區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識(shí)—什么是挖礦（ASIC挖礦）？
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比特元比特元6星評(píng)價(jià)
2020-05-04 15:09:26
當(dāng)你第一次聽說加密貨幣開采的時(shí)候，你可能會(huì)想象代幣真的是從地下挖出來的嗎。加密貨幣不是實(shí)物的，它們是數(shù)字資產(chǎn)。那么，我們?yōu)槭裁窗阉Q為挖礦呢？
也許，這是因?yàn)樗麄兓蚨嗷蛏倥c金礦相似。協(xié)議設(shè)計(jì)（就像地下的黃金出口）中存在著加密貨幣，它們必須被開采”，并被帶到光明中（就像需要挖出黃金一樣）。例如，比特幣協(xié)議規(guī)定，比特幣大約有2100萬個(gè)，而礦工”正在逐漸發(fā)現(xiàn)比特幣，并將其帶到真實(shí)世界中（一次只發(fā)現(xiàn)幾個(gè)比特幣）。
要完全理解加密貨幣挖礦的概念，對(duì)底層技術(shù)的了解是至關(guān)重要的。每個(gè)加密貨幣都建立在區(qū)塊鏈之上 ——應(yīng)該簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)公共分類賬。
我們來解釋一下：
每個(gè)加密貨幣的事務(wù)都是加密的。這意味著它不能被篡改，它是高度安全的。當(dāng)這些事務(wù)發(fā)生時(shí)，它們形成一個(gè)單元（塊）。每個(gè)塊都有特定數(shù)量的事務(wù)來完成它。
一旦發(fā)生這種情況（該塊已經(jīng)完成），不同的塊被添加到一起，形成一個(gè)鏈，即區(qū)塊鏈，它可供公眾使用。那么如何將這些塊添加到公共分類帳中呢？這就是挖礦業(yè)的用武之地。
區(qū)塊鏈交易是一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)謎題。它們遵循一個(gè)被稱為哈希算法的確定的序列。每個(gè)加密貨幣都有自己獨(dú)特的哈希算法。例如，比特幣使用SHA-256算法，Monero使用密碼算法，Ethereum使用Ethash算法等等。
解決哈希算法
要找到滿足它們的特定值，你必須不斷地猜測(cè)。如果一個(gè)人的價(jià)值得到了想要的結(jié)果，他/她就會(huì)得到一枚代幣或一部分的獎(jiǎng)勵(lì)。據(jù)說這樣的人就已經(jīng)開采了那枚特殊的代幣了。
但是，對(duì)于人類的大腦來說，找到這個(gè)價(jià)值的過程實(shí)在是太復(fù)雜了。因此，這個(gè)過程留給了能夠處理復(fù)雜性的設(shè)備。這包括個(gè)人電腦和特種挖礦設(shè)備，如ASIC。
當(dāng)你在解決哈希算法的過程中涉及到你的個(gè)人電腦或挖礦設(shè)備時(shí)，你的獎(jiǎng)勵(lì)（代幣的數(shù)量）將取決于你的硬件在尋找答案時(shí)所做的貢獻(xiàn)。
ASIC礦業(yè)
值得注意的是，盡管個(gè)人電腦過去曾被用于挖礦，但隨著更多的代幣被發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈的漸進(jìn)復(fù)雜性已經(jīng)逐漸消除了它們的實(shí)用性。
隨著時(shí)間的推移，這些謎題變得更加復(fù)雜，處理能力也越來越強(qiáng)，而且需要存儲(chǔ)空間。這意味著，由于存儲(chǔ)空間有限，電力有限，個(gè)人電腦在挖礦過程中會(huì)變得過時(shí)。
后來發(fā)明了一種叫做ASIC（特定于應(yīng)用程序的集成電路）的專用設(shè)備，以提高加密貨幣挖礦行業(yè)的效率。ASIC是一個(gè)簡(jiǎn)單的集成電路，用于執(zhí)行單個(gè)功能;它快速且高效。
