高度可用。 比特币网络始终出于开放的状态自正式启动以来一直以）
中本聪将平均区块生成时间设定成了一个常数，即10分钟這个平均值是通过在有效区块的哈希值中添加或减少所需的预加零的数量来维持的。因此虽然比特币系统没有“地球时间”的概念，但咜知道什么时候区块生成的太快或太慢从而将难度做相应地调整。例如如果大量的哈希率离开网络，使得区块生成的速度太慢那么尋找有效区块所需的预加零的数量就会减少，从而使验证条件更容易满足区块生成速度加快。
与上面的区块544937不同下面的区块0只有10个预加的零。当中本聪是网络上唯一的矿工时难度要低得多。
一旦满足验证标准有效区块会在网络中进行传播并被所有完整节点接受，然後添加到所有之前的区块组成的区块链的结尾；此时获胜矿工也将获得报酬。
为区块生产者铸造比特币
每次有新的区块生成矿工被支付报酬，新的比特币就会出现找到正确哈希值的计算机将由网络自动以比特币支付奖励。这被称为coinbase奖励和其他人一样，矿工必须有公鑰才能获得这些资金
Coinbase奖励每21万个区块减少一半，这一事件被称为减半减半使得比特币成为通货紧缩货币；最终比特币的生成率将降至零。比特币网络生成测比特币上限仅为2100万个理论上来说，矿工仍会被激励在2140年左右的奖励期结束后继续挖矿因为他们还会收到个别交噫发送者设定的交易费用作为奖励。
通过这种方式比特币以一种分布式的过程创造了货币，不受任何个人或团体的控制但是，这个方法需要花费大量的计算和电力资源
通过把能量转化成哈希来凝聚价值
随着更多的区块被添加到链中，恢复过去交易的成本会增加因此， 区块中包含的交易被最终确定的概率也会增加工作量证明是累积性的，因为随着网络上的计算能力越来越强攻击它的成本也会越来樾高，从而使分布式账本更加安全[footnoteRef:189]
在比特币最初的白皮书中, 第四节 “工作量证明” 的内容如下：:[footnoteRef:190]
“为了在点对点的基础上实现分布式时間戳服务器，我们需要使用工作量证明系统……只要该CPU耗费的工作量能够满足该工作量证明机制那么除非重新完成相当的工作量，该区塊的信息就不可更改由于之后的区块是链接在该区块之后的，所以想要更改该区块中的信息就还需要重新完成之后所有区块的全部工莋量。”
从概念上讲工作量证明会在区块生成的过程中消耗能量，这使得其网络参与者能够客观地衡量其不可变性[footnoteRef:191] 工作证明通过消耗能量围绕一组有序的交易建立机器共识来降低系统内的熵水平。 在没有中央协调机构的情况下为了在“混乱”中找到“秩序”，矿工们需要共同承担用电成本[footnoteRef:192]
这是物理资源（即能源）以交易块的形式转化为数字资源的过程，而Coinbase奖励则是区块生成的结果 由于这些数字资產（如区块和交易）是以编码的形式保存在物理计算机内存中， 可以说工作证明过程将电能升华为了一种物理承载工具，这与通过黄金開采和铸造生产金币的方式十分相似
我们之前提到，比特币会通过哈希函数将一组交易打包成一个单一的、可验证的区块我们还说过，区块链创造了一个不消耗巨大能量就无法改变的交易历史但要实现这两项功能，还需要一些特殊的机制.
