比特幣掘礦

比特幣挖礦發展的過去與未來

比特幣(Bitcoin) (BTC)為首的加密貨幣,近年正式進入主流商業及金融投資世界。對參與市場的機構與散戶投資者而言,加密貨幣的供求關係對交易及投資決定影響重大。在比特幣的供應方面,則是以其挖礦(mining)機制最為關鍵。 

以下將探討比特幣挖礦機制的發展歷程、以及未來方向。

 

採用工作量證明(Proof-of-Work,PoW)機制的比特幣(BTC),不依賴任何中心組織或機構發行,而是透過大量運算產生,任何人都可以設置挖礦設備、連接網絡而進行挖礦 — 相當於開採石油、黃金,不過比特幣挖礦過程,並非動用大型器械在戶外進行,而是透過電腦運算程式進行。

 

簡單而言,比特幣挖礦是大家爭相用電腦運算,解決一條特殊的數學題。最快算出正確答案,就有權將交易記錄到新區塊,然後得到比特幣作為獎勵,比特幣就藉此機制不斷被生產出來。運算力愈高,自然有較大機會可以最快算出正確答案。

 

值得一提的是,按比特幣設計機制,為維持生產區塊的時間一致(約10分鐘),比特幣挖礦的運算「難題」,其難度會因應參與挖礦的運算力而自動調整 — 愈多運算力參與挖礦,挖礦難度就愈高。

 

從2009年中本聰使用電腦的中央處理器晶片(CPU),挖出第一批比特幣(亦稱「創世區塊」),到當前主流的加密貨幣,單一個人礦工的設備基本已經無法挖到,挖礦對於運算力的要求愈來愈高。挖礦由最開始的 CPU 挖礦、過渡到圖像處理器(GPU)挖礦,然後演變到最新的專業礦機(ASIC)挖礦時期。 

CPU(個人電腦)挖礦

2009年1月3日,中本聰使用個人電腦的中央處理器晶片(CPU),挖出第一批的50枚比特幣(亦稱「創世區塊」)。在比特幣發展初期,挖礦難度較低,大部分礦工使用個人電腦的 CPU 挖礦即可。

 

在美國電視劇 The Big Bang Theory(《生活大爆炸》),角色之一的 Sheldon,早年就曾使用 Howard 的舊筆記簿電腦挖礦比特幣。 

 

在此時期,大部分個人電腦直接挖礦的收益都大於成本(包括挖礦產生的電費、機器設備的耗損等)。有報道指,當時大部分人都可以用個人電腦,一周內挖出數百枚比特幣。

GPU(個人電腦)挖礦

隨著挖礦難度上升,加上比特幣獎勵減半的設計機制,普通的 CPU 運算速度,已經無法滿足難度上升的挖礦算法。於是在2010年,第一款專為使用電腦顯示卡挖礦而設計的軟件發佈面世。

 

由於 GPU 的運算能力較高,一張顯示卡中的圖像處理器(GPU)運算力,相當於數十個 CPU 並行運算,挖礦效率將會大幅提高。於是,很多人開始轉往用 GPU 挖礦,改變 CPU 挖礦的舊有模式,並且開始自行組裝一張或者多張高級顯示卡、組成挖礦設備。 

FPGA 與 ASIC 專業礦機

隨着愈來愈多人加入挖礦行業,比特幣整體網絡使用的運算力持續創新高,高級插件組裝式的挖礦設備就應運而生。FPGA(Field Programmable Gate Array)挖礦機、與專用集成電路(ASIC)礦機在市場上崛起。中國第一部 FPGA 礦機在2011年出現,由號稱「礦機教父」的張楠賡(「南瓜張」)製造、稱為「南瓜機」。但是,由於 FPGA 礦機的耗電量太高,此潮流只維持了大約半年,FPGA 礦機便遭市場淘汰。

 

2012年,第一間 ASIC 礦機廠商蝴蝶礦機面世,初期,ASIC 礦機的運算力,大約是顯示卡挖礦的200倍,但耗電率則相差不大,很快在市場上大行其道。而 ASIC 礦機就迅速發展,成為第3代比特幣礦機,並且在挖礦晶片技術方面不斷創新進化,晶片由最初110納米、55納米、28納米、一路提升至14納米。

 

2013年,張楠賡推出新 ASIC 礦機名為 「 阿瓦隆」,其後成立公司嘉楠耘智,專注礦機晶片開發。同年,礦機公司比特大陸(Bitmain)亦正式成立,翌年推出第一代螞蟻礦機,在2016年推出螞蟻礦機 S9,內置189枚 ASIC 晶片。比特大陸的螞蟻礦機,與嘉楠耘智的阿瓦隆,經歷比特幣其後多年起伏,共同佔據礦機市場至今,成為礦機行業龍頭。

