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“挖矿”的兴起与发展史

作者:发布时间:2023-07-21浏览次数:

由于虚拟货币价格居高不下,越来越多的人参与到“挖矿”活动中,使得“挖矿”对计算机的算力要求也相对提高。截至目前,“挖矿”所使用的硬件设备已经历了多次升级转换,由最开始的CPU“挖矿”转变为GPU“挖矿”, 再由FPGA“挖矿”发展 到ASIC“挖矿”。同时,由于矿机数目与规模增加,“挖矿”的危害也愈发明显。

矿机设备的发展历程
  CPU“挖矿”(2008~2009年)
  2008年11月,比特币开发者兼创始人 Satoshi Nakamoto在P2P foundation网站上发布比特币白皮书《比特币:一种点对点的电子现金系统》,对电子货币提出新设想,为比特币的诞生埋下伏笔。2009年1月3日,他开发出首个实现比特币算法的软件程序并进行了首次“挖矿”,获得了50个比特币,标志着比特币金融体系的正式诞生。在此之后,用于挖掘比特币的加密货币矿机逐渐出现在市场上,“挖矿”进入初步发展期。2008~2009年,市场上的加密货币矿机以CPU矿机为主。
  GPU、FPGA“挖矿”(2010~2012年)
  2010~2012年,比特币的关注度逐渐提升,矿工数量不断增长,“挖矿”难度明显提高,算力竞争变得愈发激烈,对计算机的配置要求也越来越高。由于CPU的算力过低,“挖矿”收益太少,CPU矿机逐渐被市场淘汰,性能进一步提升的GPU矿机、FPGA矿机逐渐显现。
  虽然CPU和GPU都可以进行计算,但其擅长的方面各不相同。CPU核心更少,但拥有复杂的逻辑控制单元,更擅长复杂运算;而GPU拥有大量的核心,架构相对简单,非常适合大吞吐量的高密度计算。而“挖矿”需要的算力,往往是通过哈希、解密等算法完成的。这类算法具有复杂程度低,但强度极大的特征,因此GPU“挖矿”的速度更快、效率更高,很多人转用GPU“挖矿”,组装一张或多张高级显卡来打造自己的矿机。
  除此之外,比特币日益上涨的价格,让矿工们的“挖矿”热情不断高涨。矿工希望拥有更强大的矿机,挖到更多的比特币,获得更多收入。因此,先进的“挖矿”设备——现场可编程门阵列(FPGA)应运而生。2011年中,市面上出现了首台FPGA比特币矿机,这是第一次出现针对“挖矿”的专业芯片设计。简单来说,FPGA“挖矿”就是把GPU的核心晶元单独取出,然后把多个核心晶元集成到同一个设备上进行“挖矿”。然而,由于FPGA的开发难度太高,这种“挖矿”方式并没有普及开来。
  ASIC“挖矿”(2012年至今)
  随着矿工数量愈发增加,比特币价格持续上涨,“挖矿”竞争逐渐白热化,更加专业的矿机设备开始出现。在这一时期,以ASIC为代表的专业矿机正式进入人们的视野。ASIC是Application Specific Integrated Circuit的缩写,即专门为某种特定用途设计的电子电路 ( 芯片 )。当其专门为“挖矿”而设计时,就产生了ASIC矿机,相当于专门为数字货币挖掘定制的集成电路设备,除此之外无任何其他功能和作用。
  由于只运行特定的算法,所以与通用集成电路相比,ASIC在批量生产时具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。就“挖矿”算力来说,ASIC“挖矿”比 CPU、GPU“挖矿”高出几万倍甚至更多。
  从CPU到GPU,从FPGA到ASIC矿机。为了提高运算效率,比特币矿机经历了这几个阶段的发展。到目前为止,包括比特币在内基于SHA 256算法的加密货币基本上都在使用ASIC进行“挖矿”。
“挖矿”模式的升级转变
  在比特币刚刚兴起时,人人都可以在个体计算机上利用CPU、GPU“挖矿”,获得相应收益。然而由于矿工人数逐年增加,在全网算力提升到了一定程度后,个体计算机挖到比特币的概率变得很低,个体矿工在算力和能效方面越来越不占优势。因此,整合了大量算力资源的矿池迅速在市场上崭露头角。矿池突破了地理位置的限制,将分散在全球的矿工及“矿场”算力进行联结,并进行合作“挖矿”。与算力较低的单个矿工相比,矿池成功的几率要高出许多。当一个矿池成功挖出区块时,矿池中的所有矿工都将获得比特币奖励,奖励额度与矿工对算力的贡献成正比。同时,矿池也在此过程中收取费用。
  除此之外,由于矿机设备昂贵,运维操作复杂繁琐,云“挖矿”也逐渐成为某些个体矿工的选择。云“挖矿”指利用从第三方(云“挖矿”服务提供商)租用的计算能力生成加密货币的过程。每个矿工通过从服务提供商处购买一定数量的“哈希算力”,等同于参与了一个“矿场”(专用于加密挖掘的远程数据中心)。作为交换,提供商将授予他们与矿工购买的算力份额成正比的奖励。由于采矿作业通过云进行,矿工无需担心计算机设备维护、噪音、热量或能源费用。找到可靠的云“挖矿”服务商后,矿工只需选择要签署的合同类型和所需的期限,提供商将为他们设置运营所需的一切。
“挖矿”的危害
  首先,虚拟货币“挖矿”需要大量的电力支撑,能源消耗和碳排放量令人吃惊,违背新发展理念,不利于国家碳达峰、碳中和目标的实现。
  我国虚拟货币“矿场”大多分布在电力资源充足且电费便宜的地区,例如火电资源充足的新疆、内蒙古和水电资源充足的四川、云南。然而,虚拟货币“挖矿”的高能耗,已经引起了地方政府的高度警觉。自今年以来,内蒙古自治区已采取多项政策措施清退虚拟货币“挖矿”项目,截至4月底已关停清退35家“挖矿”企业。经初步统计,清退这35家“挖矿”企业可年节电52亿度,折合超160万吨标准煤。
  其次,“挖矿”扰乱正常的金融秩序甚至社会秩序,往往成为洗钱、非法转移资产等违法犯罪活动的工具;更有犯罪团伙通过向社会公众推销购买虚拟货币“挖矿”设备,或以租赁“挖矿”算力为由,吸引投资者购买算力份额,骗取居民个人钱财,影响社会秩序稳定。
  第三,“挖矿”消耗大量计算资源,使系统、软件、应用服务运行缓慢,个人电脑或服务器一旦被“挖矿”程序控制,则会造成数据泄露或感染病毒,容易引发网络安全问题。哈尔滨工业大学联合CERT实验室发布的《针对“挖矿”木马的简要技术分析》披露,“挖矿”木马会影响政企机构组织系统运行速度、占用计算机资源,对其他相关设备、校园网运行甚至科研工作均造成一定影响。此外,“挖矿”木马通常会关闭防火墙、获取管理员权限、植入后门等,被用于窃取核心业务数据、发动勒索等其他网络攻击。
  整理:王雅静



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