挖矿
回顾
比特币网络中大部分节点是轻结点，如果只需要转账，不需要挖矿的话，没必要运行一个全节点。
在挖矿过程中，如果你监听到别人发布了一个区块，这个区块是合法的，也是在延伸最长合法连，这个时候你应该停止已有的挖矿，然后重新在本地组装一个侯选区块，重新挖矿，因为你要沿着这个新发布的区块向下挖的话，那么你本地所组装的这个区块中，包含的交易就会发生变化，有些交易可能已经包含到已经被发布的这个区块里了，block header的内容也会发生变化，Merkle tree的根哈希值，以及指向前一个区块的指针，这样做是不是有些可惜？
其实是不可惜的，因为前面我们提到一个挖矿的性质：无记忆性memory less（process free），所以你是坚持挖原来的区块，还是改成挖一个新组装的区块，成功的机率是一样的。
即时挖到了合法的区块，发布到区块链上，也不是说就是胜利了，有可能你发布的这个区块，最终没有成为最长合法链，
可能存在一些risk condition，别人同时发布了一个合法的区块，或者是存在一些你不知道的double spending，使得你这个区块中某些交易最后是有冲突的。
比特币是怎么保证安全性的？两方面
一方面：密码学上的保证：别人没有你的私钥，就不能伪造你的签名，这个的前提是，系统中拥有大多数算力的矿工是好的，是遵守协议的；
另一方面：共识机制。
挖矿相关
挖矿的设备：越来越趋向于专业化，最早的时候大家都是用普通的cpu去挖矿。
如果现在，你专门买一台计算机用来挖矿，其实是不划算的，因为计算机中的大部分内存都是闲置的，挖矿只用到其中很小一部分内存，cpu中的大部分部件也是闲置的，因为挖矿的操作只用到了通用cpu中的很少的一部分指令，硬盘和其他很多资源也用不到。
第二代：GPU–>比cpu挖矿的效率高得多，GPU用于大规模的并行计算（像深度学习就用到了GPU，其中有很多矩阵的乘法），但是GPU用来挖矿，其实还是有点浪费的，里面有很多部件仍然处于闲置状态，比如用于浮点数计算的部件（比特币的挖矿只用到了整数计算）
最近几年，GPU价格上涨的很快，有些人把它归于深度学习的火热，其实有很多GPU是用来挖矿的，不过有个好消息，现在比特币挖矿难度的提升，用GPU挖矿已经划不来了，所以都不竞争去买GPU用于挖矿了。
现在用什么挖矿？用ASIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片，它上面没有多余的电路逻辑，整个芯片就是为了比特币挖矿计算哈希值的操作而设计的，性价比最高，而且，为某一种加密货币设计的ASIC芯片，只能用来挖这一种加密货币，除非这两个加密货币使用同一个mining puzzle，有些加密货币新发行的时候，为了解决能源启动问题，他故意用一个已有的加密货币的mining puzzle，可以吸引更多的人来挖矿，这样的mining puzzle叫做merge mining。
ASIC芯片的研发周期是很长的，比特币的ASIC的芯片需要使用一年的时间，已经算是很快了，创造了ASIC芯片史上的奇迹，在这么长的时间里面，如果比特币的价格发生了很大的变化的话，前期投入的研发费用有可能就打水漂了。
即时在比特币发展的黄金时期，比特币价格上涨，挖矿是有利可图的，但是竞争也是越来越激烈的，定制的ASIC芯片可能用不了几个月就过时了，相当于一个军备竞赛。
有研究表明，大部分的ASIC矿机，利润是在他上市的前两个月获得的，这个时候的算力在同类产品中最强，所以购买ASIC矿机的时机很重要，现在一般都是提前预定，如果不能及时发货，对矿工就有损利益，有些不良厂商，生产出了矿机，不立即发售，而是自己先用他挖矿
有些新的加密货币设计的是Alternative mining puzzle 设计的初衷是：ASIC resistance（能够抗ASIC芯片化，目的是为了让通用的计算机也能参与挖矿）
挖矿的另一个趋势是：大量矿池的出现，单个矿工，即使用了ASIC芯片，挖矿从平均收益上看，是有利可图的，但是收入是十分不稳定的：比特币的平均出块时间是10分钟，但是这是总的矿工的平均，从单个矿工来看，可能他要挖一两年才出一个区块，就有点买彩票的意味了；单矿工还要面临一个困难：他除了挖矿之外，还要承担全节点的责任。
