反映出區塊鏈科普的欠缺。區塊鏈是新興科技和底層技術并有改變社會生產關系的潛力，應該進行系統性的科普教育，當前，部分大學已經開始設置了區塊鏈課程，但對于普通民眾仍然有科普的需求，人們應該了解到系統和正確的知識，不僅要了解區塊鏈的好，也要明確局限和弊端，以在高收益的誘惑下，保持清醒客觀。[2018/4/11]

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