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9.4 矿池算力集中的问题

1764 人参与  2018年09月30日 14:12  分类 : 区块链精品文章  评论

以公共区块链分布式账本为基础的加密货币,如比特币、以太币等,需要靠分布在世界各地的矿工(miner)不停地运作 来维持系统功能。所谓矿工,就是运行加密货币软件的计算机节点。矿工们主要完成两种任务,一是计算和校验交易,并生成账本的区块数据,二是矿工之间的计算 竞赛,以决定谁的区块为“正选”数据。前者的作用是维护加密货币协议的基本功能,后者对账本数据本身没有意义,但可以激励矿工们继续挖矿来获取更多的货币 收益。比特币是最早把这两种任务巧妙结合起来的系统,使得挖矿(币)和记账成为不可分割整体,矿工在努力挖矿的同时也完成了账本区块数据的生成工作。

早期的矿工由一些技术爱好者组成,他们提供机器用于分布式记账。到了后期,挖矿已经发展成为一种职业,组成了专门从事 挖矿的团队。由于挖矿得到的货币数量和机器的运算能力大小成正比,因此从概率上看,采用越快速的硬件,在所有矿工中算力的占比越高,就能够获得越多的货 币。矿工们为了获得更高的收益,彼此之间在算力上进行较量,算力低的矿工会因挖不到币而逐渐被淘汰出局。从参与的硬件上看,最开始矿工们采用通用的 CPU(中央处理器)来挖矿。后来大家发现GPU(图形处理器)能够提高并行计算能力和吞吐量,效率更高,于是纷纷采用GPU挖矿。再后来,出现了专门为 挖矿设计的集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)芯片,目前已经成为挖矿行业主流的硬件设备。

随着全网算力的不断增加,单打独斗的小矿工已经没有规模优势,挖到加密货币的时间非常不确定,运气不好的话可能要几年才能挖到一个有效区块,有点像买彩票中奖一样[1] 。为了使收入更加平稳,矿工们可以组成矿池(Mining Pool),由矿池管理者统一分派挖矿的计算任务,挖到的币都归矿池管理者所有。矿池管理者根据各个矿工贡献的算力比例,定期分配挖矿的收入。矿池已经成 为加密货币区块链网络算力的主要来源,零散的矿工由于经济上不占优势,基本上已退出了挖矿的行列。

矿池能够给矿工带来相对稳定的收入,但是也带来了新的问题。矿池把原来分散的算力集中起来统一管理,这违背了区块链的 去中心化原则,在矿池规模不断增加的过程中,有的矿池在全网的算力达到了相当大的比例,甚至排前几位的矿池的算力总和可以超过全网的51%。图9-5是 2016年7月的比特币算力分布情况,可以看到前3大矿池的算力已经大于51%(这3个矿池都在中国)。从理论上说,如果能够控制整个网络达到或超过 51%以上的算力,就可以控制区块链的记账权。这样比特币等加密货币依赖的分布式记账方式将被破坏,同一个货币可以多次使用(即重复花费,也叫双 花,double spend),这样,信用体系将不复存在,加密货币体系将被彻底摧毁。

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图9-5 比特币矿池算力分布

51%算力的攻击问题一直是加密货币体系中的“达摩克利斯之剑”,包括矿池在内的所有参与者都会非常小心地避免出现这 种情况。一方面,对矿池来说,增大规模对自己有利,可以挖到更多的币,而且在一些特殊事件上有较多的话语权,例如在社区讨论加密货币软件重大变更的时候, 由于最终的软件采用决定权在矿工,因此,矿池的规模越大,表决权就越大。另一方面,如果少数几个矿池的算力总和超过或接近51%,整个系统就不再是去中心 化的系统,将会引发用户对加密货币的信任危机。所以,规模太大的矿池,通常会自觉地停止接收新成员,以避免与系统玉石俱焚。加盟矿池的矿工,也会尽量选择 分散算力的矿池,避免一家独大的情形出现。

[1] 实际上比特币等加密货币的PoW共识算法,因其具有一定的随机性,有时也称作彩票算法。


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