《图学院》区块链与密码学国家级讲座1-2：比特币的起源

本系列课程内容从比特币的介绍开始比特币最初是怎么挖的，然后延伸到区块链的相关技术原理和发展趋势，再深入浅出地介绍区块链中应用的各种密码学技术。 欢迎大家订阅本公众号，继续学习。

【本课内容全部选自PlatON首席密码学家、武汉大学国家网络安全学院教授、博士生导师何德飚教授讲授的《区块链与密码学》讲义、教材和互联网。 版权归原作者所有，如有侵权请第一时间联系我们，我们会及时处理。 】

“疯狂”的比特币价格

比特币最吸引人的地方在于它在过去十年间创造的价格神话，也正是因为比特币的“疯狂”价格，才逐渐为人们所熟知。 2011年1月，1个比特币不值30美分，但在接下来的几个月里，价格一路上涨，突破到1美元，然后是8美元、10美元、15美元、20美元，直到2011年6月9日，1比特币的价格已经达到29.55美元，逼近30美元。 半年涨100倍，这在任何金融产品或商品中都是不可想象的。

然而，此后不久，比特币交易平台Mt.Gox由于交易平台本身存在漏洞，遭到黑客的无情攻击，给平台本身和用户造成了不小的损失，比特币的安全性开始受到投资者的质疑。

由于此次事件的“噩耗”，比特币价格迎来瀑布式暴跌。 到 2011 年 11 月，也是在半年内，比特币的价格已经跌至 2 美元的低点，从最高点下跌了 90% 以上。

一年后，世界上第一家比特币交易所在法国诞生，单个比特币涨至近14美元。 “暴涨暴跌”似乎已经成为比特币的代名词。

时间来到了2017年，这是比特币发展史上非常重要的一年。 比特币全年整体涨幅高达1700%！ 比特币的价格走势就像过山车一样，暴涨暴跌让投资者陷入了疯狂的状态。 从数据上看，2017年比特币最低价为789美元，对应1月11日； 同年 12 月 18 日，比特币达到最高价：19,142 美元。

图：2019年3月7日至2020年2月15日比特币价格走势

同年9月，我国发布《关于防范代币发行融资风险的公告》，国内市场的热度在骤然降温后逐渐消退。 但在全球市场上，比特币依然受到追捧。 在12月18日触及历史高峰后，开始了暴跌之旅。

近两年比特币价格趋于稳定，呈箱形震荡。 在当前全球疫情大背景下，疯狂的比特币是否会出现新的变数，我们拭目以待。

1.2.2

“疯狂”的矿机和芯片

提到挖矿，你的脑海中可能会出现以下场景。

其实两者做的是一样的事情，只不过煤变成了比特币，铲子变成了“矿工”。 在比特币疯狂的价格和过山车般的价格波动吸引了越来越多的投机者的同时，比特币矿机和芯片技术也取得了长足的进步。 所谓比特币“矿机”，就是用来赚取比特币的电脑。 用户下载专用的比特币计算软件，在矿机上运行相应的软件，参与记账并获得相应的记账奖励。

自比特币诞生以来，比特币挖矿经历了CPU挖矿-GPU挖矿-专业矿机挖矿几个阶段：

第一阶段（早期挖矿）——主要靠CPU

比特币发展初期，挖矿难度较低，因此大部分个人PC的直接挖矿收益大于耗电量。

图：CPU

第二阶段（挖矿中期）——主要依靠GPU

随着全网挖矿难度的不断提升，以及比特币价格的飞涨，搭载更高端显卡的挖矿设备应运而生。 在一段时间内，比特币在 5 天内从 0.008 美元涨到 0.08 美元，到 2010 年 10 月，比特币的价格已经涨到 0.15 美元。 GPU挖矿时代已经开始。

图：GPU

第三阶段（挖矿后期）——主要依靠专业矿机（FPGA、ASIC）

CPU和GPU已经不能满足日益增长的挖矿需求，矿工需要更好的“铲子”。 2013年初，张南瓜研发出第一台FPGA矿机——南瓜机，开启了FPGA挖矿的新纪元。 ASIC芯片也开始不断迭代，从110nm到55nm，从55nm到28nm，从28nm到16nm，再到7nm。 烤猫、阿瓦隆、信鸽、比特大陆等矿机公司应运而生。

