比特币系统中的两种节点

2021-09-27

内容整理自北京大学肖震老师《区块链技术与应用》公开课08-BTC-Mining

比特币系统中有两种类型的节点：

图片来自视频。

比特币系统中的大部分节点都是轻节点。 如果只是转账不挖矿，那就没必要跑全节点了。 在挖矿过程中，如果听说某个区块是别人发布的，并且该区块是合法的，并且也在最长的合法链上，此时应该停止现有的挖矿，在本地重新组装候选区块以重新开始挖矿。 因为如果要沿着新的区块继续挖掘，本地组装的区块中包含的交易会发生变化，一些交易可能已经写入了新发布的区块中。 另外，区块头中的内容也会发生变化，比如默克尔树的根哈希，指向前一个区块的哈希指针也会发生变化。 由于挖矿的无记忆（progress free）特性，无论是继续挖原来的区块还是停下来挖新的区块，成功的概率都是一样的。

比特币的安全保证：

1. 密码保证。 别人没有你的私钥，无法伪造你的签名，也就无法转出你账户里的钱。 前提是拥有多数算力的矿工是诚实的，否则保证无效。

2. 共识机制。

采矿设备

挖矿设备演进趋势：趋于专业化。

1. 最早的时候，普通的CPU一般都是用来挖矿的，比如家用电脑。 但是，使用计算机进行挖矿并不划算。 电脑中的大部分内存都是闲置的，CPU中的大部分部件也是闲置的，硬盘等很多资源也是闲置的。

2、采用GPU挖矿，效率大幅提升。 GPU主要用于大规模并行计算和深度学习。 但是还是不划算btc怎么挖，很多零件还是闲置着。 目前，比特币挖矿难度的增加已经超过了GPU的算力。

3、ASIC芯片（Application Specific Integrated Circuit）性价比高，只能用于挖矿。 一个芯片只能挖一种加密货币，除非两种货币的挖矿谜题相同（合并挖矿）。 开发周期长。

矿池：

挖矿的另一个趋势是大型矿池的出现：将矿工组织为一个整体。

好处：减轻矿工负担，矿工只计算哈希值，全节点的其他职责由矿池管理者承担。 并且解决收益不稳定的问题，把区块挖出来，大家一起来分配收益。 单个矿工存在挖矿时间长，收益不稳定，赚到钱就浪费，找不到，还要承担全节点的所有责任。

流程：如果矿工和矿主不在一个地方，矿工必须加入一个矿池，按照矿池规定的通信协议与矿主进行通信。 矿主将计算哈希值的任务交给矿工，矿工计算后将结果返回给矿主。 如果有出块，大家将获得奖励参与分红。

矿工收益分配：不能平均分配，必须按贡献度分配，需要工作量证明。 降低挖矿难度，让收益稳定，因为挖矿难度太高，挖矿时间太长，导致收益不稳定。 如果原来要求hash值前面至少有70个0才算合法块，现在只要hash值前面有60个0就可以了。 这样挖出的称为一个份额（几乎有效的区块），挖完后交给矿主。 矿主得到后，除了矿工的工作证明外，没有任何用处。 矿主需要记录每个矿工提交的股份数量。 某矿工实际挖出一个合法区块后，将根据每个矿工的工作量，即份额数分配区块奖励。 可行性在于每个矿工挖到一个矿的概率，取决于尝试了多少nonce，尝试的nonce越多，找到的share越多。

潜在问题：

1、某矿工挖矿后，会不会不给矿主就偷偷公布？

不可能的。 每个矿工的任务都是由矿主分配的，矿主负责组装区块，然后交给矿工组装各种nonce，调整nonce还不够，还要调整coinbase参数。 矿主可能会把不同参数对应的nonce取值范围交给不同的矿工去尝试。 coinbase tx里面包含了收款人的地址，也就是矿主的地址，所以矿工不提交给矿主就公布是没有用的，也不能提款。 如果矿工一开始不管理矿主的任务，自己组装一个区块，收款人地址是自己的地址，那么提交的份额矿工是不会认的，因为里面的交易列表已经改了，计算出的根哈希值也不一样。 .

2、会不会有矿工挖完矿就扔了，不公布，只提交份额作为工作量证明？

可能的。 但是对矿工来说没有经济利益。 可能是矿池之间的竞争。 为了对抗竞争对手，矿工被派往竞争对手的矿池分享收益。

矿池统计：

图片来自视频

该图显示了每个国家的矿池分布比例。

就单个矿池而言，曾经有一个叫GHash.IO的矿池，算力占比51%，足以发起51%攻击。 事件公布后，矿池主动大幅降低算力占比，以免大家对比特币失去信心。

该图显示了 2018 年的矿池分布。没有那么中心化，GHash 不存在了。 挖矿中心化程度还是比较大的，但是没有一个矿池占比过半。

伤害：

矿池更容易发起51%攻击。 它只需要召唤51%的算力，不需要拥有51%的算力。

如果一个矿池占用超过51%的算力，可以发起的攻击： 1. 分叉攻击 2. 抵制针对一个账户，比如攻击者不喜欢A账户btc怎么挖，怀疑A账户参与非法交易，并想破解交易。 所有与账户 A 相关的交易都不允许上传到链上。 如果有人发布包含A的交易，就会进行分叉攻击，生成不包含A交易的区块。 而且不需要等到六个确认块。

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