今天是礦業(yè)三篇中的第二篇，主要描述一下，比特幣的數(shù)學(xué)原理，密碼學(xué)和硬件知識(shí)，以及比特幣礦機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史。

繼續(xù)延續(xù)通俗易懂的簡(jiǎn)化形式去描述這樣一個(gè)過(guò)程。

比特幣為什么2100萬(wàn)個(gè)？

拋開(kāi)設(shè)計(jì)者的經(jīng)濟(jì)學(xué)構(gòu)思，直接說(shuō)數(shù)學(xué)構(gòu)思，2009年1月3號(hào)開(kāi)始，約十分鐘一個(gè)區(qū)塊，一個(gè)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)是50個(gè)btc，4年后減半成為25個(gè)btc，再過(guò)4年繼續(xù)減半，以此類推。

目前處于第三個(gè)階段，也就是打包區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)是12.5個(gè)，明年會(huì)減半成6.25個(gè)。

用數(shù)學(xué)公式去算。

一小時(shí)有6個(gè)十分鐘，一天24小時(shí)，一年365天，四年減半。一直減半，也就是后面是個(gè)等比數(shù)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(wàn)個(gè)，其中，（1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n）是一個(gè)等比數(shù)列，數(shù)學(xué)上等于2.

也可以看出來(lái)，比特幣前四年，挖出來(lái)的數(shù)量是1050萬(wàn)個(gè)，也就是一半，然后第二個(gè)四年，挖出來(lái)是1050的一半，也就是525萬(wàn)，第三個(gè)四年周期是525萬(wàn)的一半，也就是262.5萬(wàn)?，F(xiàn)在處于第三個(gè)周期的末尾（2020年五六月份減半），所以很多新聞?wù)f現(xiàn)在比特幣的“流通量”為1700或者1800萬(wàn)個(gè)，可以用計(jì)算器加一下，就是這個(gè)數(shù)字，只是有幾百萬(wàn)個(gè)或許已經(jīng)永久丟失，流通量大大低于產(chǎn)出。

備注：挖礦的獎(jiǎng)勵(lì)實(shí)際上有兩部分，一部分是區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，另一部分是在這大概十分鐘內(nèi)全網(wǎng)發(fā)生的比特幣交易費(fèi)。后者占比極小，在目前階段收益計(jì)算中可以忽略不計(jì)。

引用上一篇養(yǎng)雞場(chǎng)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(chǎn)出量。

簡(jiǎn)單提一句，經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，這個(gè)就是通縮模型，在經(jīng)濟(jì)學(xué)模型中并沒(méi)有大的創(chuàng)新。中本聰（這個(gè)人或者這個(gè)組織）有沒(méi)有諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的貢獻(xiàn)，和這個(gè)通縮模型并沒(méi)有什么關(guān)系。因?yàn)槭莻€(gè)極簡(jiǎn)單（也比較簡(jiǎn)陋）的經(jīng)濟(jì)模型。歷史上沒(méi)有一個(gè)國(guó)家采用這種模型去獲得經(jīng)濟(jì)繁榮。本文只講數(shù)學(xué)模型。

比特幣挖礦的過(guò)程是什么？密碼學(xué)原理是什么？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：解開(kāi)一個(gè)數(shù)學(xué)難題，然后廣播出去，得到驗(yàn)證后，獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。別的礦機(jī)收到信息后，放棄解這個(gè)數(shù)學(xué)難題，去算下一個(gè)數(shù)學(xué)難題，爭(zhēng)取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。以此類推。

具體一些，這里接這個(gè)數(shù)學(xué)難題就是用到了一個(gè)密碼學(xué)知識(shí)：?jiǎn)蜗蛏⒘泻瘮?shù)

單向散列函數(shù)，又叫哈希函數(shù)，比特幣中的哈希函數(shù)是SHA256.

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

SHA256 是一種哈希函數(shù)，SHA（信息）=256位的二進(jìn)制數(shù)字，輸入任何信息，可以是一本《紅樓夢(mèng)》可以是一個(gè)字等等，都可以快速得到這256位二進(jìn)制。改一點(diǎn)點(diǎn)輸入信息，結(jié)果就相差很多，而且，從結(jié)果信息無(wú)法反推輸入信息。

對(duì)于二進(jìn)制來(lái)說(shuō)，前面的0越多，這個(gè)數(shù)字越小，如果范圍是小于等于這個(gè)數(shù)，意味著二進(jìn)制數(shù)位上，前面的0越多，這個(gè)范圍越窄，猜出來(lái)輸入值的難度越高。

