内容整理自 北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课 08-BTC-挖矿
比特币系统中两种节点：
图片来源于视频。
比特币系统中大部分节点是轻节点，如果只是转账而不挖矿，那么就没必要运行全节点。挖矿过程中，如果监听到别人发布一个区块，而且区块合法，也在最长合法链，此时要停止已有的挖矿，在本地重新组装候选区块，重新挖矿。因为要沿着新区块继续挖的话，那么本地组装的区块中所包含的交易就会发生变化，有些交易可能已经被写到新发布的区块中。另外，block header中的内容也会变化，像merkle tree的root hash，指向前一区块的hash pointer也会发生变化。由于挖矿有memoryless（progress free）的性质，所以无论是继续挖原来的区块，还是停下来改成挖一个新区块，成功概率是一样的。
比特币中的安全性保证：
1.密码学上的保证。其他人没有你的私钥，无法伪造你的签名，所以不能转走你账户中的钱，前提是拥有大多数算力的矿工是诚实的，否则该保证无效。
2.共识机制。
挖矿设备
挖矿设备的演变趋势：趋于专业化。
1.最早普遍用普通CPU挖矿，如家用计算机。但是用一台计算机专门挖矿很不划算，计算机中大部分内存都是闲置的，CPU中大部分部件也是闲置的，硬盘和其他很多资源也都是闲置的。
2.用GPU挖矿，效率提高了很多，GPU主要用于大规模并行计算，深度学习。但还是不划算，很多部件仍然闲置。目前比特币挖矿难度的提升，已经超过了GPU的算力范围。
3.ASIC芯片（Application Specific Integrated Circuit），性价比高，只能用来挖矿。一个芯片只能为一种加密货币挖矿，除非两种货币mining puzzle相同（merge mining）。研发周期长。
矿池：
挖矿另一个趋势是大型矿池的出现：把旷工组织起来作为一个整体。
好处：减轻矿工负担，矿工 miner只计算hash值，全节点的其他职责由矿主 pool manager承担。而且解决收益不稳定问题，挖到区块，收益大家一起分配。单矿工存在挖矿时间长，收益不稳定，挖到赚到挖不到就浪费，还要承担全节点所有责任的劣势。
过程：如果矿工和矿主不在同一地方，矿工要加入一个矿池，按照矿池规定的通讯协议和矿主进行联系。矿主把要计算的哈希值的任务分配给矿工，矿工计算完之后把结果返回给矿主，如果有出块奖励大家一起参与分红。
矿工收益分配：不能平均分配，要按照贡献大小进行分配，需要工作量证明。降低挖矿难度，使得收益稳定，因为挖矿难度太高，挖矿时间过长，导致收益不稳定。如果说原来要求hash值前面至少有70个0算是合法区块的话，那么现在要求前面只要有60个0就可以，这样挖到的叫做share（almost valid block），挖到后交给矿主，矿主拿到后除了用作矿工的工作量证明以外，毫无用处。矿主需要记录每个矿工提交了多少个share。等到某个矿工真正挖到合法区块后，按照每个矿工的工作量，也就是share数目分配出块奖励。可行性在于每个矿工挖到矿的概率，取决于尝试了多少个nonce，尝试的nonce越多，找到的share越多。
可能存在的问题：
1.某个矿工挖到矿后，会不会自己偷偷发布，不给矿主？
不可能。每个矿工的任务是由矿主分配的，矿主负责组装区块，然后交给矿工组装各种各样的nonce，而且仅仅调整nonce还不够，还要调整coinbase parameter。矿主可能把不同的parameter所对应的nonce值范围交给不同的矿工去尝试。coinbase tx中包含收款人地址，该地址为矿主地址，所以矿工不提交给矿主而自己发布出去并没有用，取不出钱。如果矿工一开始没有管矿主的任务，自己组装一个区块，收款人地址为自己地址，那样的话提交的share矿主不会认，因为里面交易列表被改过，算出的root hash也不一样。
2.会不会有某矿工挖到矿之后扔掉不发布，只提交share作为工作量证明？
有可能。但是对矿工来说没有任何经济上的好处。可能是矿池之间竞争，为打击竞争对手，派矿工到对手矿池分收益。
矿池统计数据：
图片来源于视频
该图显示的是矿池在各个国家的分布比例。
就单个矿池而言，曾经有个矿池叫作GHash.IO，它的算力占到了51%，足以发动51%攻击。该事件公布之后该矿池主动把算力占比大幅度减少，避免大家失去对比特币的信心。
该图显示的是18年的矿池分布情况。没有那么集中，GHash也不存在了。挖矿集中化的程度仍然比较大，但是没有哪个矿池占到一半以上。
危害：
矿池发动51%攻击更容易，只需要召集51%算力即可，无需自己有51%算力。
假如某矿池占据51%以上的算力，可以发动的攻击：1.forking attack 2.Boycott 针对某账户，比如攻击者不喜欢A账户，怀疑A账户参与非法交易，想把交易封锁掉。所有和A账户相关的交易都不让上链，如果有人把包含A的交易发布出去，就进行分叉攻击，产生一个不包含A交易的区块。而且不需要等到六个确认区块。
