6. 比特币挖矿设备及矿池 ·

全节点与轻节点
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前面我们说过比特币的节点分为全节点和轻节点，全节点包含了区块的header及body，轻节点只包含header，下面我们详细地来对比下他们之间的异同。

	轻节点	全节点
是否一直在线	不是一直在线	一直在线
包含信息	在本地硬盘保存完整的区块信息	只保存每个区块的块头
交易信息	在内存中保存完整的utxo集合	不保存全部交易，只保存和自己有关的交易
合法性校验	监听比特币网络上的交易信息，验证每个交易的合法性	无法验证大多数交易的合法性，只能验证与自己有关的交易的合法性
打包交易	决定哪些交易会打包到区块中	无法检测网上发布的区块的正确性
合法性	监听其他矿工挖出的区块，验证其合法性	仅可以验证挖矿难度
挖矿	决定沿着哪条链挖下去&当出现等长分叉，选择哪一个分叉	只能检测哪个是最长链，不知道哪个是最扯昂合法链

比特币网络中大部分节点都是轻节点，在挖矿过程中，如果监听到别人已经挖出一个新的区块，延申了最长合法链，那么应该重新组装一个新的候选区块，重新开始挖矿。这样做是不是有些可惜？并不，因为挖矿是无记忆性的，每一次nonce值的尝试，都不会对下一次的尝试造成影响。

挖矿设备的演化趋势是越来越趋于专业化，从普通的家用电脑，到如今的ASIC矿机。

开始的时候大家用普通的家庭电脑的CPU来进行挖矿，但实际上使用家用电脑来挖矿是十分不划算的，因为在挖矿过程只用到了电脑的一部份资源，大部分内存、CPU资源都是在闲置的。如果用通用计算机来挖矿，那么挖矿很快会变得无利可图，因为性价比太低。

GPU的主战场是大规模的并行计算，例如一些深度学习计算，而挖矿则恰好需要这种功能来进行大量并发的哈希计算。但这种设备任然存在资源闲置的问题，例如在深度学习中，需要一些复杂浮点运算，但在比特币挖矿中都是整数计算，所以如果使用GPU来挖矿，设备一些浮点运算组件任然会被闲置。

ASIC芯片的全名为 Application Specific Integrated Circuit，这种芯片专门为了挖矿中的哈希值计算而生，并且某种类型的ASIC芯片只能适用于某种特定的哈希加算法。这种芯片那么强悍，那是不是挖矿会变得更加容易呢？答案是不一定，原因如下：

ASIC芯片设计、流片流程很长，假如比特币的价格剧烈变化，前期投入很可能会血本无归。
即使是在比特币黄金时期，ASIC芯片的竞争也是非常激烈的，可能刚买的ASIC芯片用不了几个月，就有算力更强的ASIC芯片出现，又得重新购买新的芯片，相当于一场军备竞赛。

专业化挖矿设备的出现在一定程度上违背了比特币去中心化的初衷，最理想的情况是大家都用家用电脑来进行挖矿，这样可以保证一定的公平性。目前市面上也存在一些抗ASIC芯片的加密货币，例如门罗币、Zcash 等。

根据前面提到的挖矿难度调整机制，每隔10分钟才会出一个新的区块，但这是对所有矿工而言。对单个的矿工来说，买一台ASIC矿机，可能要挖个1年2年甚至更久才能出一个区块，这就相跟买彩票一样，十年不开张，开张吃十年。那如何解决这样的问题呢，我们需要引入矿池的概念。

所谓的矿池就是把这些矿工组织起来，作为一个整体，来进行挖矿。矿池的整体架构是一个全节点矿主下面管理许多矿工，矿工只负责计算哈希值，全节点的其他职责都由矿主来完成。

矿工可能来不同的机构，不同的地方，那么矿工加入矿池后利益如何分配？

平均分配？

NO，这种方式做多做少一个样，太容易吃大锅饭。
按工作量分配

目前矿池使用的是这种方式，矿工需要向矿主证明，自己干了多少活，能获得多少奖励。那么矿工如何证明自己进行了多少次哈希计算？如果矿工用挖出新区块作为工作量证明，显然又是不可行的，因为在一段时间内，能挖出新区块的矿工就只有一个，其他矿工相当于在陪跑。

解决方案是降低原本的挖矿难度，这里并不是真正降低比特币的挖矿难度，而是矿主允许矿工挖到一个难度降低的区块，我们称其为share，或者叫almost valid block，将其记录为矿工的工作量证明。

矿工如果挖到新区块，能否自己偷偷摸摸发布获得出块奖励，而不告诉矿主呢？

这是不可行的，在矿池机制中，矿主会分配不同区间的nonce值给各个矿工，让他们去计算哈希值，但出块奖励的收款人是矿主，所以即使被矿工偷偷发布了，也不会给矿工带来额外的收益。
如果矿工一开始就组装一个收款人是他自己的区块呢？

这种做法相当于离开矿池了，因为区块的内容被修改过，即使矿工提交了一个share，矿主也不会认，矿工也不会得到矿池的利益。
有没有矿工捣乱？平时提交share，等挖到区块后不提交给矿主？

这种情况有可能出现，但不提交给矿主也就无法获得对应奖励，这是一种杀敌八百自损一千的做法，不过也不排除有些恶意竞争者真的会这么做。

矿池份额统计图，可见挖矿集中化的程度任然比较大，几个大型矿池占了相当大的一部分份额。表面上看没有哪个矿池的算力超过一半，但实际实上某个机构如果有超过一半以上的算力，其必然不会将其放入一个矿池中，而是将其分散隐藏，真正需要发动攻击时候再集中起来发动51%攻击（ps：矿工转换矿池是很容易的）。

在矿池机制中，矿主需要向矿工收取一定管理费，如果有恶意的矿主想攻击系统，会将管理费降低甚至赔本赚吆喝来吸引足够多的矿工，从而使得51%攻击变得更加容易。