区块链基础知识—什么是挖矿（ASIC挖矿）？

当你第一次听说加密货币开采的时候，你可能会想象代币真的是从地下挖出来的吗。加密货币不是实物的，它们是数字资产。那么，我们为什么把它称为挖矿呢？

也许，这是因为他们或多或少与金矿相似。协议设计（就像地下的黄金出口）中存在着加密货币，它们必须被开采”，并被带到光明中（就像需要挖出黄金一样）。例如，比特币协议规定，比特币大约有2100万个，而矿工”正在逐渐发现比特币，并将其带到真实世界中（一次只发现几个比特币）。

要完全理解加密货币挖矿的概念，对底层技术的了解是至关重要的。每个加密货币都建立在区块链之上 ——应该简单地理解为一个公共分类账。

我们来友们一下：

每个加密货币的事务都是加密的。这意味着它不能被篡改，它是高度安全的。当这些事务发生时，它们形成一个单元（块）。每个块都有特定数量的事务来完成它。

一旦发生这种情况（该块已经完成），不同的块被添加到一起，形成一个链，即区块链，它可供公众使用。那么讲解将这些块添加到公共分类帐中呢？这就是挖矿业的用武之地。

区块链交易是一种复杂的数学谜题。它们遵循一个被称为哈希算法的确定的序列。每个加密货币都有自己独特的哈希算法。例如，比特币使用SHA-256算法，Monero使用密码算法，Ethereum使用Ethash算法等等。

解决哈希算法

要找到满足它们的特定值，你必须不断地猜测。如果一个人的价值得到了想要的结果，他/她就会得到一枚代币或一部分的奖励。据说这样的人就已经开采了那枚特殊的代币了。

但是，对于人类的大脑来说，找到这个价值的过程实在是太复杂了。因此，这个过程留给了能够处理复杂性的设备。这包括个人电脑和特种挖矿设备，如ASIC。

当你在解决哈希算法的过程中涉及到你的个人电脑或挖矿设备时，你的奖励（代币的数量）将取决于你的硬件在寻找答案时所做的贡献。

ASIC矿业

值得注意的是，尽管个人电脑过去曾被用于挖矿，但随着更多的代币被发现，区块链的渐进复杂性已经逐渐消除了它们的实用性。

随着时间的推移，这些谜题变得更加复杂，处理能力也越来越强，而且需要存储空间。这意味着，由于存储空间有限，电力有限，个人电脑在挖矿过程中会变得过时。

后来发明了一种叫做ASIC（特定于应用程序的集成电路）的专用设备，以提高加密货币挖矿行业的效率。ASIC是一个简单的集成电路，用于执行单个功能;它快速且高效。

如果你是一个技术爱好者，也许你已经知道asic已经被应用到大量的电子设备中;它们在音频处理、自定义图像渲染、电话呼叫管理等方面都很方便。

但今天，我们将把重点放在那些明确为挖矿加密货币而建立的asic上，或者如果你喜欢那些有能力在加密的加密货币交易中解决复杂难题的asic。

例如，一个用于挖矿比特币的ASIC，是基于SHA-256算法进行加密计算的。通过这样做，它找到了在比特币的哈希算法中提供所需解决方案的值，从而产生了新的比特币。

这个过程或多或少类似于大多数的山寨币。然而，ASIC的矿商应该与它打算开采的特定代币所使用的哈希算法保持同步。

为什么是ASIC？

好吧，如果我们不首先探索过去几年加密货币开采领域的进展，这个问题的答案将是不完整的。

早在2009年，一个标准的个人电脑就是你所需要开采比特币的设备。随着时间的推移，人们发现游戏图形处理单元（gpu）要好得多，因为它们的哈希率要好得多——超过10倍!

从gpu上，加密货币挖矿领域转移到现场可编程门阵列（FPGA）处理器。FPGA处理器可以连接到普通的PC上，并且可以很好地完成工作。事实上，比游戏的gpu要好。

但后来有了asic。今天，你不能在不提及加密货币的情况下谈论加密货币。它们几乎是唯一的贸易工具，原因如下：

首先，普通ASIC矿商的哈希率远远高于高端个人电脑或GPU。哈希率越高，对于特定的矿工来说，解决难题的速度就越快，最终也能获得相当一部分的代币。

其次,还有效率。请记住，ASIC的矿工完全致力于解决高级数学难题，这保证了所有人的代币所得值。整个架构都是为了这个目的而设计的。与之相比，这种超聚焦的效果要好得多，比如说，一台专门用于同时运行不同进程的PC。

不过，好处是有代价的。

ASIC的不利之处

使用特定于应用程序的集成电路的一个主要缺点是伴随它们而来的电力成本。挖矿设备消耗了大量的电能，这可能会严重降低利润率。

考虑到他们必须不停地跑，如果你是一个小型的矿工，生活在一个电力成本高于平均水平的国家，你就会看到这些钱。

但ASIC矿工的未来又讲解呢？

随着区块链的复杂性不断增加，矿业正变得越来越有竞争力。因此，需要更多的处理能力来获得下一枚代币。

因此，毫无疑问，在这场游戏中，需要更先进的ASIC矿工。如果我们按照目前的电力消耗，对小公司来说可能是无利可乘的。

总结

毫无疑问，ASIC已经彻底改变了加密货币挖矿领域。它们的处理能力和效率使它们在相同的目的上比以前的硬件更有优势。对于任何想要涉足加密货币开采的人来说，ASIC是一个重要的开采工具。

如果你对挖矿有兴趣的话，去弄一个ASIC。但是记住要控制你的电费，以免它擦去你的利润。

ASIC 的全称是 Application-Specific Integrated Circuit
指的是专门设计来完成特定计算任务的集成电路。在区块链领域用 ASIC 来进行挖矿是非常常见的，本文来分析一下 ASIC 挖矿的原理以及为何要反 ASIC
。

