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抵制 ASIC 矿机真的划算吗?

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抵制 ASIC 矿机真的划算吗?
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本文来自 TokenEconomy,原文作者:Derek Hsue

译者 | Moni

几乎所有基于工作量证明(PoW)区块链共识机制的加密货币都需要面对同一个对手——ASIC 矿机。作为一家垄断ASIC矿机制造的中国芯片巨头,比特大陆拥有的算力、以及对 P2P 网络巨大的支配影响力可能会给整个社区带来危害(dangerous)。ASIC 矿机的登场,让工作量证明协议很容易受到单一中心化机构审查和规则变更的影响,从而破坏对各个利益相关方之间的约束制衡。

实际上,以太坊(Ethereum)和门罗币(Monero)等加密货币网络背后的开发人员早就已经开始抵制 ASIC 矿机了,他们认为通过使用内存困难(memory-hard)共识算法可以打击“中心化挖矿”的 ASIC 矿机,使这种挖矿方式变得无利可图。还有一些加密货币则希望尝试完全放弃工作量证明共识机制来解决“矿霸问题”,他们会选择使用权益证明(PoS)、委托权益证明(DPoS)或 Threshold Relay 等,但这些共识机制并没有经过充分测试,而且也可能隐藏其他中心化矢量因素(other vectors for centralization)。

但另一方面,在网络上使用 ASIC 矿机挖矿其实也有一些其他好处。首先,这种专业挖矿硬件设备非常高效,并且每单位电力获得的哈希算力更高、安全性也更好;其次,ASIC 矿机比自制的GPU矿机更可靠,能够帮助矿工开展更具针对性、更加专业化和规模化的挖矿作业;另外,ASIC 矿机需要依赖于特定的算法,因此比 GPU 矿机更加灵活,也能让矿工根据特定加密货币进行挖矿来获得更多区块激励。如果不考虑加密社区那些由不同利益群体引发的“政治因素”,单纯从技术角度来看,ASIC 矿机其实在处理区块链网络挖矿的时候效率更高、操作简单明了,同时也会让黑客的攻击成本变得更高从而确保了更好的网络安全性。

然而一些批评 ASIC 矿机的业内人士认为,这种矿机引发了一场不公平的竞争,尤其是那些大型芯片制造商可以利用规模化效应挤压、甚至消灭竞争对手。但理论,如果区块链网络创建者认为需要给每个人提供一个公平竞争环境,那么这些抵制 ASIC 矿机的区块链网络其实根本没必要开展抵制工作。门罗币知名系统维护人员 Riccardo Spagni 就表示:

“比特币和莱特币是唯一公平对待 ASIC 矿机的两个加密货币,但这种状况现在其他加密货币身上可能不会出现。而且,至少在未来可预见的一段时间内,我们都无法看到其他区块链网络能够出现与 ASIC 矿机对抗的竞争对手出现,这是完全有可能的。”

然而,如果那些抵制 ASIC 矿机的区块链网络创建者错了,比如市场上出现了能够与 ASIC 矿机竞争的挖矿设备,是否意味着挖矿市场也会因此变得越来越健康,从而“迫使”以太坊和门罗币这些加密货币最终拥抱 ASIC 矿机?另一方面,即便抵制 ASIC 矿机的人没错,而且他们还通过抵制手段阻止了芯片行业被操纵,那么是否意味着比特大陆可能会走向覆灭,而那些抵制 ASIC 矿机的加密货币网络最终将“一统江湖”,但这是否有意味着违背了加密货币和区块链行业去中心化的初衷呢?说到这里,我们不禁想问,该用哪些正确的方式来解决这些问题?

接下来,本文将重点探讨以下六个问题,我们也可以从这些问题的回答中看看抵制 ASIC 矿机这笔账真的划算吗?