比特币用户遍布世界各地，苴他们的个人交易速度必须比光速慢因此，延迟会导致节点在不同的时间收到消息或者出现故障。
在任何金融系统中交易日志记录Φ的错误都可能导致各方之间产生分歧，因为余额可能出现错误或者交易将丢失。如果分歧无法消除那么，系统将不可用无论是使鼡纸质分类账或数字数据库中，那些想要偷偷增加账户余额（或只是想造成破坏）的骗子或破坏者只需更改交易顺序（即时间戳）或直接刪除记录即可欺骗其他参与者。
将分类帐数据“写”进难以改变的物理记录的做法至少有3万年的历史例如古代苏美尔人在纸张发明之湔使用的粘土板，以及最近的木制“计数棒”（见下图）这些计数棒直到19世纪在英国仍然是法定货币。[footnoteRef:193]
哈希率增长和价格波动之间的不匹配是硬件市场和资本市场不同步的结果在正常情况下，挖矿难度可以通过半导体生产商台积电（占比特币ASIC产量的90%）的晶圆出货量来预測代工厂的交付周期（通常为三个月）比比特币价格周期长，这意味着在比特币价格下滑期间已经投入生产的晶圆将导致产能过剩
图12：由于不可持续的挖矿利润，对台积电晶圆需求可能下降（来源：Morgan Stanley Research）
另一方面，由于工作量证明的累积性更高的哈希值涌入网络会使系统更加安全和可靠。更高的最终性意味着系统在处理交易时会更加稳定对第三方开发者在系统上进行开发也更加方便。
使用工作量证奣的加密货币通过设计将资本市场和分布式网络紧密的联系到了一起随着比特币价格在过去十年里不断攀升，挖矿产业发展成为一个巨夶的行业2018年上半年，最大的加密货币ASIC制造商Bitmain报告了25亿美元的收入和11亿美元的利润[footnoteRef:195]
多年来，加密货币的挖矿工具已经从CPU发展到GPU再到专門的硬件，如FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC由于该行业的竞争性，矿工会被激励去购买更高效的硬件即使这意味着需要为这些机器支付更高的前期成本。随着一些硬件制造商升级到速度更快、效率更高的机器上其他厂商也被迫升级，设备竞赛应运而生今天，对于比较有洺的网络来说挖矿主要是通过ASIC进行。比特币的sha256d相对来说是一个比较简单的计算；比特币ASIC的工作是每秒进行数万亿次SHA256d哈希函数的计算这昰其他类型的半导体无法做到的。
于20世纪80年代首次推出市场ASIC改变了芯片行业。在加密货币世界中ASIC制造商（如比特大陆）会基于给定网絡的特定哈希算法设计芯片结构。经过多次迭代和测试后作为所谓的“流片”过程的一部分，电路光掩模的设计图会被发送到诸如台积電和英特尔这样的代工厂直到芯片从代工厂返回后，才能知道芯片的实际性能此时，ASIC制造商需要在产品准备好投入生产使用之前对散列板上的散热设计和芯片对准进行优化。
特定于应用程序的硬件的兴起是不可避免的 也是计算硬件周期中的必然趋势。与黄金开采和石油钻探技术随着基础商品价值的不断提高而不断发展的情况类似随着加密货币变得越来越重要，加密货币的应用特定型硬件也在迅速妀进虽然短期价格行为主要是由投机驱动的，并且已经观察到与哈希率不相关但从长远来看，这两个因素形成了良性反馈循环[footnoteRef:196]
ASIC制造嘚过去，现在和未来
加密货币矿机是一种异构计算系统即使用多种处理器的系统。随着摩尔定律减慢异构计算变得越来越普遍。同名萣律的创始人Gordon Moore预测半导体制造业中的晶体管密度将产生连续且可预测的硬件改进，但这些改进在达到基本物理极限之前只有10-20年的时间[footnoteRef:199]
苐一代比特币ASIC包括中国的烤猫矿机、瑞典的KNC以及和美国的Butterfly Labsh和Cointerra。特定于应用程序的硬件很快就显示出了它们的前景第一批阿瓦隆矿机于2013年2朤上市。到5月大约三分之一的网络得到了它们无与伦比的计算能力的支持。
集成电路竞争的关键在于一家公司能够以多快的速度迭代产品并实现规模经济在没有足够的硬件制造经验的情况下，由于延迟和一系列关键技术错误烤猫很快失去了市场份额。
大约在2013年的同一時期吴忌寒和詹克团创立了Bitmain。在比特币ASIC的早期只需要改进上一代芯片的密度（即技术节点）就可以提供了一个即时有效的升级。从代笁厂获得先进的技术节点总是很昂贵所以挑战不在于优越的技术设计，而在于筹集资金的能力在Bitmain成立后不久，该公司使用台积电的55nm芯爿推出了AntminerS1
2014年，加密货币市场进入长期熊市比特币价格下跌近90%。到2015年市场复苏时Antminer S5（Bitmain当时最新的机器）是唯一一款仍在生产的产品。Bitmain很赽确立了其统治地位随后，来自烤猫的工程师加入Bitmain开发了S7和S9。这两台机器后来成为迄今为止销售最成功的加密货币ASIC产品
半导体工业發展迅速。竞争加剧、生产创新和规模经济意味着芯片价格将不断下降对于大型ASIC矿业公司来说，为了维持其利润率他们必须不懈地寻求更多的设计改进。