礦池(Mining Pool)

2010年,首個比特幣挖礦礦池 Slush Pool 出現。在比特幣挖礦市場,低算力礦工的挖礦優勢愈來愈低,集中大批運算力資源的「礦池(Mining Pool)」,往後數年在市場上迅速冒起。相對於算力單薄的個人礦工,礦池成功挖礦的機會率明顯較高,礦池的參與者能夠分享的收益也就更多。礦池成功挖到一個區塊,礦池中所有礦工都可以按算力貢獻比例,分得獎勵;當然礦池也會在過程中抽取手續費作為收入。

 

根據 Blockchain.com,比特幣整個網絡動用挖礦的運算力,在2011年至2018年內,七年間錄得以億倍計的升幅;其後單在2018年至2020年兩年內,算力再大增約10倍。至今,象徵比特幣總挖礦運算力的挖礦雜湊值(mining hashrate),達到每秒156 EH(即每秒進行156億億次運算)。

比特幣挖礦,由最早期是每個人用自己的個人電腦(PC)挖礦,後來隨著愈來愈多人參與挖礦、運算力持續上升,「單打獨鬥」的挖礦方式收益太低。於是,專業集合運算力的礦池迅速冒起,讓礦工將自己的運算力設備接入到礦池聯手挖礦。

比特幣挖礦的未來發展

礦池

挖礦動用的運算力愈高,每秒就能進行愈多的運算、嘗試「撞」中正確答案(一個隨機數值),搶先找到正確答案、產產新區塊、以及獲得比特幣獎勵的機會也會更高。

 

近年,大型加密貨幣挖礦公司,在全球各地尋覓電費低廉的國家及地區,建設大型礦池,以節省挖礦耗電的成本。愈來愈多礦池出現,礦池之間的競爭愈趨激烈,類似於增加運算力的「軍備競賽」。挖礦自始成為需要專業技術、大規模營運的行業,由大集團寡頭壟斷。現在,即使擁有數部 ASIC 礦機,都幾乎挖不到比特幣了。

 

根據 Blockchain.com 數據,目前全球運算力首五位的礦池分別是:螞蟻礦池(AntPool)、ViaBTC、幣印礦池(Poolin,由原本 BTC.com 團隊建立)、F2pool、火幣礦池(Huobi Pool)。自2017年起,比特幣整個網絡的挖礦運算力,約70%由位於中國的礦工(或礦池)提供。

雲端挖礦(Cloud Mining)

為了滿足普通人參與挖礦的需求,雲端挖礦此創新模式,近年在市場上出現。雲端挖礦是指讓用戶可以遙距購買並使用,服務供應商的雲端算力來進行挖礦。用戶只需向服務提供商,付費租用所需的運算力資源即可挖礦,毋須自行購買礦機及建立礦場。

GPU(個人電腦)挖礦

散戶礦工運用顯示卡挖礦,並未被完全淘汰。由於不同幣種之間的挖礦演算法存在差異,在比特幣以外,不少其他加密貨幣,在挖礦機制設計上仍然可以讓礦工使用顯示卡的 GPU 挖礦。於是,市場上仍有不少礦工,採用包括 AMD、NVIDIA 等晶片大廠生產的顯示卡進行挖礦,而他們主要轉往挖掘包括萊特幣(LTC)等其他加密貨幣。當然,用 ASIC 礦工挖礦的礦工,也有針對其他加密貨幣調整設計,嘗試搶佔其他加密貨幣的挖礦市場份額。

量子電腦?

近年,不少科技及學術界人士提出,量子電腦(Quantum Computers)憑藉其強大運算力,將會壟斷比特幣的挖礦市場,並且攻破其區塊鏈安全技術保障。不過,量子電腦目前尚未達到大舉應用的層面,實現之日未知。此外,量子電腦設置成本巨大,本身設計也非用於挖礦,用於挖礦的成本效益存疑 — 量子電腦是否能攻破比特幣網絡,尚未可知。

深入拆解比特幣挖礦:行業發展及營運分析

想知更多關於比特幣挖礦的深入分析? 綠色比特幣挖礦公司 Pow.re 創辦人 SJ Oh,與 Genesis Block 代表 John Keh,最近就深入探討比特幣挖礦技術與發展的過去、現在與未來:

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