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比特币挖矿的历史如图8一1所示。
  
比特币和其他一些数字货币、黄金一样需要挖矿,这是一个让很多刚接触数字货币的人诧异而觉得新奇的事情。简单地说,挖矿就是指通过将计算机联网,完成定任务并获得加密数字货币回报的过程。这个词在过去的3~4年变得非常火热,这个行业也很火热。
挖矿的实质是在不安全的因特网上取得共识的一种机制。
人类社会有3种组织形态:中心化(A)、去中心化(B)和分布式(C),如图8一2所示。

中心化结构关键点位于中央,向四周辐射信息,常用于金融、交通等领域。由于中心化的结构会因为单点失败带来整个系统瘫痪,在交通系统中心化的结构里,单点失败带来的整个系统瘫痪屡见不鲜。上海高架桥就因超重货车破坏而封闭道路时导致周边道路在施工清理严重拥堵。在北京由于外环某段道路拥堵,导致其他地区交通堵塞的事情同样屡见不鲜。而在去中心化或分布式系统下,即使单点失败,交通或信息也可以自动经由其他路径运营,确保了系统的平稳运行。
去中心化,或分布式系统,通过多中心体系,可以预防因单点失败而导致的系统瘫痪。在系统稳定性高于其他要求的前提下,去中心化和分布式系统有其独到的优势。
炒币机器人金融系统过去的几千年历史里,一直是以中心化的架构运行的。从人类开始借助贝壳、羽毛、皮毛到黄金、白银、纸币,以部落或者国家货币为交易媒介的过程中,一直都是以银行为中介方进行交易。当通过银行向他人付款时,首先,需要向你的开户行发出指令,然后你的开户行会检查你的银行账号是否有足够存款,如果有,你的银行将从你的账号扣除该款项,并经过中央银行,将该款项转移到目标银行,目标银行对收款账号进行审核,最终将该款项计入收款账号。
每一个环节都意味着摩擦与时间成本。摩擦也就是每个环节都将会为此服务收费。
而一个去中心化的金融系统,由于中间方的消失,意味着低成本,甚至免费,同时系统的安全性也将极大地提高。
为了解决在不安全的因特网上安全地传递信息,特别是价值信息,比特币通过引入一个重要的概念工作量证明机制,解决了拜占庭将军难题。
拜占庭将军难题在1982年由计算机科学家提出:多支军队需要从多个方向,同时进攻山谷中的一座戒备森严的城市,这样才能攻陷城市。而每支军队都由一个将军率领,他们彼此之间只能通过信使联络,如何才能实施一个共同计划?
必须保证以下几点:
(1)所有诚实的将军都会根据行动计划共同行动。
(2)少数的叛徒不会让诚实的将军们被错误的信息(伪计划)误导。
拜占庭将军的难点在于需要派出信使穿过戒备森严的山谷。信使可能在穿越山谷的过程中被抓获,从而叛变,向将军传递错误的信息。同时,将军们也可能叛变。这一难题也不能通过派出尽量多的信使来解决。
同因特网世界进行比较,将军对应着因特网结点,而山谷就是连接每个结点的网络,信使就是在每个结点间传递的信息。
比特币通过引入工作量证明机制,以去中心化系统的方式完美地解决了拜占庭将军难题。
具体措施如下:比特币软件通过加密算法对信息进行加密,降低了信息发送的数量,提供了对虚假信息的检测方法。
在一个信息产生后,比特币软件使用sha256加密把信息压缩到60字节。一:且信息向全网发出,它只能通过复杂的数学算法进行解码。
比特币软件需要确保比特币挖矿设备(矿计算机)平均每10分钟解出一个数学方程式。计算该数学方程式花费的算力和能源,就是发送虚假信息的成本。通过比特币协议,如果有人想发送虚假信息,他必须支付产生大量算力和消耗大量电力所需的成本。
第一个计算出数学方程式答案的人可以创建交易区块并向全网广播,他同时获得一份奖励(现在是12.5个比特币)。
从数学统计角度,经过6次记账模式的保障下记录的信息可以视为无法被伪造,而通过比特币区块链技术记录的信息也无法再被篡改。
由此,挖矿就是通过联网计算机,完成一定的计算任务,为去中心化的网络系统提供安全保障,从而获得数字货币奖励的同时又帮助发行比特币的一种经济行为。
因此,挖矿是计算能力和能耗效率的竞争。计算能力越多,意味着获得比特币奖励的机会越多,同时如果单位速度矿机的功耗越低,单位比特币奖励的电费越低,边际成本就越低,矿机工作的经济寿命时间就越长。挖矿已经成为运用最新半导体技术、部署最快、最省电专用计算机的军备竞赛。比特币挖矿难度的增长曲线自2013年以来非常陡峭(见图8一3)。

