比特币网络中大部分节点都是轻节点，如果只是转账而不是挖矿的话，没必要用全节点。

比特币是怎么保证安全的？两个方面：1.密码学；2.共识机制。别人没有你的私钥，就没有办法伪造你的签名，所以不能把你账上的钱转走，这是密码学上的保证。安全性还有一个前提，那就是系统中拥有大多数算力的矿工是好的，是遵守协议的，不会接受那些没有合法签名的交易。如果没有这种共识机制，密码学上的保证也就没有用武之地。

比如，你去银行取钱，按照规定取钱得出示合法的证件，银行工作人员才能把钱给你。合法的证件就相当于密码学上的签名。但又这些也不是足够的，银行工作人员要足够自觉，不能把钱交给那些没有合法证件的人，只有这两条合在一起，才能保证别人不能把你账上的钱转走。

挖矿设备

CPU

挖矿设备演化趋势是越来越专业化。最早的时候用的是普通的CPU挖矿，像家里计算机、笔记本电脑。但如果买一台计算机专门用来挖矿是非常不划算的，计算机当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当中的大部分部件也是闲置的，因为挖矿当中计算哈希值的操作只用到了通用CPU当中的很少一部分指令。硬盘和其他很多资源也都是闲置的，所以随着比特币挖矿难度的提高，用CPU挖矿性价比太低。

GPU

所以挖矿转入第二代设备：GPU。GPU效率相比CPU提高了很多，主要用于大规模的并行计算。但GPU用来挖矿还是有点浪费了，GPU是用于通用并行计算而设计的，用来挖矿的话有很多部件仍然是处于闲置状态，比如说那些用于浮点数计算的部件。这些部件对于深度学习来说是很重要的，但比特币的操作只用到了整数挖矿。所以GPU虽然效率提高了很多，但仍然有不小的浪费。这些年GPU价格涨得很快，是因为很多GPU是用来挖矿的。不过有一个好消息，随着比特币挖矿难度的提升，用GPU挖矿已经划不来了，已经超过了GPU的算力范围，所以GPU现在可以更多的用于深度学习、游戏应用的服务。

ASIC芯片

有一些新开发的加密货币有的还在用GPU挖矿，而现在更多用ASIC芯片（Application specific integrated circuit）挖矿，这是专门为了挖矿而设计的芯片，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。它的性价比是最高的，这个芯片除了挖矿什么事都干不了，它只能负责计算哈希值，不能承担全节点的其他任务。而且为某一种加密货币设计的ASIC芯片，只能挖这一种加密货币。除非这两个加密货币用同一个mining puzzle。

有些加密货币刚发行的时候，为了解决启动问题，会故意用一个已有的加密货币的mining puzzle，比如说跟比特币一样的mining puzzle，这样可以吸引更多的人来挖矿，这种情况叫merge mining。除了这种情况，其他都是一个芯片只能为一个加密货币挖矿。

ASIC芯片生产周期需要一年左右，但跟其他通用芯片相比，ASIC芯片研发速度已经是非常快的了。在这么长的生产周期里面，如果比特币价格出现剧烈变化的话，前期投入的研发费用可能就打水漂了。

如果比特币价格大幅度下降的话，挖矿可能是赔本的，可能还抵不上电费。即使在比特币发展的黄金时期，价格不断上涨，这时挖矿是有利可图的。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。一款ASIC矿机刚上市的时候大部分的利润是在它上市的前两个月获得的，因为这个时候它的算力在同类产品中是最强的。再往后随着更强的矿机出现，它就可能被淘汰掉。所以购买ASIC矿机的时机很重要，现在都是要提前预定的。有些不良厂商，ASIC矿机生产出来之后，不是立即提供给消费者，而是自己先用来挖矿一段时间，赚取比特币，等到最赚钱的黄金时间即这前两个月过去之后，再把矿机发给矿工。当比特币系统中算力突然有一个很大的提升，就说明某个大公司生产出了新一款的ASIC矿机。所以在挖矿热潮中真正赚钱的不一定是矿工，而可能是卖矿机的大厂商。

矿池

挖矿的另一个趋势是大型矿池的出现，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，但是收入是非常不稳定的，他可能要挖很长时间，才能挖到一个区块。这样子就好像是买彩票，挖到了就是中了一个大奖。单矿工还有其他问题，他除了挖矿之外还要承担全节点的任务，就是本节最开始介绍的那些。

所以出现了矿池。所谓的矿池，就是把这些矿工组织起来，作为一个整体，矿池的架构一般是一个全节点驱动很多矿机，一个矿池有一个矿主，叫pool manager。下面连了很多矿工，这些矿工只负责计算哈希值，全节点的其他职责都由矿主来承担。他负责监听网上的交易，把这些交易组织打包成区块，同时要看一看有没有其他的节点抢先发布区块。

