OK科普 | “比特幣交易”長啥樣(上)

買賣虛擬貨幣

比特幣是怎麼來的,很簡單:要麼是你自己挖礦挖來的,要麼是別人轉給你的,當然,別人轉給你的,最早的源頭也是來源於挖礦所得。

所以,我們先說挖礦,這是比特幣的一個初始分配。在挖礦這一部分,我們主要涉及到兩個知識點:雜湊、工作量證明。

最早的50個比特幣,是中本聰透過挖礦得到的。我們現在也經常說:比特幣是挖礦產生的。挖礦其實是一個形象的比喻,它的意思可以理解為解答一道超級難、超級複雜的數學題。

因為這個解題的過程有點像開採礦產資源那麼難,同時呢,又要消耗很大的電力,於是,這個解題過程就被人叫作了“挖礦”,那麼參與解題的人呢,被稱作“礦工”。

比特幣的第一個區塊是中本聰建立的,根據比特幣系統的設定,他建立了第一個區塊,可以得到50個比特幣作為獎勵,可以說,中本聰是比特幣的第一個礦工。

依據比特幣系統的設定,比特幣恆定2100萬,每四年減半。2009年的時候,中本聰挖礦得到的獎勵是50個比特幣,到現在將近10年過去了,比特幣經歷了兩次減半,從50,到25,再到12.5,所以,現在挖礦,也就是建立區塊的獎勵是12.5個比特幣。

可能有人會問,比特幣每四年減半,那礦工賺的比特幣獎勵不就越來越少了嗎?是什麼讓他們有動力去一直挖礦呢?其實,礦工獲得的報酬不僅是挖礦所得,還包含手續費。

你和別人之間進行比特幣轉賬的時候,要付給礦工一定的手續費。當然,手續費是自願的,你願意給多少就給多少。不給可不可以?可以,但是礦工會選擇手續費高的交易優先處理,你不給手續費,你的交易可能就被排在後面了。

現在,透過交易平臺也好,錢包軟體也好,進行比特幣交易,手續費的比例都是交易平臺和錢包根據你的賬戶情況,自動生成的一個比較合理的手續費,這一步無需你自己進行什麼額外的操作,所以大家可能感受不到付給礦工這筆手續費的存在。

礦工想要得到豐厚的挖礦獎勵和交易費,容不容易?並不容易,而且他們的勞動是有成本的,不要小瞧了他們的成本,成本是非常大的,其中最大的成本就是電費。

我們剛剛講過,挖礦其實就是解決一道超級難、超級複雜的數學題,這個解題方法是透過“雜湊運算”,題目的解呢,就是“雜湊值”。

雜湊運算是怎麼回事呢?簡單來講,“雜湊運算”就要把交易資訊(包含時間戳在內的一切資訊)打包起來,把這些資訊統統“程式碼化”,來進行復雜的計算,得出雜湊值。

“雜湊”雖然是一個密碼學概念,但是我們可以把它理解成數學函式題。只不過,它和數學函式題稍稍不一樣:數學函式題的x和y是雙向的,已知x可以求出y,已知y可以求出x;但是,雜湊函式是單向的,已知x可以求y,已知y不可求出x。

為什麼要採用“雜湊函式”呢?這和比特幣系統的安全性有關。比特幣系統是一個巨大的、不斷更新的賬本,這個“賬本”是全網公開的,這裡就涉及到個人資訊洩漏問題。雜湊函式的“單向性”可以保證賬戶主體的資訊隱私安全:你知道我的交易資訊,你卻不知道我是誰,查不到我的資訊。雜湊函式的“單向性”讓比特幣具有很好的匿名性,這就是為什麼暗網上喜歡用比特幣進行交易。

利用“雜湊函式”來保障隱私是很好的辦法,但是,計算雜湊值的過程其實是非常非常難的。而且,對於比特幣而言,隨著比特幣每四年產量減半,還會越來越難。難到什麼地步呢?這個雜湊值,它是沒有固定演算法的,只能依靠計算機隨機進行雜湊碰撞,碰對了就算答對了。

所以呢,挖礦,對計算機的計算能力,也就是算力,要求非常高,挖礦拼的,其實就是算力。有人會問:我想挖礦,但是我又不會算什麼雜湊,我該怎麼挖?還有人可能疑惑:計算雜湊,明明就是腦力工作啊?為什麼說最大的成本是電費呢?