ASIC 的基本原理

先来聊聊 ASIC 的基本原理，看看为何用 ASIC 挖矿能有大幅度的效率提升。

挖矿过程的本质是很多机器去竞赛谁可以先算出一道复杂数学问题的答案。对于比特币来说，解决这个数学问题就是看谁可以在单位时间内完成更多次的 SHA256
运算。所以说优化 SHA256 的计算时间，就可以提升挖矿效率。

CPU 去运算一个数学问题是通过编程思路来解决的。CPU
面向的是通用的计算任务，所以硬件层面上只能去完成加法或者乘法这样的基础运算。所以要完成一个复杂运算，例如 A*B + C
，就需要多个运算操作，要耗时多个时钟周期才能完成。但是如果开发一种集成电路，使得可以在硬件层面上直接完成 A*B + C
的操作，那么执行这个运算就只需要一个计算操作，消耗一个时钟周期了。这样的集成电路的特点是不再具有通用型，但是完成特定任务是效率却奇高，这就是所谓的 ASIC
了。SHA256 运算比上面的先乘后加操作要复杂，但是道理是一样的。

对应比特币来说，挖矿就经历了 CPU ，GPU ，FPGA 和 ASIC 四个阶段。GPU 天生的特点是适合并行简单运算，所以执行 SHA256 要比
CPU 高很多。FPGA 是有可编程性的硬件，因为本身还是有一定的通用性的，所以单价会比较贵。ASIC
初期设计投入大，但是量产后单价就会比较便宜。所以，如果能够确定市场规模比较大，使用 ASIC 技术，经济上会最为划算。

这就是 ASIC 的基本原理了。

反 ASIC 的算法

ASIC 由于早期投入太大，所以很容易造成挖矿的中心化问题，于是区块链领域一直没有停下对反 ASIC 的挖矿算法的研究。

Bitcoin 的挖矿哈希算法 SHA256 本身其实是对 ASIC 非常友好的。因为 SHA256
属于传统的密码学原语，主要用来进行签名摘要等传统运算，并不是为挖矿这个任务专门来设计的，也没有任何对抗 ASIC 的考虑，所以制作 ASIC
矿机非常方便，可以获得千倍的效率提升。

Zcash 使用的挖矿算法是 Equihash ，ASIC
实现起来就比较难了，但是真的实现后，依然可以提升一百倍的挖矿效率。底层的原理是，挖矿的时候需要存储150M 的状态数据，那么即使实现 ASIC
芯片之后，也要承受这150M的存储成本，所以效率提升就没有那么明显了，但是百倍还是没有问题。

门罗币使用的挖矿算法是 CryptoNight ，ASIC
实现就更困难了。因为算法本身的复杂度很高，实现到硬件层面上也会依然很复杂，成本也就相对比较高。同时需要2M的状态存储，这个对于普通 CPU
来说是友好的，因为刚好可以存下，但是实现到 ASIC 上，也部分成本依然存在。所以总的效果是只能有50倍的效率提升。

以太坊使用的 ETHash 是对 ASIC
极端不友好的，所以到目前为止也没有人有动力去研发以太坊的矿机。底层原理主要是有巨量的数据需要存储。但是计算方面依然可以通过硬件化来提升效率。总体上，如果实现成
ASIC 来挖矿，效率还是能提升一倍的。

所以总结起来，反 ASIC 的挖矿算法的实现起来主要有两种思路：第一，增大数据存储量，因为 ASIC
主要是压缩计算步骤，对存储来说依然是要有对应的规模的硬件去存的，优化空间不大。第二，增加计算步骤的复杂度，可以把计算步骤设计的对很难去用硬件优化，甚至有
ProgPOW 这样的算法，专门针对主流 GPU
的硬件去设计非常复杂的计算步骤，而且算法是动态可调整的，所以如果把算法固化到硬件上，一旦算法变了，这样硬件就失效了。这样导致实现 ASIC
的时候也必须把硬件功能做的很通用，也就是跟一个通用的 GPU 很像了，所以成本就非常高，还不如直接买大厂商的 GPU 去挖矿合算。

反 ASIC 真的有意义吗?

最后一部分，咱们思考一个问题：反 ASIC 真的有意义吗?

首先，ASIC 厂商其实跟区块链是利益共同体。以 ProgPOW 为例，也有意见认为 ProgPOW
会把挖矿绑定到少数机构大显卡厂商身上，这样做的安全性真的比依托 ASIC 厂商安全度更高吗?要知道 ASIC 厂商的利益是跟币价深度并且长期绑定的，而大 GPU
厂商就不是，所以如果攻击某种币是有利可图的，通用 GPU 厂商不会在乎对某种币的长期声誉影响，所以攻击动机更充分。

第二，挖矿本身还是比较复杂的一项工作，所以专业化是不可避免的趋势。矿机角度总有可以优化的空间，另外大矿池可以统一把机器都搬到电力比较便宜的偏远地区，这些事情都是散户矿工很难做到的。

第三，挖矿从一个侧面来讲，就是烧钱，不管用什么硬件挖，只要有钱，都可以一下子购置很多。

所以说，反 ASIC 的意义是值得思考的。不过目前很多人认为，起码在一条区块链的启动阶段，如果有人投巨资设计了 ASIC
去挖这条链，会让这条链的持币变得非常中心化，这显然是不好的，所以早期考虑反 ASIC 是有意义的。

总结

总结一下。首先，ASIC
主要是用硬件的方式来压缩挖矿运算需要的计算步骤来获得效率提升的，但是如果运算本身是需要大量数据存储的，可优化空间就不大了。第二，反 ASIC
的意义可能主要体现在区块链的启动阶段。