因此,挖矿的实质是与计算难度增长的赛跑。如果要在全球挖矿竞赛中保持领先,一定要有足够快的矿机,以保证难度的增长不会把机器的算力淹没,矿机的成本要够低,消耗的电力要够低_足够低的电费可以加快成本回收。由于一般矿工没有自己生产专业矿机的能力,只能选择从矿机厂商那里购买。而大家对于矿机厂商未来数月内将要生产出来的矿机数量未知,加上对于未来难度增长的曲线未知,导致部分矿工在挖矿业务中因机的大量上市,挖矿难度暴涨而损失惨重。
一般来说,在币价低迷时部署矿机挖矿,会是一个相对较优的选择。因为币价低迷,因此,没有新的矿机会被投入网络从而确保未来的难度增长相对平缓,矿机的经济使用寿命会大大延长,从而获取更多的利润。
现在从全球角度来看,比特币矿业主要集中于能源价格低廉的地区。美国的华盛顿州,中国的四川、内蒙古,东欧地区,以及欧洲的冰岛,这些地区因为能源价格在全球比较有优势,所以,成为比特币矿业的集中地。
超过70%的比特币算力集中于中国,特别是四川、内蒙古地区所以,投资中国矿业还是比较有优势的。
通过对以上信息的了解,大家应该对挖矿有了初步了解。那么如何投资,参与挖矿以获取利润呢?
如图8一4所示,影响挖矿收益的参数有当前难度、未来难度增长预期、比特币对人民币汇率(价格)、设备成本、电费价格,以及机器功耗。

设备成本意味着固定投资,电力价格与机器功耗意味着维持机器运行的边际成本。当前计算难度与难度增加意味着未来比特币的收入。而比特币收入乘以比特币的汇率就得到了人民币收入。将每天的总收入减去设备成本与电力成本支出就是所获得的比特币利润,或是人民币利润。
难度与价格参数属于不可控因素,它是将来才会发生的,如图8一5,图8一6所示。


从历史数据中可以看到,难度持续增加,同时在2014年年底到2015年年底难度增长曲线没有那么陡峭。这意味着在单台机器的比特币收入持续降低的前提下,在特定的时间段,因为难度增长相对平缓,加上比特币价格是暴涨过来的,单台机器的比特币收入较暴涨前仍然显著增加。
如图所示,比特币的价格在2013年12月之前总体保持上涨,而2014年到2015年年初,持续下跌。2015年年初价格再次稳定,并从2015年年底开始,价格再次开始上涨。
总结上述历史数据,价格的上涨,会带来难度的显著上涨。由于人性的贪婪,难度的上涨会超出理性,导致矿工从整体上陷于亏损状态。而在价格下跌的预期下,难度增长放缓,这时挖矿的比特币收益会明显增加。在比特币挖矿投资中有个经验:价格涨时,持币赚人民币;价格跌时,投矿机赚取比特币。因此,如果有人要想通过挖矿赚取利润,最好的办法是:判断比特币的价格走势。如果是在价格的上升周期,最安全、高收益的办法就是持有比特币。而在价格下跌周期,则投资到比特币挖矿中去。
基本的思路清晰后,矿业如何做就相对简单了。
(1) 到四川、内蒙古找到大量弃置能源,这样可以保障电费成本的优势。
(2)需要专业的机房建设,控制机房的建设成本,保障机房的迅速交付与稳定运行。
(3)采购高速、省电同时低成本的机器。现在供应比特币矿机的企业有:比特大陆、阿瓦隆、闪电智能和币网。购买到高效率的矿机后,将机器部署到数据中心,然后接入矿池企业的服务。中国现在的矿池服务企业有:鱼池F2Pool、蚁池AntPool、BTCCPool和BW.COM。这样就可以通过挖矿获得比特币投资收益了。
通过以上决策方式,可以保证比特币挖矿投资的成功。
针对比特币消耗大量能源、大量生产矿机、部署矿机成本的弱点,另外有一种挖矿算法也在数字社区存在权益证明机制(POS).权益证明机制将矿工从系统中去除。通过持币者对交易信息进行验证,并确认交易,从而保障系统的安全运行。系统根据持币者持有币的数量和时间,产生交易的确认者,并对该确认者进行数字货币奖励。权益证明机制相对于工作量证明机制可以节省大量的能源,节省大量制造硬件的成本,但由于交易的确认需要依赖于持币数量和时间,就会导致持币者成为系统的食物链阶层,不利于系统的活跃性和扩张。
随着比特币挖矿难度的上升,算力的集中度上升,算力集中到少数大矿工或是矿场手中,同时大多数的矿机厂商在竞争中被淘汰:国外的公司有KNC、BUTTERFLY、HASHFAST和Spondoolies一Tech,中国企业有烤猫、花园、小强矿机,以及众多无牌矿机厂商。现在全球只剩几家矿机企业。比特币的算力中心化趋势越来越明显,现在社区开始出现了担心比特币去中心化色彩渐渐消失的声音。因此,社区有人员提出,改变比特币的工作量证明机制,采用同样实现解决拜占庭将军问题的其他算法,如权益证明机制(POS).
比特币作为去中心化系统的试验,而挖矿又作为比特币体系的核心支柱,都具有非常重要的示范效果。它们可以说是整个区块链产业的基石。因此,参与比特币等数字货币的挖矿仍然有着很重要的积极意义。另外,对过去几年矿业发展的反思,将会对未来数字货币的成功发展和生产系统的繁荣提供更好的机会。
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