1、为什么要构建抵制 ASIC 矿机的网络? 
2、抵制 ASIC 矿机这项工作是如何进行的?
3、对于工作量证明加密货币系统来说,ASIC 矿机的出现是否真的不可避免?
4、为了抵制 ASIC 矿机而选择网络硬分叉存在哪些风险?
5、营造一个公平的 ASIC 挖矿商业化环境是否有可能?
6、对于 ASIC 挖矿的未来,我们会有哪些结论?

1、为什么要构建抵制 ASIC 矿机的网络?

比特币的核心属性就是工作量证明共识机制,该机制允许全世界的计算机网络基于一个共享历史达成共识。为了避免这个共识被单一实体控制,比特币网络通过挖矿让网络上的每一个人来共同维护网络安全性,并实现了网络去中心化,理论上也能抵制共谋等问题的出现。

正如比特币白皮书中所说:

“只要绝大多数 CPU 算力被节点控制,这些节点也没有合作攻击网络,他们就会生成最长链,并超过攻击者。”

在比特币白皮书中,中本聪(Satoshi Nakamoto)把工作量证明算法表述为“一CPU一票”(one-CPU-one-vote),最长链代表了网络的大多数决定。在 51% 攻击的时候,攻击者可以接管整个网络,但是如果这个加密货币网络是由运行在全世界范围内的许多节点(CPU)共同治理的,就很难达到这种级别的协作,因为全球数以千万计的人根本无法彼此沟通(串通一气)、并在同一时间内开展对网络实施攻击。的确,中本聪构建这套重要的分布式网络去中心化设计理念,让比特币看上去很难被 51% 攻击。

但是,由于被利润驱动,比特币挖矿已经变成了一场“跑马大赛”,每个人都想拥有一匹汗血宝马——于是 2010 年出现了 GPU 矿机、2013 年又出现了 ASIC 矿机。这种装载了专用集成电路的硬件设备,挖矿效率明显高出 GPU 和 CPU 矿机一大截。当 ASIC 矿机发布的时候,加密货币挖矿变得更加集中化,矿工也开始把数据中心建立在电价更为便宜的地区。此时,中本聪最初设计防止 51% 攻击的去中心化理念开始受到挑战,因为当算力集中在少数几家数据中心或矿池之后,网络内就不会存在“数以千万计”的独立矿工,“矿霸”之间的沟通联系也会变得更加容易。

随着 ASIC 矿机的出现,也导致了加密货币社区产生了一些不好的结果,比如人们再也不想使用 CPU 或 GPU 来挖矿了,比特币挖矿也不再是单纯地追求去中心化和平等,而是变得越来越“集权”。甚至,如果想要参与比特币挖矿至少需要投入数百万美元的资金。换句话说,只有大型挖矿公司才有这种级别的资源去创建具有市场竞争力的 ASIC 矿机,更可怕的是,这些公司还牢牢控制了卖给消费者的 ASIC 矿机硬件供应端。与基于 GPU 或 CPU 的矿机相比,创建、使用 ASIC 矿机的难度要大得多,毕竟 GPU 和 CPU 可以轻松在本地电子零售店内买到,而且自己在家中就能组装运行。

ASIC 矿机集中采矿导致矿池有时可以控制整个加密货币网络 51% 算力,由于这种集中化挖矿手段,也让不少新创立的加密货币项目选择了“抵制ASIC”的工作量证明算法,如下表所示:

2、抵制 ASIC 矿机这项工作是如何进行的?

