新手一起学习区块链(十八)——比特币挖矿机的进化史

2009年1月3日，比特币创始人中本聪用电脑CPU挖出了第一批比特币。2010年9月18日第一个显卡挖矿软件发布。一张显卡相当于几十个CPU，挖矿能力得到明显提升。目前行业领先的蚂蚁矿机装有将近200张BM1387芯片，相当于3万多张GPU的算力。

1.CPU挖矿：

第一代挖矿是在普通电脑上完成的，也就是用通用中央处理器CPU来运算。

CPU挖矿，即利用RPC接口setgenerate控制挖矿。控制台输入setgenerate true 2，即开始挖矿，后边的数字表示代表的挖矿线程数，当然前提先完成同步数据。

由于单CPU运算SHA256D算力约为2 MH/S，因此nNonce提供的4字节搜索空间完全够用，即支持4G种取值。

GPU运算SHA256D算力约为200M-1G，nNonce提供4G搜索空间，如果仅调整nNonce取值，可以支持4秒左右。因此可以调整nTime，每调整一次nTime，可以继续挖矿4秒。

GPU挖矿使用GETWORK协议，即挖矿程序和节点分离，也即挖矿部件与区块链数据分离。GPU挖矿时代，使用GETWORK协议，使得挖矿程序与节点交互。核心思路为：节点构造区块，将区块头数据交给挖矿程序，挖矿程序遍历nNonce进行挖矿。验证合格交付给节点，节点提取nNonce和nTime验证区块，如果符合要求即向全网广播。遍历结束将调用GETWORK，节点构造新区块，然后重复上述过程。

GPU经典挖矿驱动为cgminer，源码为https://github.com/ckolivas/cgminer。

GPU挖矿缺陷：GETWORK协议给挖矿程序提供的搜索空间为4G，结束后需再次调用GETWORK RPC接口。矿机出现后，矿机算力已达10 TH/S，继续使用GETWORK协议将频繁调用RPC接口，显然不太合适。因此需转向更高效的getblocktemplate协议。

2.GPU挖矿

第二代矿工发现CPU已经无利可图时，就使用起了GPU。GPU的好处是有着高吞吐量和高并行处理功能，这两点对比特币挖矿都十分有利。比特币挖矿可以进行大量的并行计算，因为你可以同时用不同的临时随机数计算多个哈希值。

而且，GPU都可以超频，这意味着如果你愿意承担显卡过热或者故障风险的话，可以让显卡以高频率更快地进行。超频的好处是可以更快地计算，但是也会引发一些运算错误

一个高端的GPU超频之后可以达到200MH/s，也就是每秒2亿次哈希运算。这是CPU不可能达到的量级。但是以现在的难度，就算把100块显卡放在一起，也需要几千年的时间才能挖出来。

GPU挖矿也有缺点。GPU有大量的内置硬件来进行图像处理，这对比特币挖矿毫无用处，而且GPU没有很好地冷却处理设置，并且非常耗电。

3.专业矿机挖矿

IPFS矿机

IPFS类似于http，是一种文件传输协议。IPFS要想运行，需要网络中有许许多多的计算机（存储设备）作为节点，广义的说所有参与的计算机，都可以称作IPFS矿机。而IPFS网络为了吸引更多的用户加入成为节点，为网络做贡献，设计了一种名叫filecoin的加密货币，根据贡献存储空间与带宽的多少，派发给参与者（节点）作为奖励。狭义的说，专门以获取filecoin奖励为目的而设计的计算机，称为IPFS矿机。由于IPFS网络需要的是存储空间以及网络带宽，所以为了获得最高的收益比，IPFS矿机通常会强化存储空间、降低整机功耗等方面。比如装备10块以上大容量硬盘，配备千兆或更高速度的网卡，使用超低功耗的架构处理器等等

FPGA矿机

FPGA矿机，既使用FPGA芯片作为算力核心的矿机。FPGA矿机是早期矿机之一，首次出现在2011年末，在当时一度被看好，但活跃期并不长，后逐渐被ASIC矿机与GPU矿机取代。FPGA（Field-Programmable Gate Array），中文名叫现场可编程门阵列。比较通俗的理解是，FPGA就是把一大堆逻辑器件（比如与门、非门、或门、选择器）封装在一个盒子里，盒子里的逻辑元件如何连接，全部由使用者（编写程序）来决定

如果FPGA里面写的是挖矿程序，那么造出来的就是FPGA矿机，而且由于FPGA灵活度高，所以不只是可以支持比特币的SHA256算法，也可以支持GPU矿机擅长的Scrypt算法。

4.矿池挖矿。

是一个全自动的挖矿平台，使得矿工们能够贡献各自的算力一起挖矿以创建区块，获得区块奖励，并根据算力贡献比例分配利润（即矿机接入矿池—提供算力—获得收益）。

目前主要有两种数字货币矿池，一种是Pow（工作量证明），例如BTC，一种是Pos（权益证明），例如IOST，前者的矿池就是集合一堆算力，让矿工一起来挖矿以获取出块奖励，后者像IOST的矿池就是只要用户持有IOST就会获得收益（isot），要么自己申请成为节点，要么把币放到节点账户里就有投票权，就会获得投票奖励和出块奖励，BTC比较出名的有蚂蚁矿池（背后是矿机第一生产商比特大陆），鱼池（f2pool），IOST比较出名的OnBlock矿池（IOST投资的矿池onblock.me/pool）

今天的学习就到这里，谢谢你的阅读与支持！

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编译者/作者：风轻云淡A

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