今天是礦業三篇中的第二篇，主要描述一下，比特幣的數學原理，密碼學和硬件知識，以及比特幣礦機的發展簡史。

繼續延續通俗易懂的簡化形式去描述這樣一個過程。

比特幣為什么2100萬個？

拋開設計者的經濟學構思，直接說數學構思，2009年1月3號開始，約十分鐘一個區塊，一個區塊獎勵是50個btc，4年后減半成為25個btc，再過4年繼續減半，以此類推。

目前處于第三個階段，也就是打包區塊獎勵是12.5個，明年會減半成6.25個。

用數學公式去算。

一小時有6個十分鐘，一天24小時，一年365天，四年減半。一直減半，也就是后面是個等比數列。

比特幣總量=50 x 6x 24 x 365 x 4 x （1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n）

以上等式就是約等于2100萬個，其中，（1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n）是一個等比數列，數學上等于2.

也可以看出來，比特幣前四年，挖出來的數量是1050萬個，也就是一半，然后第二個四年，挖出來是1050的一半，也就是525萬，第三個四年周期是525萬的一半，也就是262.5萬。現在處于第三個周期的末尾（2020年五六月份減半），所以很多新聞說現在比特幣的“流通量”為1700或者1800萬個，可以用計算器加一下，就是這個數字，只是有幾百萬個或許已經永久丟失，流通量大大低于產出。

備注：挖礦的獎勵實際上有兩部分，一部分是區塊獎勵，另一部分是在這大概十分鐘內全網發生的比特幣交易費。后者占比極小，在目前階段收益計算中可以忽略不計。

引用上一篇養雞場邏輯，母雞下金蛋，但是有些金蛋弄丟了，所以，流通總量低于產出量。

簡單提一句，經濟學模型，這個就是通縮模型，在經濟學模型中并沒有大的創新。中本聰（這個人或者這個組織）有沒有諾貝爾獎級別的貢獻，和這個通縮模型并沒有什么關系。因為是個極簡單（也比較簡陋）的經濟模型。歷史上沒有一個國家采用這種模型去獲得經濟繁榮。本文只講數學模型。

比特幣挖礦的過程是什么？密碼學原理是什么？

簡單來說：解開一個數學難題，然后廣播出去，得到驗證后，獲得區塊獎勵。別的礦機收到信息后，放棄解這個數學難題，去算下一個數學難題，爭取區塊獎勵。以此類推。

具體一些，這里接這個數學難題就是用到了一個密碼學知識：單向散列函數

單向散列函數，又叫哈希函數，比特幣中的哈希函數是SHA256.

之前寫了很多篇關于密碼學的文章，可以參考（《比特幣中的密碼學：哈希函數的五大特性和挖礦原理》），在此也簡單講述。

SHA256 是一種哈希函數，SHA（信息）=256位的二進制數字，輸入任何信息，可以是一本《紅樓夢》可以是一個字等等，都可以快速得到這256位二進制。改一點點輸入信息，結果就相差很多，而且，從結果信息無法反推輸入信息。

對于二進制來說，前面的0越多，這個數字越小，如果范圍是小于等于這個數，意味著二進制數位上，前面的0越多，這個范圍越窄，猜出來輸入值的難度越高。

SHA256（SHA256（信息+x））小于等于目標值（target）。

用礦機去找或者說去猜x，知道滿足條件。這就是挖礦。

公式中的信息是區塊頭信息，包含version，pre_hash，merkle root，ntime，nbits等等信息，隨著區塊高度的改變和時間的變化而改變，去猜的這個x數值也可以寫成nonce，寫成什么不重要，不影響理解比特幣挖礦，大概知道有這會事兒就行了。

挖礦過程運用的只是單向散列函數的特性，公鑰加密、簽名、驗證等概念，不要糾結，這個解題過程用不著。

如果依然沒有看明白，請忽略以上單向散列函數的描述，簡單粗暴的理解為，解一個數學題。而且解這個數學題只能靠猜，沒有合理的運算方法去解這個題。

硬件知識和礦機發展簡史

做這個數學難題剛開始由CPU來做，然后是GPU顯卡挖礦，然后是FPGA，然后是現在的主流比特幣挖礦的ASIC芯片礦機。

CPU能處理復雜問題，但是這個解題過程不需要那么復雜的頭腦，使勁猜就好了。于是用GPU 并行運算等相關特性比較好，最著名的公司是英偉達（NVIDIA）和AMD公司，在礦圈，前者被稱為N卡，后者被稱為A卡。

GPU有耗電和其他缺點，于是用FPGA，深圳有家很牛的無人機企業叫大疆科技，背后用的就是FPGA。GPU和FPGA在人工智能領域有很多應用（知識擴展，和今天主題無關）。

FPGA 就是現場可編程門陣列（再次提醒：所有聽不懂的概念，不要糾結，直接跳過），就是說白了，好編程，好調整。但是呢，功能相對還是太多了。我只是要一個能夠把元宵裝進盒子的人，不需要一個大學生博士生，繼續簡化，出現了ASIC芯片。

“我只需要一雙手，而你卻給了我一個人”——亨利·福特

現在AISC本質上就是簡化后的產物，只剩下一雙手，只解決這一個函數問題。

和CPU對比，CPU是一個博士生和產線工人比賽誰能把元宵裝到盒子里裝得快，由于優秀的集成，變成了一個博士生和十個一百個產線工人比賽誰裝元宵裝得快。結果可想而知，于是，現在比特幣挖礦，只用ASIC芯片礦機。

礦機發展的邏輯以上已經講完了，歷史部分簡述如下：

2009年1月3號，中本聰用CPU挖礦；2010年9月就有了GPU挖礦，2011年有了FPGA，2012年8月烤貓fried cat 眾籌搞ASIC礦機，那時間開始世界礦業向中國傾斜，2012年11月，btc首次減半，差不多四年了從2009年。2013年年初，烤貓繼續干。阿瓦隆ASIC礦機弄出來了，也是中國最早的一批ASIC礦機，母公司就是嘉楠耘智，最近上市納斯達克股價大跌的那個公司。

2013年年底的大陽線，很多第一代同學入場，中國兩次大規模礦工出現和炒幣的人出現第一次就是2013年，第二次就是2017年。一根大陽線，千軍萬馬來相見，說的就是這個意思。2014年之后的歷史，就很容易在網上查到了。烤貓2015年1月份就失蹤了，神秘失蹤，這個具體為啥失蹤，是被人謀害了，是穿越了被外星人帶走了，還是因為礦機慢慢地不夠好了，人家跑路了，我們不關心這些內容，這不是八卦類文章。烤貓同志為比特幣挖礦做出大貢獻，在此向烤貓同志致敬。

之后的故事大家都知道了，比特大陸崛起，在2017年2018年占了全球市場80%以上，過去一年數據的話，大概比特大陸的礦機螞蟻礦機占60%多，神馬礦機占20%+。這里面的恩怨糾葛和具體市場比例，感興趣自己查吧。

本文講了三塊內容：比特幣的挖礦基本原理，挖礦硬件相關的淺顯知識，以及礦機發展的簡史。

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