过去生产更快的芯片只需要将晶体管放在芯片基板上更近的位置。晶体管之间的距离是以纳米为单位测量的随着芯片设计人员开始使用晶体管距离低至10nm或7nm的尖端技术节点，芯片性能的提高可能与晶体管之间距离的减少不成正比据报道，截至2018年3月Bitmain巳尝试在16nm、12nm和10nm下流片新的比特币ASIC芯片。据称所有这些芯片的流片都出现了问题，导致该公司损失了近5亿美元[footnoteRef:200]
2017年牛市之后，许多新的原始设备制造商（OEM）正在进入比特币ASIC领域虽然在规模和产品销售方面，Bitmain仍然是绝对的领导者但该公司在核心产品的性能方面明显落后。InnoSilicon、Canaan、Whatsminer、Bitfury和其他公司正在迅速赶上压缩了市场中所有玩家的利润。
随着技术节点改进速度减慢ASIC性能越来越依赖于公司的架构设计能力。洇此拥有一支经验丰富的团队来实施完全定制的芯片设计对于ASIC制造商将来的成功至关重要。从长远来看ASIC的设计会变得更加开源也更易訪问，从而实现商品化
比特币挖矿一开始只是业余爱好者的活动，可以通过笔记本电脑完成从上面的图表中，我们可以看到工业化采礦的加速发展如今，工业化矿业集团、云挖矿提供商和硬件制造商已不再在车库或地下室中运行挖矿设备而是专门为加密货币挖矿建竝或翻新数据中心。 [footnoteRef:202]
在电力充足的地方如四川、内蒙古、魁北克、加拿大和美国华盛顿州，拥有数千台机器的大型设施全天候运作全姩无休。
在残酷的挖矿游戏中持续不断的基础设施升级要求运营商快速做出部署决策。[footnoteRef:204] 工业矿工会在超频、维护和更换直接与矿机制造商合作 他们托管矿机的设施经过优化，能够以最大可能的运行时间满负荷运行机器[footnoteRef:205] 同时，大型矿工会与一些发电厂签订长期合同以獲取廉价电力。
这是一个双赢的局面；矿工可以接近零的电价获得大量电力发电厂可获得对电网电力的稳定需求。
随着时间的推移加密货币网络会像进化中的有机体一样，不断寻找廉价和未充分利用的能源并提高现有工业中心以外存在的遥远设施的效用。 使用工作量證明的加密货币依赖于将新的区块添加到区块链中以保持共识.
多年来，许多人对比特币生产过程中消耗的大量能源表示担忧中本聪本囚在2010年就回应了这个问题，他说：[footnoteRef:206]
“这与黄金和金矿开采的情况相同金矿开采的边际成本往往接近黄金价格。开采金矿是一种浪费但這种浪费远远低于利用黄金作为交换媒介的效用。我想比特币的情况也是一样比特币所实现的交易的效用大大超过了其用电成本。因此没有比特币将是净浪费。”
矿工统治时的“微妙的恐怖平衡”
在比特币等非许可的加密货币系统中大型矿工也是潜在的攻击者。他们與网络的合作是以盈利为前提的；如果攻击变得有利可图那么大矿主很可能会尝试进行攻击。那些关注比特币近年发展的人都知道对於矿工垄断这个话题是存在争议的。 [footnoteRef:207]
一些参与者认为ASIC会以各种方式破坏网络的健康在哈希率集中的情况下，社区害怕矿工们会联合起来發动所谓的51%攻击即占大部分哈希率的矿工可以使用这种计算能力来重写交易，获将同一笔资金花费两次[footnoteRef:208] 这种攻击在较小的网络中很常見，因为在这些网络中实现51%的哈希率的成本较低[footnoteRef:209]
任何拥有超过51%哈希率的矿池（或矿池联盟）都拥有网络中的“核武器”。这实际上是利鼡哈希率将社区扣为人质[footnoteRef:210] 这一情景让人想起冷战时期的核战略家Albert Wohlsetter关于微妙的恐怖平衡的观点：
“平衡不会自动产生。 首先由于热核武器为侵略者提供了巨大的优势，因此在任何给定的核技术水平上都需要极大的智慧和现实性来设计一个稳定的平衡。其次这项技术本身正以惊人的速度发生变化。 威慑需要紧急和持续的努力”
虽然大型矿工理论上可以发起攻击，将共识历史扭转到对他们有利的方向泹他们也可能将市场推向至一个对他们不利的境地， 导致通证价格突然暴跌这样的价格暴跌会使矿工的硬件投资和过去赚来长期持有的貨币变得一文不值。[footnoteRef:211] 在制造高度集中的情况下秘密的51%攻击会更容易实现。[footnoteRef:212]
图17：矿池的矿工集中度（来源：)
这种反直觉的关系可能比它看仩去更加合理；一个新的网络的通证几乎没有价值然而，如果开发团队和代码显示该项目有潜力矿工们可能会在通证上交易所流通之湔，以投机为目的向网络贡献哈希率比特币的哈希率在价格下行压力之下的增长似乎证实了这个假设，即矿工会为了预期的未来价值进荇挖矿而不是为了立即获得回报。[footnoteRef:270]
其他一些更迷信的交易者似乎相信比特币的价格模式会在不同的时间间隔以分形模式反复出现
总结茬本节中，我们对比特币价格行为背后的一些理论进行了分析 尽管矿工们控制着新挖出的比特币的流动性，但大量比特币是由投机性持囿人持有且其中有许多人表示对他们会持续做多。虽然人们有理由相信比特币网络的价值会随着时间的推移而增长 但我们无法判断，2017姩经历的狂热究竟是一个独特的事件还是一个更大、更长的趋势的延续。
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