如果你是一個(gè)技術(shù)愛好者，也許你已經(jīng)知道asic已經(jīng)被應(yīng)用到大量的電子設(shè)備中;它們?cè)谝纛l處理、自定義圖像渲染、電話呼叫管理等方面都很方便。
但今天，我們將把重點(diǎn)放在那些明確為挖礦加密貨幣而建立的asic上，或者如果你喜歡那些有能力在加密的加密貨幣交易中解決復(fù)雜難題的asic。
例如，一個(gè)用于挖礦比特幣的ASIC，是基于SHA-256算法進(jìn)行加密計(jì)算的。通過這樣做，它找到了在比特幣的哈希算法中提供所需解決方案的值，從而產(chǎn)生了新的比特幣。
這個(gè)過程或多或少類似于大多數(shù)的山寨幣。然而，ASIC的礦商應(yīng)該與它打算開采的特定代幣所使用的哈希算法保持同步。
為什么是ASIC？
好吧，如果我們不首先探索過去幾年加密貨幣開采領(lǐng)域的進(jìn)展，這個(gè)問題的答案將是不完整的。
早在2009年，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人電腦就是你所需要開采比特幣的設(shè)備。隨著時(shí)間的推移，人們發(fā)現(xiàn)游戲圖形處理單元（gpu）要好得多，因?yàn)樗鼈兊墓Ｂ室玫枚唷^10倍!
從gpu上，加密貨幣挖礦領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）處理器。FPGA處理器可以連接到普通的PC上，并且可以很好地完成工作。事實(shí)上，比游戲的gpu要好。
但后來有了asic。今天，你不能在不提及加密貨幣的情況下談?wù)摷用茇泿?。它們幾乎是唯一的貿(mào)易工具，原因如下：
首先，普通ASIC礦商的哈希率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高端個(gè)人電腦或GPU。哈希率越高，對(duì)于特定的礦工來說，解決難題的速度就越快，最終也能獲得相當(dāng)一部分的代幣。
其次,還有效率。請(qǐng)記住，ASIC的礦工完全致力于解決高級(jí)數(shù)學(xué)難題，這保證了所有人的代幣所得值。整個(gè)架構(gòu)都是為了這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。與之相比，這種超聚焦的效果要好得多，比如說，一臺(tái)專門用于同時(shí)運(yùn)行不同進(jìn)程的PC。
不過，好處是有代價(jià)的。
ASIC的不利之處
使用特定于應(yīng)用程序的集成電路的一個(gè)主要缺點(diǎn)是伴隨它們而來的電力成本。挖礦設(shè)備消耗了大量的電能，這可能會(huì)嚴(yán)重降低利潤(rùn)率。
考慮到他們必須不停地跑，如果你是一個(gè)小型的礦工，生活在一個(gè)電力成本高于平均水平的國(guó)家，你就會(huì)看到這些錢。
但ASIC礦工的未來又如何呢？
隨著區(qū)塊鏈的復(fù)雜性不斷增加，礦業(yè)正變得越來越有競(jìng)爭(zhēng)力。因此，需要更多的處理能力來獲得下一枚代幣。
因此，毫無疑問，在這場(chǎng)游戲中，需要更先進(jìn)的ASIC礦工。如果我們按照目前的電力消耗，對(duì)小公司來說可能是無利可乘的。
總結(jié)
毫無疑問，ASIC已經(jīng)徹底改變了加密貨幣挖礦領(lǐng)域。它們的處理能力和效率使它們?cè)谙嗤哪康纳媳纫郧暗挠布袃?yōu)勢(shì)。對(duì)于任何想要涉足加密貨幣開采的人來說，ASIC是一個(gè)重要的開采工具。
如果你對(duì)挖礦有興趣的話，去弄一個(gè)ASIC。但是記住要控制你的電費(fèi)，以免它擦去你的利潤(rùn)。
莫問btc1星評(píng)價(jià)
2020-05-04 15:10:37