利益分配

如果矿工是来自五湖四海的，不是属于同一个机构的，那么利益该怎么分配？平均分配行不行？比如每个矿工挖到一个区块，得到了出块奖励，然后平分给其他矿工，这样行吗？不行，因为会有矿工偷懒。因此要按矿工的贡献大小进行分配，也就是这里同样需要工作量证明。那该怎么证明每个矿工做了多少工作呢？

一种方案是利用降低难度后的puzzle。以前的要求是，矿工要找到一个nonce，用nonce计算block header的哈希值，比如前面至少有70个0才是合法的区块。降低挖矿难度之后，比如说前面只要有60个0就行了，这样挖到的叫作一个share（almost valid block）。矿工挖到share或almost valid block之后，把它提交给矿主。矿主拿到这个区块有什么用呢？用来证明矿工所做的工作量，并没有其他用途。矿主通过统计每个矿工提交了多少个share，将来等到某个矿工真正挖到了合法的区块之后，再将出块奖励按照每个矿工提交的share数目进行分配。

有没有可能一个矿工挖到一个合法的区块之后，不把它提交给矿主，而是自己偷偷摸摸发布出去，得到出块奖励？即平时挖到的share提交，但挖到了合法区块就不提交？不可能，因为每个矿工的任务是由矿主分配的，矿主负责组装好一个区块，然后交给矿工去尝试各种nonce，而且有时仅仅调块头里的nonce是不够的，还需要调整coinbase域。还有另一个更重要的原因，打包区块时，铸币交易的收款人填的是矿主的地址。所以矿工挖到区块之后，如果他不提交给矿主自己发布出去是没有用的，收款人还是矿主。

如果他一开始就不管矿主的任务，自己组装一个区块，偷偷把收款地址改成自己地址，会怎样？那样他提交share给矿主的话，矿主是不认的，因为里面交易列表被改过了，铸币交易里面的内容发生了变化，算出的Merkle tree的根哈希值也是不一样的。这种情况下矿主是不会给他工作量证明的。那就相当于矿工一开始就单干，跟矿池是没关系的。

虽然不可能偷区块奖励，但会不会有人捣乱，比如平时挖到一个share，提交给矿主，作为工作量证明。等他挖到一个真正合法的区块之后，把它扔掉。这是有可能的，虽然没有经济好处，但有可能是别的矿池派来的卧底，不想让这个矿池得到区块奖励。

算力集中

如果看矿池在各个国家的分布比例，中国矿池占世界81%，远远超过其他国家，所以按矿池比例来看的话，中国的总算力是有绝对优势的。

如果按照单个矿池来看，在2014年，曾经有叫http://GHash.IO的矿池，这个矿池的算力，占到了全球算力的一半以上。在当时曾引起一些恐慌，这一个矿石的算力就已经足以发动51%的攻击了。这个事情公布之后，该矿池主动把算力占比大幅度的减少，以免动摇大家对比特币的信心。

2018年的各矿池的算力分布，看上去没有那么集中了，http://GHash.IO矿池早已停止运营。但挖矿集中化的程度仍然是比较大的，几个大型矿池占了相当大的比重，但没有矿池占50%以上。这样看算比较安全了，但可能只是一个表面现象。假如一个机构有一半以上的算力，他不一定要把算力集中在一个矿池里，而可以把算力分散隐藏在很多矿池里，真正需要发动攻击的时候再集中起来发动攻击。而且矿工转换矿池是很容易的，只需要按照这个矿池的协议跟这个矿主联系。

总结：矿池的出现减轻了矿工的负担，矿工只需要挖矿，计算哈希值就行了，别的事情都由矿主来完成。矿工的收入分配也更加稳定。但矿池的出现也有危害，发动51%的攻击变得容易了。他不一定自己有这么强的算力，只要动员召集这些算力就可以了。

51%算力攻击

假如某个矿池占到了半数以上的算力，他具体能够发动哪些攻击呢?一个最常见的就是分叉攻击。假如一个区块链，其中一个区块包含了一个大笔的交易，又等了几个确认区块之后，自认为已经安全了。然后这时就可能有人在该交易前面的区块发动分叉攻击。

看上去好像追赶的道路是很漫长的，但如果拥有51%的算力，最终还是可以成功攻击。另外，不要把51%当成绝对的门槛，有可能不到51%就可以。各个矿池的算力都是估计的，而且算力还在不断变化。

攻击者还能做什么坏事？还可以做boycott(封锁)。比如说攻击者不喜欢某个账户，怀疑某个账户参与非法交易，想把这个账户封锁掉，所有跟这个账户相关的交易都不让上链。一旦某个矿工把某个交易A→B打包到区块链上，攻击者就会马上进行分叉，产生一个不包含这个交易的区块，所有跟A有关的交易也都不包含进去。这种攻击跟分叉攻击区别是什么？他没必要等后面几个确认区块。A→B交易一上链马上进行分叉。

前面讲过，有些有恶意的节点故意不把某些交易写入区块里，是可以的。但没有关系，后面的区块还是会包含的。但是如果这个坏人拥有51%的算力的话，他可能仗着自己算力强，公开抵制他想抵制的交易。这样别的矿工也不敢随便把交易打包进去了。