区块链/等级 III · 网络/3.2 挖矿/课程 3

算力与安全性

经济影响力的衡量标准

材料可访问 mempool.space 或 blockstream.info用于记录历史难度数据的电子表格能够处理科学记数法的计算器

好奇

一个表示每秒数百亿亿次计算的数值，是如何仅凭两个可观测变量推算出来的？
要改写比特币一天的历史，究竟需要付出什么？
为何一项除了在某种特定共识算法之外毫无用处的硬件投资，却能成为该网络的稳定力量？

探索

算力是所有执行工作量证明的矿工的总计算能力，单位为每秒艾哈希（EH/s），1艾哈希等于10^18次哈希。到2024年，这一数值已达到数百EH/s。没有任何东西直接统计哈希尝试的次数；区块浏览器和分析人士根据当前难度和区块产出速度来估算算力。由于区块的发现是由概率支配的随机过程，短期算力数据会随出块时间的波动而大幅起伏。
防止历史被改写的保护是经济层面的，而非密码学层面的。改写近期历史要求攻击者持续拥有比网络其余部分加起来更多的算力。这需要购置专用硬件和能源，其规模之大使得组建成本高得令人却步，尝试时也极为显眼。经济学家Eric Budish在2018年提出，衡量攻击成本的一种方法是看攻击者的硬件原本可以赚取的挖矿收入；按照这一观点，安全的成本大致等于支付给矿工的报酬。
难度调整机制确保随着算力上升，目标哈希值每2016个区块（约两周）按比例降低，从而使平均出块间隔保持在十分钟左右。因此，随着全网算力增长，单个矿工找到区块的概率下降，但攻击者需要匹敌的总工作量却在上升。矿工消耗的能源相当于一种验证成本，对于已在基础设施上投入沉没资本的理性参与者而言，双花在经济上是不理性的。
硬件专业化进一步加剧了这种经济关联。比特币专用 ASIC 芯片仅用于计算双 SHA-256 哈希值，因此只能用于挖掘采用相同工作量证明机制的货币，其他用途几乎毫无价值。这使得矿工的财务状况与网络的健康状况及安全性直接相关。如果网络遭到攻击，这类硬件就会大幅贬值。这种利益绑定关系使得那些投入了大量资金购买专用硬件的大型矿商不愿发动攻击，因为这些硬件的折旧速度很快，且初始成本极高。
随着时间推移，较旧的区块会愈发不可篡改。在较近的高度上分叉链只需在短时间内超过诚实网络，有足够资本即可做到。然而，要回滚数十万个区块的历史，就需要多年维持多数算力，累积的能源成本将超过窃取资金可能带来的任何收益。因此，确认深度可以作为最终性的替代指标：对于只拥有少数算力的攻击者，每多一个区块，逆转成功的可能性就呈指数级下降；对于拥有多数算力的攻击者，每多一个区块则需额外付出约十分钟的全网工作量。
要验证这些动态，可打开mempool.space或类似的区块浏览器，查看当前的全网难度和算力估算值。将这些数据与一年前进行比较，观察增长趋势和难度调整的效果。请注意，虽然每台机器贡献的算力是离散的，但全网数据是一个受统计噪声影响的连续估算值，反映出分布在全球各司法辖区的挖矿活动整体性与多变性并存的特点。