ASIC 的全稱是 Application-Specific Integrated Circuit 指的是專門設(shè)計(jì)來完成特定計(jì)算任務(wù)的集成電路。在區(qū)塊鏈領(lǐng)域用 ASIC 來進(jìn)行挖礦是非常常見的，本文來分析一下 ASIC 挖礦的原理以及為何要反 ASIC 。
ASIC 的基本原理
先來聊聊 ASIC 的基本原理，看看為何用 ASIC 挖礦能有大幅度的效率提升。
挖礦過程的本質(zhì)是很多機(jī)器去競(jìng)賽誰可以先算出一道復(fù)雜數(shù)學(xué)問題的答案。對(duì)于比特幣來說，解決這個(gè)數(shù)學(xué)問題就是看誰可以在單位時(shí)間內(nèi)完成更多次的 SHA256 運(yùn)算。所以說優(yōu)化 SHA256 的計(jì)算時(shí)間，就可以提升挖礦效率。
CPU 去運(yùn)算一個(gè)數(shù)學(xué)問題是通過編程思路來解決的。CPU 面向的是通用的計(jì)算任務(wù)，所以硬件層面上只能去完成加法或者乘法這樣的基礎(chǔ)運(yùn)算。所以要完成一個(gè)復(fù)雜運(yùn)算，例如 A*B + C ，就需要多個(gè)運(yùn)算操作，要耗時(shí)多個(gè)時(shí)鐘周期才能完成。但是如果開發(fā)一種集成電路，使得可以在硬件層面上直接完成 A*B + C 的操作，那么執(zhí)行這個(gè)運(yùn)算就只需要一個(gè)計(jì)算操作，消耗一個(gè)時(shí)鐘周期了。這樣的集成電路的特點(diǎn)是不再具有通用型，但是完成特定任務(wù)是效率卻奇高，這就是所謂的 ASIC 了。SHA256 運(yùn)算比上面的先乘后加操作要復(fù)雜，但是道理是一樣的。
對(duì)應(yīng)比特幣來說，挖礦就經(jīng)歷了 CPU ，GPU ，F(xiàn)PGA 和 ASIC 四個(gè)階段。GPU 天生的特點(diǎn)是適合并行簡(jiǎn)單運(yùn)算，所以執(zhí)行 SHA256 要比 CPU 高很多。FPGA 是有可編程性的硬件，因?yàn)楸旧磉€是有一定的通用性的，所以單價(jià)會(huì)比較貴。ASIC 初期設(shè)計(jì)投入大，但是量產(chǎn)后單價(jià)就會(huì)比較便宜。所以，如果能夠確定市場(chǎng)規(guī)模比較大，使用 ASIC 技術(shù)，經(jīng)濟(jì)上會(huì)最為劃算。
這就是 ASIC 的基本原理了。
反 ASIC 的算法
ASIC 由于早期投入太大，所以很容易造成挖礦的中心化問題，于是區(qū)塊鏈領(lǐng)域一直沒有停下對(duì)反 ASIC 的挖礦算法的研究。
Bitcoin 的挖礦哈希算法 SHA256 本身其實(shí)是對(duì) ASIC 非常友好的。因?yàn)?SHA256 屬于傳統(tǒng)的密碼學(xué)原語，主要用來進(jìn)行簽名摘要等傳統(tǒng)運(yùn)算，并不是為挖礦這個(gè)任務(wù)專門來設(shè)計(jì)的，也沒有任何對(duì)抗 ASIC 的考慮，所以制作 ASIC 礦機(jī)非常方便，可以獲得千倍的效率提升。
Zcash 使用的挖礦算法是 Equihash ，ASIC 實(shí)現(xiàn)起來就比較難了，但是真的實(shí)現(xiàn)后，依然可以提升一百倍的挖礦效率。底層的原理是，挖礦的時(shí)候需要存儲(chǔ)150M 的狀態(tài)數(shù)據(jù)，那么即使實(shí)現(xiàn) ASIC 芯片之后，也要承受這150M的存儲(chǔ)成本，所以效率提升就沒有那么明顯了，但是百倍還是沒有問題。