图：矿机

比特币科普矿机大事记

· 2010年7月18日，一位名叫ArtForz的矿工率先使用个人OpenCL GPU实现挖矿。

· 2010年12月，Marek Palatinus创建了历史上有“泥潭”之称的第一个矿池slusHPOOL。

· 2011年1月3日：比特币诞生两周年，GPU算力达到120MH/S，矿池算力达到10GH/S。

· 2013年6月，烤猫推出现货USB矿机。

· 2014年8月，烤猫推出Tube矿机，算力：850GH/S，功率：900W。

· 2016年6月，比特大陆推出蚂蚁矿机S9，算力14TH/S。

· 2018年8月，嘉楠耘智宣布成功量产全球首颗7nm矿机芯片，应用于阿瓦隆A9系列矿机。

· 2019年11月21日晚间，嘉楠耘智正式登陆纳斯达克，成为“全球区块链第一股”、中国第一家赴美上市的矿机企业。

1.2.3

“疯狂”的矿山和水池

随着比特币价格的震荡飙升，人们仿佛刚刚在美国西部发现了金矿，纷纷投资“挖矿”业务。 由于比特币的产生率基本保持稳定，对于单个节点来说，挖到某个比特币的概率与其算力占所有参与挖矿的竞争节点总算力的比值成正比。

因此，随着参与比特币挖矿竞争的机器和算力急剧增加，单个节点或少量算力成功挖出比特币的概率将急剧下降，小规模挖矿参与者的收益将难以为继。保证。 于是，相继出现了两种不同的组织，分别是矿场和矿池。 他们的目的是集中算力，提高挖矿概率，从而增加收益。 所谓群众划大船，更能体现矿工们群策群力作战的决心。

图：矿山外观

矿机多为个体或小型矿机，矿山是矿业产业化的标志。 简单来说，矿场就是矿机设备的管理场所。 就好比从前有信差给有差事的人送信。 工业化后，成为我们离不开的快递行业。

早期的矿场非常简单，只有一些简单的放置矿机的机架，只提供简单的网络、电力等资源。

图：矿井内部

除了矿场的工业化挖矿方式外，还有一种平台将大量低算力的设备联合起来共同运营挖矿，即“矿池”。 称为“矿工”。

在“矿池”中，无论“矿工”能够提供多大的算力，只要通过加入矿池的方式参与挖矿活动，无论是否成功挖出有效区块，挖矿后矿池成功，所有比特币奖励都可以通过对矿池的贡献（即投入的算力）获得。 也就是说多人合作挖矿，得到的比特币奖励也按照贡献度由多人分享。 这种组织方式实际上并没有增加个体矿工挖矿收益的预期，而是提高了个体矿工收益的稳定性。

截至2018年10月，据BTC.com分析，前六大比特币矿池占比特币整体挖矿算力的61.4%。 分布如图：

图：比特币矿池算力分布饼图

比特币最大矿池算力强于“天河二号”？

Antpool是全球最大的比特币矿池之一，算力达到惊人的2500PH/s。 这是什么量级？ 我国的天河二号超级计算机连续计算速度达到每秒3390亿次双精度浮点运算，是世界上绝对的超级计算机之一。 但如果以每秒33P FLOPS（Peta FLOPS）的超级计算机“天河二号”的计算能力换算成哈希计算，大约是AntPool的千分之一。

注意：1PH/s 是每秒 1 000 000 000 000 次哈希操作

2012年，矿池总算力接近比特币总算力的一半。 近年来，矿池逐渐成为算力的主力军，算力呈现中心化趋势。 然而，这种集中化的趋势有一些缺点。

因为在比特币世界中，算力高意味着产生记账区块的概率高，也就意味着更强的“话语权”（记账权）。 如果矿池算力持续提升比特币最初是怎么挖的，仅矿池算力达到50%以上，就有可能对比特币进行51%攻击，垄断比特币的挖矿权和记账权，比特币系统。

国民课堂1-2讲到此结束。 比特币太有吸引力了。 背后有什么样的技术支撑着独立的操作系统？ 比特币衍生出来的技术给人们带来了什么启发？ 我们下节课再说，敬请期待~