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比特币挖矿怎么挖比特币挖矿究竟是在挖什么?

比特币上产生的交易向整个网络上所有的节点传播,每一个节点都对该笔交易进行收集、验证、确认(有验证规则),经过验证的交易会进入交易池。交易池里面的交易需要被打包进一个区块,然后与前面的区块相链接,成为一条区块链,只有打包进区块的交易才算是全网确认的交易。比特币网络上的一些节点(矿工节点),每10分钟都可以参与一次竞争,角逐把这10分钟内的交易打包成一个区块的权利。谁获得这个权利,谁会得到比特币奖励和所有交易的交易费用。角逐打包区块权利的过程就是“挖矿”。

挖矿的过程就像一个大型的竞争性数字拼图游戏,当有人找到一个解决方案时,游戏就重新开始,而游戏的难度也会自动进行调整,使每找到一个解决方案的时间大致维持在10分钟。想象一个巨大的数字拼图,高度有几千行,宽度有几千列。如果我给你看已经填充好的拼图,你可以很快地验证有没有错误。但是,如果只填了一部分,剩下的都是空白,那就需要花费大量的时间才能解决。数字拼图游戏的难度可以通过调整尺寸(增减行列数)来调节,但是不管尺寸大小,其确认过程都很简单。比特币中用的“拼图”是建立在加密哈希算法之上的,它展现了与拼图类似的特性:它也是不对称的,很难解决却很容易验证,而且它的难度也可以调整。

成千上万的矿工们一起进行一场查找区块解决方案的全球竞赛。为了找到一个解决方案(被称为“工作量证明”),全网每秒要进行几万亿次的哈希计算。比特币中的工作量证明算法是采用SHA256加密哈希函数不断地对区块头和一个随机数进行哈希计算,直到找到一个与预设的模式匹配的方案。第一个找到这个解决方案的矿工将赢得这一回合的竞争,随即将这个区块发布到区块链当中。

如果矿工(或矿池)想要利用自身拥有的哈希算力进行欺骗或攻击的话,比特币的共识机制至少在理论上是有可能被攻击的。正如我们所看到的,共识机制依赖大多数矿工出于个人利益而愿意诚实行事的假设前提。但是,如果一个矿工或矿工集团能获得全网较大比例的挖矿能力时,他们就可以通过攻击共识机制从而瓦解比特币网络的安全性和可用性。

一种针对共识机制的攻击叫作“51%攻击”。这是由一群控制了51%以上的全网哈希算力的矿工,合谋发起的对比特币的攻击。他们拥有开采大部分区块的能力,可以故意在区块链中制造“分叉”、进行双重支付交易,或者针对特定交易或地址发起拒绝服务攻击。分叉/双重支付攻击指的是攻击者通过在某个区块之下创建分叉,形成新的主链,使之前已确认的区块变得无效。只要拥有足够的算力,攻击者就可以将连续6个甚至更多区块变为无效,从而使那些经过6次确认、已被认定为是无法篡改的交易变为无效状态。

除了双重支付攻击,还有一种共识攻击是针对特定的比特币参与者(特定比特币地址)的拒绝服务。拥有大多数算力的攻击者可以简单地将特定交易忽略掉。如果这些交易被其他矿工包含进区块,攻击者可以对该高度的区块排除该笔交易后进行重新计算,形成分叉。只要攻击者控制了网络中的大部分算力,这种类型的攻击就可以持续地对特定地址或地址集进行拒绝服务。

全网哈希算力的大量增加,已使得比特币系统不可能被单个矿工攻击了。个体矿工几乎不可能控制即使1%的全网算力。但是,矿池带来的中心化控制,也导致了矿池管理人以盈利为目的攻击风险。托管矿池中的矿池管理人控制了候选区块的生成,因而也控制了交易的筛选。这给了矿池管理人排除或包含交易的权利。如果这种权利被矿池管理人有节制而巧妙地进行滥用,矿池管理人就可以在不为人知的情况下发起共识攻击并获益。

但是,不是所有的攻击都是因利益驱使的。一种潜在的攻击情形就是攻击者只是想捣毁比特币网络,而不希望从中获益。这些意在破坏比特币网络的恶意攻击者,需要有大笔的资金和隐蔽的计划,若是由资金充足的政府支持,则一切都顺理成章。或者,一个资金充足的攻击者也可以购置大量挖矿设备并联合一些矿池管理人,对其他矿池发起拒绝服务攻击,从而达到对比特币的共识机制发动攻击的目的。这些情形都在理论上存在可能性,随着比特币网络的全网算力持续呈指数级增长,要发起这些攻击已经不切实际了。比特币系统在不断演化,诸如旨在推动矿池去中心化控制的P2P矿池协议的推出,比特币的共识机制已变得越来越难以攻击。

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