比特币的算力分析

比特币是近年兴起的一种新的虚拟货币，它的一个突出特征，就是去中心化，即不存在一个或者多个固定核心作为交易枢纽。交易只存在于买卖双方之间。

现以国内比较流行的矿场模式为例，整个比特币的生产流程可以划分为以下几个环节：

1.概念的提出

去中心化和竞争机制，最早存在于中本聪（传说中的比特币创始人和开发者）的大脑里，是其日积月累的思想的产物。在他看来，货币作为一种载体，可以更好的实现去中心化这个思想。而且这其中也牵扯到中本聪对后续具体工作的一些思考和规划。

在这个环节中，没有任何算力参与其中，一切运作都是在大脑这个有机体内进行的，但却可以称为比特币这个大项目的火种。

2.交易系统的逻辑

比特币作为一种虚拟货币，前期不需要实际的造币工场或者ATM机的参与。但是货币的本质是支付手段，也就是说，它必须可以进行交易。这个又涉及一个关键，两个核心。一个关键是指，一种为大众认可的合法凭证；两个核心是指，交易有效性的确认，以及交易双方的身份鉴定，也就是对凭证拥有的合法性，或者来源合法性的确认。

要解决上述问题，需要用到密码学，计算机科学的一些先验知识，来做可实现性的考量，其中不免需要对实体货币交易有一定的理解。但最重要的，这个环节是对上一个环节的产出品，它是对比特币思想概念的贯彻执行。

在这个环节中，不可避免的要用到一些算力，比如电脑，手机，或者搜索引擎，或者Word之类的文本编辑工具。

3.交易系统的实现

交易系统的本质就是实现货币的流转和记账。实际上比特币系统也只保留了这两项功能。交易系统的核心工作就是保证公平，即防止假账本和假的账本信息。

货币的流转使用到一种叫区块链的技术，其核心功能是对账本的流通历史（区块）进行记录和加密。简而言之就是运用多次哈希防止非法篡改。哈希的原理有点类似二战时期德国人的恩格玛加密机（又称迷机），就是错乱对应。在算法上，它比恩格玛先进的地方有两点，一是用运算替代字母表实现映射关系，二是从单点映射变为多点映射，即定义域大于（一般情况是远大于）值域，这样一来逆运算是不可能实现的。但是对应的关系，在多概率情况下依然正确。

所以哈希算法的特点就是，输入敏感，改动一个bit，结果差别巨大；二是反向运算（暴力攻击）计算量远高于正向运算量。

在区块链技术中，实际上运算量更大，因为需要求出一个联立哈希方程组的解。而且这个账本的合法性每个人都是可以验证，你只需要重新解一遍账本的方程组即可。

如果有人要篡改历史数据，就需要改动方程组，改动一个，后续的所有方程组都需要重新计算，这样一来运算量就会成倍增加，即攻击者要比诚实交易者多出成倍的计算量。

这个环节需要运用大量软硬件算力，比如高性能的PC机或者工作站，集成开发环境（IDE）或者独立的工具链，软件管理工具，测试工具等。

4.矿机的研发和制造

交易系统里面需要的一个虚拟物件就是账本，所谓的挖矿，实际上就是获取给账本登记信息的权限。要获得这个权限必须尽可能快的解决一道计算难题，最快者将会获得若干比特币的奖励。所以，解题速度越快，则获取比特币的概率越大。

这道难题就是SHA256算法，里面牵扯了六种位-逻辑运算，经过循环，补零，翻转等等步骤，求出一个散列值。这种并行逻辑运算结构极其适合拿GPU或者FPGA进行运算。这也催生了专门用于计算SHA256的设备-比特币矿机。

矿机设计制造涉及电子机械结构等诸多环节。在电子设计环节，需要CAD工具的参与，包括原理图-PCB制版工具，GPU开发需要专用的工具链，FPGA的实现则离不开布局布线，优化和仿真工具；在机械设计环节，则需要2D-3D绘图或者建模工具，甚至有可能需要进行有限元分析。在制造环节，现代加工设备无一不需要算力的参与，比如加工机床，工业影像检测设备得等。

5.集中挖矿

挖矿是能直接产生比特币的一种方式，也是这次讨论的最末端环节，矿场则等效于造币厂和央行的角色。

挖矿这一环节的算力输出极大，某国产厂商的热销比特币矿机算力为6.3TH/s,即每秒能计算6.3x10^12次哈希。甚至出现了每秒能计算1P次，也就是10^15次哈希值得单台矿机。对比之下，Intel Xeon E5-2670处理器（8核16线程，64bits，主频2.3GHz），假设它每一个线程每一个时钟计算一次哈希，加起来只有36.8GH/s，约为国产畅销矿机的百分之0.6。以一个服务器装两个CPU计，一台矿机可以抵得上86台E5核心的服务器。以国内某矿场为例，里面有约100PH/s（1P=1,000,000G）的算力，超过约13587台双U E5服务器的挖矿速度之和。

在矿场这个环节中，输出的算力为整个链条之最，甚至比之前环节的总和还要多。

总结

下面做一下总结分析：

第一个环节中，调用算力几乎为零，概念的产出完全来源于中本聪本人的思考。这是整比特币交易系统的的源流，是一个纯输出的过程。

第二个环节中，为了实现对思考概念的细化，进行了业务逻辑的加工，期间考察了一定资料，并进行可行性评估。此环节依赖于上一个环节，有外部算力的参与。但仍可以算作一个纯算力输出过程。

第三个环节的主要工作是实现交易逻辑的软件实现，使用了各种环境，平台和工具，这些也都是外部算力的体现。此环节亦高度依赖于上述环节和外部算力，但是以源代码量估计，为算力输出过程。

第四个环节的输出为矿机，其输出产品中蕴含了大量算力。此环节调用外部算力资源较多，且同样依赖于前述环节，但设计输出（图纸文档等）和最后生成的产品，实现了大量算力资源的转化。

第五个环节既有巨量算力输入，又有巨量算力输出，但这些输出对之前各个环节有较强依赖性。

综上，可以用算力的产出和依赖性方面衡量各个环节的贡献；

依赖性

矿场依赖于 软硬件实现 依赖于 方案逻辑 依赖于 源（思想概念）

外部算力转化（算力增益）