比特币是怎么挖的(「技术篇」比特币十年：一部慷慨激昂的技术进化史)

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目前，有超过2000种的加密数字货币在市场中流通，整个加密行业的市值已超2000亿美元。

北京时间2008年11月1日（美国时间10月31日），中本聪发表了比特币白皮书——《比特币：一种点对点的电子现金系统》。十年时间，发端于2008金融危机的比特币从小众走向大众，不仅打开了继股票、债券、大宗商品、房地产之后全新的资产交易市场，更重要的是，隐藏其后的“区块链”技术及其扩展应用一旦与实体经济结合，便为我们打开巨大的想象空间，并预示着一个全新数字经济图景。未来已来，虽然尚未流行，但毫无疑问，比特币的出现是二十一世纪以来最令人激动的重大事件之一。——王峰（火星财经发起人、共识实验室发起人）值此10周年之际，火星财经（ID：hxcj24h）策划专题报道，包括《比特币十年：已改变的和即将改变的》、《比特币十年：一部慷慨激昂的技术进化史》、《激荡十年：从0到3000亿美元，比特币行情全面回顾》、《未来之路：那些即将被区块链改变的行业》、《币圈链圈：区块世界的千面英雄》等文章，带你全方位回顾比特币和它所催生的区块链已经和即将给这个世界带来的巨大改变。以下为技术篇——

在比特币白皮书里，中本聪详细介绍了“比特币”的技术结构和实现“去中心化”的愿景。发展至今，无论是以比特币为主的加密货币还是其背后的区块链技术都有了长远的发展。在比特币白皮书问世十周年之际，我们有必要回顾一下这十年间相关技术的发展与演变，共同感受一下这一技术对我们日常生活带来的影响。

扩容技术的演变

比特币自诞生之初，中本聪就将其区块大小锁定在1MB。由于发展初期用户数量较少，区块使用量较小，所以成员间彼此相安无事，很少发生大的分歧。然而几年过后，比特币用户量已有了很大程度的提升，这时人们才渐渐发现1MB的区块实在是太小了，由此引发的交易费增加、等待时间长等问题就使扩容方案被提上了议程。经过长时间的周旋，比特币社区最终分裂为两大阵营：直接扩容派和温和派，前者要求直接增加区块大小，后者则希望能借助其他手段，在不改变区块大小的前提下实现扩容。而负责比特币开发工作的Core团队就是属于后者。经过若干次会议和无数次争吵，最终二者于在2017年8月1日正式决裂，以比特大陆为首的扩容派从比特币社区中分离出去，成立了比特币现金（BCH），而比特币核心开发团队则继续维护原有的比特币网络，隔离见证和闪电网络成为他们拥护的扩容方案，并最终发展至今。

所谓隔离见证就是不把对交易的见证信息写入区块中，从而使得区块大小不变的情况下，通过减少单笔交易的信息量，来容纳更多的交易。举个最简单的例子，一辆车里挤满了人，如果将人们身上背的东西放在车厢外面的空间里，车厢内会腾出一部分空间，也就能容纳更多的人。隔离见证的发展历史大致如下：

2015年初，Blockstream公司的工程师决定在公司的侧链产品上植入一个新功能，并于同年的6月份公布了这个方案，这就是大名鼎鼎的隔离见证 (SegWit)。

2015年12月，在第二次扩容会议（香港扩容会议）上，Pieter Wuille首次对软分叉的隔离见证方案进行了讲解，许多第一次听到了这个方案的公众，都对该方案表示欢迎及支持。

2016年10月28日，Bitcoin Core 0.13.1版本客户端正式发布，这一版本客户端中，正式引入了隔离见证（segwit）代码。此后，各比特币全节点开始对隔离见证方案进行链上投票。

2017年4月24日Core发布了新的隔离见证支持方式BitcoinCore0.14.1。

2017年5月，持有83%算力的矿池在纽约达成协议，开始准备Segwit2x（隔离见证＋2MB区块扩容）。

2017年8月，隔离见证终于被激活，比特币闪电网络的基础工作已经完成。

闪电网络，简单来说有点像交易所，用户在交易所中间来回买卖的记录不会记在区块链上，以后可能小额支付交易会放到闪电网络上，开一个通道，买卖都记录在上面，最后算一个总收支到主链上，以此来减少比特币主网的负荷。严格来说，闪电网络属于“侧链”技术的一种。侧链本质上是一种跨区块链解决方案，通俗来说，就是将一条链上的资产通过技术手段“迁移”到另一条链上。闪电网络技术的发展历史大致如下：

2015年2月份，Joseph Poon和Thaddeus Dryja发布了一篇闪电网络白皮书草稿。当时它仅仅是一份不完整的建议，并且还没有代码，但它引起了比特币技术社区大量的关注，它也成为后来比特币扩容之争的重要组成部分。

2016年1月14日，Joseph Poon和ThaddeusDryja发布了更新版的闪电网络白皮书。

2017年1月，第一个闪电网络的实现——lnd的内部测试版本发布。

2017年12月，开发者Alex Bosworth通过他建立的支付处理器Bitrefill的闪电通道支付了他的电话账单：这是有史以来第一次在闪电网络上进行真实货币的买卖。