需要注意的是,抵制 ASIC 矿机并不是强制硬件制造商不去生产这种专业设备,而是指加密货币项目尝试改变挖矿算法,让 ASIC 矿机在挖矿的时候不再有利可图。目前,莱特币、以太坊、门罗币和达世币都已经确认(或有传言称)将抵制 ASIC 矿机。

举个例子,比特币使用的是 SHA-256 加密算法,这不是一种抵制 ASIC 的算法。当比特币 ASIC 矿机在 2013 年推出的时候,其挖矿效率比市场上的 GPU 矿机高出了好几个数量级(大约有一千倍)。使用抵制 ASIC 挖矿的算法,会缩小基于 GPU 的矿机和 ASIC 矿机之间的性能差距,这意味着使用 GPU 和 CPU 矿机挖矿仍然有利可图,尽管利润可能比之前少了很多。以门罗币为例,在使用了新算法的基础上,相比于当前市场上基于 GPU 芯片的挖矿设备,比特大陆的 CryptoNight X3 矿机挖矿效率“仅”增加了 100 倍。

此外,当使用了抵制 ASIC 矿机的算法之后,生产新的芯片成本也会变得非常高,这意味着很少有芯片设计公司能从开始阶段就负担得起如此昂贵的开发费用。针对不同加密货币协议生产 ASIC 芯片需要大量初始投资,可能会有数千万美元,生产周期也会长达三至六个月,所以对于那些没有足够资金的公司来说,很难开发 ASIC 矿机。另外,由于人工智能、物联网和移动设备需求增长导致全球硅材料短缺,也是导致成本上升的原因之一。

理论上说,抵制 ASIC 矿机最后可能会有这样一个结果:ASIC 芯片价格无比昂贵、设备运作产生的噪音巨大、并且全世界只有少数几家公司有能力生产。另一方面,我们几乎能在每个家庭中找到GPU芯片,对于普通消费者来说,GPU 硬件设备也更容易访问和使用,而作为一种商业化硬件设备,GPU 的日常应用更加广泛,生产和购买流程也更去中心化,从这个角度来看,其实已经创建了一个平等的工作量证明系统。

现阶段,抵制 ASIC 矿机主要的分歧核心在于业内人士对芯片制造的看法。就连那些支持抵制 ASIC 矿机的人也承认,商业化 ASIC 矿机几乎不可能做到,而且这种专业硬件设备在每个流程环节(开发、生产和分销)中都很容易受到垄断的影响。同时,规模经济和价格低廉的电力可以让少数公司永远支配挖矿,也就是说,ASIC 与公平的分布式挖矿思想根本不相容,因此追求 GPU 挖矿才更有意义。

从长远来看,抵制 ASIC 矿机可能并不是一件可持续的事情,虽然在加密货币网络上部署 ASIC 矿机本身有很多问题,但即便如此,至少也比试图抵制 ASIC 矿机最终一败涂地要好得多。那么,在加密货币网络内部署 ASIC 矿机会有什么问题呢?ASIC 矿机其实是将矿工激励和特定项目结合在了一起,假如一个矿工有很多针对 SHA-256 加密算法的 ASIC 矿机,他们只能选择挖掘比特币或比特币现金这种加密货币,可是如果网络被成功攻击就会导致价格崩溃,此时 ASIC 矿机本身就会变得毫无用处,挖到的加密货币价值也会大打折扣。

相比之下,GPU 矿机就非常灵活,可以在许多抵制 ASIC 的区块链上进行挖矿,因此攻击向量(attack vectors)也会更大。通俗点说就是,即便某个加密货币区块链受到攻击,也不会让 GPU 矿机变得毫无用处,因为这些矿机可以立刻转到其他区块链上挖矿。此外还有一件不提倡的事情,尽管这也是 GPU 矿机表现更为出色的一个“优势”:攻击一些对ASIC矿机友好的网络需要耗费攻击者大量资金,而只要有足够多的 GPU 攻击者,理论上完全可以在没有任何成本的情况下执行 51% 攻击。

3、对于工作量证明加密货币系统来说,ASIC 矿机的出现是否真的不可避免?