SHA256（SHA256（信息+x））小于等于目標(biāo)值（target）。

用礦機(jī)去找或者說(shuō)去猜x，知道滿足條件。這就是挖礦。

公式中的信息是區(qū)塊頭信息，包含version，pre_hash，merkle root，ntime，nbits等等信息，隨著區(qū)塊高度的改變和時(shí)間的變化而改變，去猜的這個(gè)x數(shù)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(huì)事兒就行了。

挖礦過(guò)程運(yùn)用的只是單向散列函數(shù)的特性，公鑰加密、簽名、驗(yàn)證等概念，不要糾結(jié)，這個(gè)解題過(guò)程用不著。

如果依然沒(méi)有看明白，請(qǐng)忽略以上單向散列函數(shù)的描述，簡(jiǎn)單粗暴的理解為，解一個(gè)數(shù)學(xué)題。而且解這個(gè)數(shù)學(xué)題只能靠猜，沒(méi)有合理的運(yùn)算方法去解這個(gè)題。

硬件知識(shí)和礦機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

做這個(gè)數(shù)學(xué)難題剛開(kāi)始由CPU來(lái)做，然后是GPU顯卡挖礦，然后是FPGA，然后是現(xiàn)在的主流比特幣挖礦的ASIC芯片礦機(jī)。

CPU能處理復(fù)雜問(wèn)題，但是這個(gè)解題過(guò)程不需要那么復(fù)雜的頭腦，使勁猜就好了。于是用GPU 并行運(yùn)算等相關(guān)特性比較好，最著名的公司是英偉達(dá)（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(diǎn)，于是用FPGA，深圳有家很牛的無(wú)人機(jī)企業(yè)叫大疆科技，背后用的就是FPGA。GPU和FPGA在人工智能領(lǐng)域有很多應(yīng)用（知識(shí)擴(kuò)展，和今天主題無(wú)關(guān)）。

FPGA 就是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（再次提醒：所有聽(tīng)不懂的概念，不要糾結(jié)，直接跳過(guò)），就是說(shuō)白了，好編程，好調(diào)整。但是呢，功能相對(duì)還是太多了。我只是要一個(gè)能夠把元宵裝進(jìn)盒子的人，不需要一個(gè)大學(xué)生博士生，繼續(xù)簡(jiǎn)化，出現(xiàn)了ASIC芯片。

“我只需要一雙手，而你卻給了我一個(gè)人”——亨利·福特

現(xiàn)在AISC本質(zhì)上就是簡(jiǎn)化后的產(chǎn)物，只剩下一雙手，只解決這一個(gè)函數(shù)問(wèn)題。

和CPU對(duì)比，CPU是一個(gè)博士生和產(chǎn)線工人比賽誰(shuí)能把元宵裝到盒子里裝得快，由于優(yōu)秀的集成，變成了一個(gè)博士生和十個(gè)一百個(gè)產(chǎn)線工人比賽誰(shuí)裝元宵裝得快。結(jié)果可想而知，于是，現(xiàn)在比特幣挖礦，只用ASIC芯片礦機(jī)。

礦機(jī)發(fā)展的邏輯以上已經(jīng)講完了，歷史部分簡(jiǎn)述如下：

2009年1月3號(hào)，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(jī)，那時(shí)間開(kāi)始世界礦業(yè)向中國(guó)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(xù)干。阿瓦隆ASIC礦機(jī)弄出來(lái)了，也是中國(guó)最早的一批ASIC礦機(jī)，母公司就是嘉楠耘智，最近上市納斯達(dá)克股價(jià)大跌的那個(gè)公司。

2013年年底的大陽(yáng)線，很多第一代同學(xué)入場(chǎng)，中國(guó)兩次大規(guī)模礦工出現(xiàn)和炒幣的人出現(xiàn)第一次就是2013年，第二次就是2017年。一根大陽(yáng)線，千軍萬(wàn)馬來(lái)相見(jiàn)，說(shuō)的就是這個(gè)意思。2014年之后的歷史，就很容易在網(wǎng)上查到了。烤貓2015年1月份就失蹤了，神秘失蹤，這個(gè)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?yàn)榈V機(jī)慢慢地不夠好了，人家跑路了，我們不關(guān)心這些內(nèi)容，這不是八卦類文章?？矩埻緸楸忍貛磐诘V做出大貢獻(xiàn)，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(chǎng)80%以上，過(guò)去一年數(shù)據(jù)的話，大概比特大陸的礦機(jī)螞蟻礦機(jī)占60%多，神馬礦機(jī)占20%+。這里面的恩怨糾葛和具體市場(chǎng)比例，感興趣自己查吧。

本文講了三塊內(nèi)容：比特幣的挖礦基本原理，挖礦硬件相關(guān)的淺顯知識(shí)，以及礦機(jī)發(fā)展的簡(jiǎn)史。

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