2018年2月，由于比特币披萨而享誉盛名的比特币传奇人物Lazlo Hanyecz宣布会通过闪电网络购买到了两张披萨饼！

2018年3月中旬，Lightning Labs发布第一个闪电网络的测试版本——LND。

从2018年4月-2018年8月份，比特币闪电网络的月增长率约为15%，节点数从1500增加到3000，通道数从4000增加到11000。

比特币的扩容方案似乎仍然以隔离见证和闪电网络为主，然而由此引发的扩容风潮催生了一系列新的扩容方案的问世，如前文提到的侧链技术以及与之相似的跨链技术，以太坊计划在未来引入Plasma、Casper和分片等技术，未来整个行业也更加朝向多元化的方向迈进，至于哪家技术最后会取得成功，目前还未曾得知，不过可以肯定的是，区块链扩容技术正在不断进化，未来将助力整个行业加速前进。

共识机制的跃进

比特币区块链采用了工作量证明（PoW）的机制来实现共识，该机制最早于 1998 年在 B-money 设计中提出。简单介绍一下POW就是：矿工们在挖一个新的区块时，必须对SHA-256密码散列函数进行运算，谁先找到这个解就能获得系统提供的比特币奖励。随着POW的推出，随后几年陆陆续续出现了权益证明机制（POS）、委托权益证明机制（DPoS）等多种共识机制，它们凭借自身独有的特色在整个生态中扮演者不同的角色。其发展史大致如下：

2011年7月11日，bitcointalk论坛上名为“QuantumMechanic”的用户首次提出了权益证明（Proof of Stake）共识机制，从此，PoW和PoS之间孰优孰劣的争论便逐渐兴起。而相隔一年之后，名为sunny king的人物首次在点点币当中，运用了PoS这个共识机制。

2013年12月8日，Daniel Larimer首次提出了委托权益证明（DPoS）共识机制。

此后，更多的共识机制被开发人员研究出来，如PBFT、Paxos等等，有些项目还同时采用了集中共识机制，如PoS+PoW等。

矿机迭代史

2009年中本聪使用电脑的CPU挖出了第一批比特币，此后经历数年的发展，数字货币发狂手段也历经翻新，由最初的CPU挖矿，到后来GPU挖矿，最终演化到当前的ASIC（专业矿机）挖矿。

首先说CPU挖矿，在比特币发展初期的挖矿难度较小，因此大部分个人PC直接挖矿的收益都大于功耗（如挖矿产生的电费，机器的耗损等）。因此，当时很多国外的大学生纷纷在宿舍使用笔记本电脑挖矿，有些人据说还因此发财致富，成为比特币早期的信仰者之一。

之后，由于进入的人越来越多，算力竞争越来越激烈，这时一些生产商不失时机地推出更先进的挖矿设备——GPU。GPU俗称显卡，我们玩游戏的时候经常遇到，世界著名公司英伟达就是GPU领域的著名研发商。

不久后，挖矿便进入ASIC时代。ASIC，即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。此类矿机与早期矿机相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。人们熟知的矿机巨头比特大陆就是靠销售ASIC矿机发家的，此外亿邦国际、嘉楠耘智等著名矿商也是此类矿机的著名提供商。需要说明的是，ASIC矿机之前，一种被称为FPGA的矿机曾风靡过一段时间，知名人物南瓜张就曾经靠贩卖这类矿机发家。

目前，由于挖矿算力竞争十分激烈，普通矿工已很难独自挖矿盈利，因此挖矿行业又再度进化出矿池和矿场。二者的区别在于矿场是一个比特币挖矿硬件设备的集合，矿池则是矿工们算力的集合。具体来讲，矿池就是一个开放的、全自动的挖矿平台，矿工将自己的矿机接入矿池，贡献自己的算力共同挖矿然后获得收益。而所谓的比特币矿场，就是搭建一座厂房，将几十台、几百台或者几千台的矿机放在一起进行数学运算，挖掘比特币。

形形色色的钱包

所谓数字货币钱包，其实是管理诸如比特币等基于区块链技术的数字货币的应用。它一般提供钱包地址的创建、转账、交易查询等功能。目前，数字钱包市场鱼龙混杂，诸多产品交织在一起，令人目不暇接。根据分类标准的不同，钱包的种类也不一而足。比较常见的分类标准是按照是否触网划分为冷钱包和热钱包。

前者需要联网才能运行，好处是可以随时发起交易，使用便捷，缺点是容易被黑客和各种钓鱼网站盯上，造成资产损失。几年前，Mt.Gox发生的黑客盗窃事件就是由于把数字资产存在了热钱包，最终该交易所由于无法偿还债务而宣告倒闭。冷钱包不需要联网，最大的好处是十分安全，不容易发生黑客盗窃事故但缺点是使用不便，而且价格昂贵。

除此之外，钱包产品还可根据是否中心化分为中心化钱包和去中心化钱包，按是否权威性分为官方钱包和第三方钱包，按平台分为PC钱包、手机钱包、网页钱包、浏览器插件钱包、硬件钱包等等。

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