在一个成功且不断发展的加密货币网络中,ASIC 矿机的出现似乎是不可避免的。即便 ASIC 矿机的挖矿效率没有 GPU 矿机高效,但通过创建专用挖矿硬件并挖掘某一种加密货币也有可能使之变得有利可图,比如网络价值已经达到 4.5 亿美元的加密货币项目 SIA。不过,Vertcoin 网络上可能没有运行任何 ASIC 矿机,因为这个加密货币的总市值“只有” 1 亿美元,矿工如果针对这种低市值的加密货币投资开发 ASIC 矿机并在其网络上挖矿可能得不偿失。

需要特别说明的是,与绝大多数人的看法相反,区块链网络上其实很难检测到 ASIC 矿机的存在。“聪明”的矿工其实会随着时间的推移缓慢提高挖矿产量,否则很容易就会被发现——2013 年,比特币 ASIC 矿机推出的时候导致网络算力突然猛增,也引起了整个社区的关注。

同样的情况也发生在门罗币身上,门罗币现在使用的是 CryptoNight 挖矿算法,该算法可以有效抵制 ASIC 矿机,确保 CPU 挖矿有利可图。但是在 2017年 底,情况并非如此。当时门罗币挖矿算力从 2017 年 2 月至 11 月期间增长 了400%,一度达到了 1GHz/秒的历史最高水平。当时门罗币社区里的很多人没有想到这种情况是 ASIC 矿机引发的,而是觉得可能是一次“单纯的”价格上涨、或是使用 Coinhive 僵尸网络造成的。

然而当时间来到了 2018 年 3 月 16 日,比特大陆宣布推出了专门针对 CryptoNight 挖矿算法的 X3 ASIC 蚂蚁矿机,算力比当时最强大的 GPU 矿机还高出十倍。当门罗币发现这个问题之后,立刻决定在 4 月 6 日进行硬分叉并更改工作量证明算法,也让比特大陆的 X3 ASIC 蚂蚁矿机对门罗币失去了原有的效力。但是,我们很难确认比特大陆使用 X3 ASIC 蚂蚁矿机挖掘了多久时间的门罗币,也不知道是否是因为这种矿机引发了全网算力激增。

当 X3 ASIC 蚂蚁矿机正式发货的时候,似乎只能适用于一些规模较小、利润更低、且仍然在使用 CryptoNight 挖矿算法的加密货币,比如 Electroneum。对矿工来说,使用昂贵的 ASIC 矿机挖掘这些加密货币其实是很难盈利的,但有人猜测,比特大陆有可能会先使用新款 ASIC 矿机秘密挖矿几个月之后才向市场发布。不仅如此,通过出售这些 ASIC 矿机(首批售价高达12,000美元),比特大陆获得的利润甚至可能比挖矿获得的区块奖励还要多。

每个挖矿公司都有一个“价格底线”,以确保自己始终保持盈利。如果一家挖矿公司的“价格底线”受到威胁,他们就会发动分叉。类似的例子也发生在了 Vertcoin 身上,2013 年市场上也出现了针对这个加密货币的 ASIC 矿机,之后开发人员开始转而使用新的算法(Lyra2RE),并抛弃了前一个算法。目前,Vertcoin 网络上还没有对应的新 ASIC 矿机出现,但如果其规模不断扩大,或许就会被 ASIC 矿机盯上了。

实际上,对于工作量证明加密货币系统来说,ASIC 矿机的出现并非不可避免,主要还是要看这款加密货币的市值是否“值得”,如果工作量证明加密货币的市值规模较小,追逐利润的挖矿公司就不太会针对性地开发 ASIC 矿机。然而,从加密货币市场的长期发展来看,ASIC 矿机其实也无法被彻底消灭,因为只要有利润的地方,就会有逐利的人蜂拥而至。

4、为了抵制 ASIC 矿机而选择网络硬分叉存在哪些风险?

对于那些希望抵制 ASIC 矿机的加密社区来说,该如何应对由此引发的一系列风险呢?