門羅幣使用的挖礦算法是 CryptoNight ，ASIC 實(shí)現(xiàn)就更困難了。因?yàn)樗惴ū旧淼膹?fù)雜度很高，實(shí)現(xiàn)到硬件層面上也會(huì)依然很復(fù)雜，成本也就相對(duì)比較高。同時(shí)需要2M的狀態(tài)存儲(chǔ)，這個(gè)對(duì)于普通 CPU 來說是友好的，因?yàn)閯偤每梢源嫦拢菍?shí)現(xiàn)到 ASIC 上，也部分成本依然存在。所以總的效果是只能有50倍的效率提升。
以太坊使用的 ETHash 是對(duì) ASIC 極端不友好的，所以到目前為止也沒有人有動(dòng)力去研發(fā)以太坊的礦機(jī)。底層原理主要是有巨量的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)。但是計(jì)算方面依然可以通過硬件化來提升效率。總體上，如果實(shí)現(xiàn)成 ASIC 來挖礦，效率還是能提升一倍的。
所以總結(jié)起來，反 ASIC 的挖礦算法的實(shí)現(xiàn)起來主要有兩種思路：第一，增大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，因?yàn)?ASIC 主要是壓縮計(jì)算步驟，對(duì)存儲(chǔ)來說依然是要有對(duì)應(yīng)的規(guī)模的硬件去存的，優(yōu)化空間不大。第二，增加計(jì)算步驟的復(fù)雜度，可以把計(jì)算步驟設(shè)計(jì)的對(duì)很難去用硬件優(yōu)化，甚至有 ProgPOW 這樣的算法，專門針對(duì)主流 GPU 的硬件去設(shè)計(jì)非常復(fù)雜的計(jì)算步驟，而且算法是動(dòng)態(tài)可調(diào)整的，所以如果把算法固化到硬件上，一旦算法變了，這樣硬件就失效了。這樣導(dǎo)致實(shí)現(xiàn) ASIC 的時(shí)候也必須把硬件功能做的很通用，也就是跟一個(gè)通用的 GPU 很像了，所以成本就非常高，還不如直接買大廠商的 GPU 去挖礦合算。
反 ASIC 真的有意義嗎?
最后一部分，咱們思考一個(gè)問題：反 ASIC 真的有意義嗎?
首先，ASIC 廠商其實(shí)跟區(qū)塊鏈?zhǔn)抢婀餐w。以 ProgPOW 為例，也有意見認(rèn)為 ProgPOW 會(huì)把挖礦綁定到少數(shù)機(jī)構(gòu)大顯卡廠商身上，這樣做的安全性真的比依托 ASIC 廠商安全度更高嗎?要知道 ASIC 廠商的利益是跟幣價(jià)深度并且長(zhǎng)期綁定的，而大 GPU 廠商就不是，所以如果攻擊某種幣是有利可圖的，通用 GPU 廠商不會(huì)在乎對(duì)某種幣的長(zhǎng)期聲譽(yù)影響，所以攻擊動(dòng)機(jī)更充分。
第二，挖礦本身還是比較復(fù)雜的一項(xiàng)工作，所以專業(yè)化是不可避免的趨勢(shì)。礦機(jī)角度總有可以優(yōu)化的空間，另外大礦池可以統(tǒng)一把機(jī)器都搬到電力比較便宜的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些事情都是散戶礦工很難做到的。
第三，挖礦從一個(gè)側(cè)面來講，就是燒錢，不管用什么硬件挖，只要有錢，都可以一下子購置很多。
所以說，反 ASIC 的意義是值得思考的。不過目前很多人認(rèn)為，起碼在一條區(qū)塊鏈的啟動(dòng)階段，如果有人投巨資設(shè)計(jì)了 ASIC 去挖這條鏈，會(huì)讓這條鏈的持幣變得非常中心化，這顯然是不好的，所以早期考慮反 ASIC 是有意義的。
總結(jié)
總結(jié)一下。首先，ASIC 主要是用硬件的方式來壓縮挖礦運(yùn)算需要的計(jì)算步驟來獲得效率提升的，但是如果運(yùn)算本身是需要大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的，可優(yōu)化空間就不大了。第二，反 ASIC 的意義可能主要體現(xiàn)在區(qū)塊鏈的啟動(dòng)階段。