矿池：就是把矿工组织起来，作为一个整体，矿池的架构是：一个全节点，会驱动很多的矿机
miner只负责计算哈希值，pool manager承担全节点的其他职责，pool manager负责监听网上的交易，把这些交易组织打包成一个候选区块，同时看有没有其他的节点抢先发布区块。
矿池还能解决矿工收入不稳定的问题，有了收入，一起分配。分配的问题：如果矿机和矿池是分布式的（不在同一个机构），矿工和矿主不在同一个地方，矿工要加入一个矿池，就是按照这个矿池规定的通信协议，跟矿主练习，矿主把要计算的哈希值的任务分配给他，矿工计算完之后，把结果返回，有出矿奖励大家一起分配，如何分配？
平均分配？明显的问题是吃“大锅饭”，干好干坏一个样；因此要按照每个矿工的贡献大小进行分配：这个地方同时需要工作量证明，如何证明？
矿工的收入不稳定是因为挖矿太难了，如果降低难度，收入就能稳定，怎么降低难度？原来的要求，找到nonce，匹配target，和block header算哈希前面至少70个零，现在降低难度，前面只要有60个零就行，这样挖到的叫做一个
share：almost valid block,矿工挖到这样一个share之后，把他提交给矿主。矿主拿到share有什么用？这个除了证明矿工的工作量之外，没有其他的用处，不可能发不出去，因为这个区块不是合法的，所以矿主就记录每个矿工提交了多少个share，将来等到某个矿工真的挖到了某个区块之后，再把这个出块奖励，按照每个矿工提交的share的数目分配。
每个矿工挖到矿的概率取决于他尝试的nonce的数目，尝试的nonce越多，share就越多，所以可以把share作为工作量的衡量。
有没有可能矿工挖到了区块之后，不把他提交给矿主，自己独享？
每个矿工的任务是由矿主来决定的，矿主负责组装好区块，然后让矿工尝试nonce，而且，光是调整nonce是不够的，还要调整coinBase parameter，所以矿主可能就是把不同的coinbase parameter对应的nonce的范围交给不同的矿工去尝试，那么这个区块里面包含了什么？
coinbase transaction里面有个收款人的地址，这个地址填的是矿主的地主，如果矿工不提交给矿主，他是收不到钱的。
他不可能偷出块奖励，但是她有没有可能捣乱？（平时挖到一个share，作为工作量证明，但是等他真正挖到一个合法的区块的之后，他把它扔掉）
但是这样做对他来说并没有什么经济上的好处，矿池之间是存在竞争关系的，有可能为了打击竞争对手，故意派一些矿工到对手的矿池里挖矿，“卧底”！
矿池在各个国家的分配比例
2014年 GHash.IO矿池总算力占到了全球的51%以上
已经可以发动51攻击了！（当时引起了恐慌）
GHash主动降低总算力，以免动摇大家对比特币的信心
2018年算力分布
假设一个机构有了一半以上的算力，他不一定要把算力都集中在一个矿池里，它可以把算力分不到不同的矿池里，平时是隐藏的，真正需要发动攻击的时候就结合起来。
矿工转换矿池是很容易的，所以这就是矿池带来的一个危害，如果没有矿池要发动51攻击的话，攻击者要投入大量的硬件成本来购买到足够的矿机，能够达到系统中半数以上的算力。
一般来说，pool manager也要收取一部分的出块奖励作为管理费，有的有恶意的矿池在发动攻击前，故意把矿池的管理费降得特别低，甚至是赔本，吸引到足够多的矿工之后，就可以发动攻击了。
假设有矿池达到了51%的算力，他具体能发动什么攻击呢？
分叉攻击
Boycott：封锁禁域。所有有关某个节点的交易，他都不包含进去，而且这个攻击也不需要等待6个确认，仗着自己的算力强，公开抵制有关某个结点的交易。
攻击者的矿池中事不明真相的矿工群众，因为每个矿工只是计算哈希值，他并不知道网上有什么样的交易，发布了什么区块，并不知道double spending的存在。
另外，不要把51%的阈值，当成一个门槛，这个其实都是概率，而且，每个矿池所占的算力比重，本身也是一种估计而已，而且实时变化
总结
大型矿池的出现，有一定的好处：给矿工减轻了负担，收入分配也更加稳定。
也有一定的危害：发动51攻击更容易了 on demand mining