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区块链矿业何时迎来变革?

摘要:在过去的十年中,维护比特币网络的机器经历了快速的技术发展。采矿设备是比特币网络成功的基本特征,也是数万亿区块链市场的必不可少的底层建筑。

在过去的十年中,维护比特币网络的机器经历了快速的技术发展。采矿设备是比特币网络成功的基本特征,也是数万亿区块链市场的必不可少的底层建筑。但一件事的成功总少不了质疑的声音,因比特币日趋上升的能源消耗与算力集中化的趋势违背了其共识原则;人们正在寻找一种新的共识机制来回归区块链的初心。

 

区块链挖矿发展史(比特币)

2009年1月3日,化名中本聪(Satoshi Nakamoto)开采了第一个比特币区块。作为当时比特币网络上唯一的矿工,此时的挖矿原理是利用CPU芯片里的算术逻辑单元:arithmetic and logic unit来进行哈希碰撞运算、余模等。当时的区块链网络体积非常小,以当时的CPU运算能力是可以胜任的,但随着比特币价值被慢慢发掘,新矿工开始逐渐加入,挖矿市场开始竞争。

在2010年10月比特币价格达到10美分时,第一个利用图形处理单元(GPU)的采矿设备已被开发出来。参与挖矿的GPU设备经过了优化,可以执行各种计算任务。擅长并行计算简单的数学运算,使当时生产比特币区块和获得区块奖励的效率平均提高了大约六倍。

随后的2011年,现场可编程门阵列(FPGA)也被重新建模以开采比特币。根据Metnick的计算,FPGA能够计算出挖出比特币所需的数学运算,运算速度是最高级别GPU的两倍。

比特币采矿的第三项重大创新可能需要最大的专用资源,时间和开发资源。2013年,一家位于中国的计算机硬件制造商Canaan Creative发布了第一套用于比特币挖掘的专用集成电路(ASIC)根据Metnick的计算,如今ASIC比特币采矿设备的速度是2009年平均CPU速度的1000亿倍。

区块链挖矿的分歧与改进

在近年来,区块链挖矿的弊病在不断的被提出。据权威科学杂志《焦耳》上的论文指出:“整个比特币网络每年可能达到184太瓦时的电力,相当于全球所有数据中心消耗的能源总量”。其消耗能源产生的碳足迹与英国伦敦大都市区的碳足迹相当,足以窥见区块链网络对于能源消耗的一角,更不用说挖矿的算力集中化对区块链网络的不健康影响。

几乎所有基于工作量证明(PoW)的区块链共识机制的加密货币都会不可避免的面对某一方对算力的庞大占有力,让工作量证明协议很容易受到单一中心化机构审查和规则变更的影响,从而破坏对各个利益相关方之间的约束制衡。

抗拒ASIC矿机是如何进行的?

实际上,以太坊(Ethereum)和门罗币(Monero)等加密货币网络背后的开发人员早就已经开始抵制 ASIC 矿机了,他们认为通过使用内存困难(memory-hard)共识算法可以打击“中心化挖矿”的 ASIC 矿机,使这种挖矿方式变得无利可图。还有一些加密货币则希望尝试完全放弃工作量证明共识机制来解决“矿霸问题“。

理论上说,抵制 ASIC 矿机最后可能会有这样一个结果:ASIC 芯片价格无比昂贵、设备运作产生的噪音巨大、并且全世界只有少数几家公司有能力生产。另一方面,我们几乎能在每个家庭中找到CPU芯片,对于普通消费者来说,GPU硬件设备也更容易访问和使用,而作为一种商业化硬件设备,CPU的日常应用更加广泛,生产和购买流程也更去中心化,从这个角度来看,其实已经创建了一个平等的工作量证明系统。

许多基于CryptoNote协议的项目,或更改共识算法或取消共识挖矿机制来应对ASIC集群挖矿的弊端,例如莱特币、以太坊、门罗币和达世币,而继承了CryptoNote协议意志的MKEcoin同样是其中一员,旨在让区块链网络回归最初的共识体系。

 

CPU挖矿的逻辑与解决方案

我们需要知道,如果需要抵抗ASIC集群挖矿,就需要拿出另一种解决方案。CPU的运算能力并没有人们想象的如此不堪,相反CPU的灵活性、通用性几乎是半导体中顶尖的水平,且因为技术的进步与革新,最新世代的CPU已经拥有多个ALU。下面这张图是AMD官网 CPU架构部分示意图:

在技术层面上,CPU的编程灵活多样性最强,可以在许多抵制 ASIC 的区块链上进行挖矿,因此攻击向量(attack vectors)也会更大。通俗点说就是,即便某个加密货币区块链受到攻击,也不会让CPU挖矿变得毫无用处,因为可以立刻转到其他链上进行挖矿。且在编译语言上对挖矿程序有着很好的兼容性,无论是更新、重置还是线上热插拔都拥有最大的灵活性。

吸取前人的经验后,MKEcoin在主网上内置了CPU挖矿功能,所有用户都可以通过自由选择配置来提供闲置的CPU线程参与MKE共识网络的建立,且能随机获得MKE所提供的MKE代币奖励。不同于之前的CPU挖矿,MKE能够实现CPU的部分线程参与挖矿的并行算法,最大程度的给予用户便利性与自由度。

但是,在一个成功且不断发展的加密货币网络中,ASIC 矿机的出现似乎是不可避免的。即便 ASIC 矿机的挖矿效率没有 GPU 矿机高效,但通过创建专用挖矿硬件并挖掘某一种加密货币也有可能使之变得有利可图。在这个基础上,MKEcoin给出的方案是增加区块链的弹性,并根据CPU灵活性与ASIC只适用于特定算法的缺点进行周期性的算法变更,由此使ASIC矿机不能持续的进行挖矿活动,并且使集群挖矿攻击网络的收益降至无利可图的程度。

 

现在的挖矿产业已经形成了一种定局,任何一种解决方案都不容易实现,但赋予区块链磅礴生命力的永远是变革者的灵光一现。这需要来自加密生态系统中的各个加密货币项目发起方、矿工、以及其他利益相关者的共同探索和努力。


来源:LIGHTON

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