最早的“挖礦”的確需要計算,需要腦力勞動,但是現在,早就不用計算機(也就是我們的家用電腦)進行挖礦了,而是採用專業礦機來挖礦。專業礦機的產生和發展,彌補了家用電腦算力太低的缺陷,也為我們省去了腦力勞動,讓挖礦這件事情變得很容易。

對於專業礦機,我們只需要很簡單的安裝就可以挖礦,至於計算雜湊的過程,專業礦機晶片就幫你完成了。現在主流晶片是ASIC,市面上螞蟻礦機、阿瓦隆礦機都採用的是ASIC晶片。所以,對於挖礦來講,你要付出的成本就是礦機費用和電費。甚至你也不需要買礦機,因為現在有很多礦場,就是專門維護礦機的地方,你可以租礦場的礦機算力來挖礦。

目前主流的礦機有13.5T左右的計算量級,意味著它每秒可以進行13.5萬億次計算,也就是每秒可以做13.5萬億次雜湊碰撞。這個數量很驚人是吧,它消耗的電量也可想而知有多高了,這些電費構成了礦工挖礦的主要成本。剛剛查了一下,現在的行情,買一臺礦機挖礦一年很難回本。因為電費太高了,所以現在很多礦場都建立在電費很便宜的地方,我國礦場主要分佈在四川、內蒙古。

在比特幣系統的規定裡,每10分鐘增加一個區塊,區塊裡面的內容是過去10分鐘系統內發生的一些交易,所以,礦工挖礦的時間大概是10分鐘

早期,在沒有礦機的時代,礦工們需要時刻監聽網路,一旦網路上廣播了交易,他們就需要在10分鐘之內,利用自己的電腦,做大量的雜湊運算。直到有人第一個計算出正確的雜湊值,他就有了記錄交易的權利,也就是建立區塊的權利,獲得比特幣獎勵,以及交易的手續費獎勵,宣告挖礦成功。現在,有了專業礦機,礦機可以替代礦工,達到“時刻監聽網路、做大量雜湊計算”的效果。

我們上面講到的這一整套計算雜湊的工作,就被稱之為“工作量證明”,也就是傳說中的PoW。在工作量證明機制下,全網達成一個共識,也就是一個大家都贊同的規則,這個規則(共識)就是:透過解答“雜湊函式”的方式來證明自己完成了一定的工作量,誰能夠快準狠完成工作,解答正確雜湊值,誰就會獲得記錄交易(記賬)的權力,進而獲得比特幣獎勵。所以我們說,“工作量證明機制”(PoW)是多勞多得,少勞少得的,你付出的工作量越多,你能得到比特幣獎勵的概率就越大。從這個角度看,“工作量證明機制”(PoW)可以看作是比特幣系統的激勵機制。

挖礦這一部分我們先講到這裡,總結一下這部分的內容:

比特幣是由挖礦產生的,挖礦是構建與維護比特幣區塊系統的過程,比特幣是構建與維護比特幣區塊系統的獎勵;

挖礦的過程實際上是解題的過程,即:用“雜湊函式”演算法解答“雜湊值”的過程。雜湊值非常難解,對於計算機計算能力要求非常高,高算力意味著巨大的耗電量,電費構成礦工的挖礦成本;

雜湊值的好處在於,以其單向性實現“交易”在“全網公開、去中心化”這樣的大前提下,保證交易者的隱私安全;

“工作量證明機制”(POW)是比特幣的共識機制,亦可看作是比特幣的激勵機制:礦工付出的工作量越多、算力越高,他找到正解雜湊值的概率就越大,獲得記賬權的概率就越大,能得到比特幣獎勵的概率也越大。

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