9.4 矿池算力集中问题

基于公有区块链分布式账本的加密货币，如比特币、以太币等，需要依靠分布在世界各地的矿工持续运行来维持系统功能。矿工是运行加密货币软件的计算机节点。矿工主要完成两个任务，一是计算和验证交易，生成账本的区块数据，二是矿工之间的计算竞争，决定谁的区块是“正选”数据。前者的作用是维护加密货币协议的基本功能，而后者对账本数据本身没有任何意义，但可以激励矿工继续挖矿以获得更多的货币收益。比特币是第一个巧妙地将这两个任务结合起来的系统，使挖矿（硬币）和记账成为一个不可分割的整体。矿工也在努力挖矿的同时完成账本区块数据的生成。

早期矿工由为分布式账本提供机器的技术爱好者组成。到了后期，挖矿已经发展成为一种职业，并组建了一支专门从事挖矿的团队。由于挖矿获得的币量与机器的算力成正比，所以从概率的角度来看，硬件采用的越快，所有矿工的算力占比就越高，获得的币就越多。为了获得更高的收益，矿工们在算力上相互竞争。算力低的矿工会因为不能挖币而逐渐被淘汰。从参与硬件的角度来看，矿工最初使用通用 CPU（中央处理器）进行挖矿。后来大家发现GPU（图形处理单元）可以提高并行计算能力和吞吐量，而且效率更高，所以采用了GPU挖矿。后来出现了专门为挖矿设计的集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）芯片，现在已经成为挖矿行业的主流硬件设备。

随着全网算力的不断提升，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。如果运气不好，可能要花几年时间才能挖到一个。有效区块有点像中了彩票[1]。为了让收益更加稳定，矿工可以组成一个矿池（Mining Pool），矿池管理者统一分配挖矿计算任务最大矿池，挖出的币归矿池管理者所有。矿池管理者根据每个矿工贡献的算力比例，定期分配挖矿收益。矿池已经成为加密货币区块链网络的主要算力来源，分散的矿工由于缺乏经济优势基本退出了挖矿行列。

矿池可以给矿工带来相对稳定的收益，但也带来了新的问题。矿池集中管理原本分散的算力，违背了区块链的去中心化原则。在增加矿池规模的过程中，部分矿池已经达到了全网相当数量的算力。即便是顶级矿池的总算力也能超过全网的51%。图 9-5 为 2016 年 7 月比特币算力分布，可以看出排名前三的矿池算力已经超过 51%（这三个矿池都在中国）。理论上，如果你能控制整个网络达到或超过51%的算力，你就可以控制区块链的记账能力。这样一来，比特币等加密货币所依赖的分布式记账方式就会被破坏，同一种货币可以被多次使用（即重复消费，也称为双花），从而使信用体系不复存在，并且加密货币系统将不复存在。将被彻底摧毁。

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系统“达摩克利斯之剑”中的一个难题，包括矿池在内的所有参与者都非常注意避免这种情况。一方面，对于矿池来说，扩大规模对他们来说是有利的，他们可以挖出更多的币，在一些特殊的事件中他们有更多的话语权，比如社区讨论加密货币软件的重大变化时，由于最终的软件采用决定取决于矿工，因此矿池越大最大矿池，投票权就越大。另一方面，如果几个矿池的综合算力超过或接近51%，整个系统将不再是一个去中心化的系统，这将引发用户对加密货币的信任危机。因此，过大的矿池通常会自觉停止接受新成员，以免被系统烧毁。加入矿池的矿工会尽量选择分配算力的矿池，避免出现一家公司独大的情况。

[1] 事实上，比特币等加密货币的PoW共识算法，由于其随机性，有时也被称为彩票算法。