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)學原理，密碼學和硬件知識，以及比特幣礦機的發(fā)展簡史。

繼續(xù)延續(xù)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(jīng)濟學構(gòu)思，直接說數(shù)學構(gòu)思，2009年1月3號開始，約十分鐘一個區(qū)塊，一個區(qū)塊獎勵是50個btc，4年后減半成為25個btc，再過4年繼續(xù)減半，以此類推。

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

用數(shù)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(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2100萬個，其中，（1+1/2+1/4+1/8+……+1/2^n）是一個等比數(shù)列，數(shù)學上等于2.

也可以看出來，比特幣前四年，挖出來的數(shù)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?，F(xiàn)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(xiàn)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(shù)字，只是有幾百萬個或許已經(jīng)永久丟失，流通量大大低于產(chǎn)出。

備注：挖礦的獎勵實際上有兩部分，一部分是區(qū)塊獎勵，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。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(yǎng)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(chǎn)出量。

簡單提一句，經(jīng)濟學模型，這個就是通縮模型，在經(jīng)濟學模型中并沒有大的創(chuàng)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(guān)系。因為是個極簡單（也比較簡陋）的經(jīng)濟模型。歷史上沒有一個國家采用這種模型去獲得經(jīng)濟繁榮。本文只講數(shù)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(shù)學難題，然后廣播出去，得到驗證后，獲得區(qū)塊獎勵。別的礦機收到信息后，放棄解這個數(shù)學難題，去算下一個數(shù)學難題，爭取區(qū)塊獎勵。以此類推。

具體一些，這里接這個數(shù)學難題就是用到了一個密碼學知識：單向散列函數(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)于密碼學的文章，可以參考（《比特幣中的密碼學：哈希函數(shù)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(shù)，SHA（信息）=256位的二進制數(shù)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(jié)果就相差很多，而且，從結(jié)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(shù)字越小，如果范圍是小于等于這個數(shù)，意味著二進制數(shù)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(qū)塊頭信息，包含version，pre_hash，merkle root，ntime，nbits等等信息，隨著區(qū)塊高度的改變和時間的變化而改變，去猜的這個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，大概知道有這會事兒就行了。

挖礦過程運用的只是單向散列函數(shù)的特性，公鑰加密、簽名、驗證等概念，不要糾結(jié)，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(shù)的描述，簡單粗暴的理解為，解一個數(shù)學題。而且解這個數(shù)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(fā)展簡史

做這個數(shù)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(xiàn)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(guān)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(yè)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(guān)）。

FPGA 就是現(xiàn)場可編程門陣列（再次提醒：所有聽不懂的概念，不要糾結(jié)，直接跳過），就是說白了，好編程，好調(diào)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(xù)簡化，出現(xiàn)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(xiàn)在AISC本質(zhì)上就是簡化后的產(chǎn)物，只剩下一雙手，只解決這一個函數(shù)問題。

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

礦機發(fā)展的邏輯以上已經(jīng)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(yè)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(xù)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(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(wǎng)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(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，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(shù)據(jù)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(nèi)容：比特幣的挖礦基本原理，挖礦硬件相關(guān)的淺顯知識，以及礦機發(fā)展的簡史。

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