一般来说,抵制 ASIC 矿机最简单的方法就是通过硬分叉来改变工作量证明算法。因为专用集成电路(ASIC)只适用于某个特定算法,因此加密货币只需要做出“一点点”改变就会让这种挖矿设备变得毫无用处。这与基于 GPU 的矿机不同,GPU 更加灵活,可以用来挖掘许多算法不同的加密货币,比如门罗币、ZCash、以太坊或 Vertcoin。

然而,改变工作量证明算法可以抵制一次或两次 ASIC 矿机,但该策略其实并不具备长期可持续性。这就像是个“猫鼠游戏”,社区不仅需要就不断硬分叉改变工作量证明达成共识,还要有良好的执行力才能做到这一点,但随着开源协议不断发展、使用越来越广泛,这种共识也将会越来越难以实现。加密货币社区的利益相关者可能已经意识到,不断硬分叉来对抗 ASIC 矿机可能是徒劳的。

不仅如此,加密社区中也有声音认为,在公有链网络中,核心开发团队不应该依靠自身强大的影响力来反复进行网络硬分叉。比特币核心开发人员安德鲁·波尔斯特拉(Andrew Poelstra)表示:

“如果每次遇到 ASIC 矿机出现,区块链核心开发人员就要改变工作量证明算法,那么这种做法其实是没有任何意义的——因为在一个去中心化的加密货币里,开发人员没有这一的权力;而在一个中心化的货币里,工作量证明又是一种完全不必要的权力浪费。”

除了加密社区越来越难以形成“因为 ASIC 矿机就要硬分叉”的共识之外,为抵制 ASIC 矿机实施硬分叉至少还存在以下四个潜在风险:

风险一:网络可能会引入新的漏洞或 Bug,无论是偶然的、还是恶意的。

每隔几个月、或是每年更改一次算法听起来可能很简单,但由此引发的很多事情都是一个未知数,甚至可能出错。公有链应该最大限度地提高弹性,这意味着在对协议进行大量改动的时候,需要更多地偏向保守。

风险二:硬分叉会分散网络上的算力。

如果成功将 ASIC 矿机从网络中删除,随之而来最明显的一个问题就是全网算力大幅下降,继而导致网络在一段时间内难度调整不稳定并陷入困境。毫无疑问,硬分叉将分散网络算力,这样一来会导致网络攻击变得更简单,从这个角度来看,GPU 和 CPU 矿机安全性可能会更高。

风险三:GPU 挖矿也会受到比特大陆这些垂直挖矿公司的影响,最终造成规模经济和集中化等问题。

如果加密货币网络的开发人员坚持抵制 ASIC 矿机并决意使用 GPU 挖矿,那么比特大陆很可能也会进入 GPU 开发和挖矿领域,最后同样会导致出现挖矿集中化(concentration)问题。比特大陆在比特币挖矿方面之所以有巨大优势,最重要的原因是他们同时拥有巨额资金和廉价电力,这些优势可以轻松扩展到 GPU 挖矿。

风险四:为了适应一些微小的算法调整需求,开发人员可能要构建更灵活的 FPGA 矿机。

ASIC 矿机有一个问题,就是只适用于特定的挖矿算法。FPGA 矿机其实就是使用了现场可编程门阵列(FPGA)芯片的矿机。它是早期矿机之一,但活跃时间不长,很快就被 ASIC 矿机取代。FPGA 矿机比 ASIC 矿机慢得多,但仍然比 GPU 矿机要快。如果发生工作量证明算法更改,四个 ASIC 矿机中有三个可能会遭到毁灭性打击,而第四个 FPGA 矿机可能会适应新算法。但是这样会产生一个更糟糕的结果,即整个网络挖矿会变得更加中心化。

5、营造一个公平的 ASIC 挖矿商业化环境是否有可能?

如果抵制 ASIC 矿机难以持续,那么最有可能出现的结果会是什么呢?ASIC 矿机的存在,是否意味着中心化挖矿不会被彻底消除呢?还真不一定,因为我们可能会进入到另一种状况:商业化 ASIC 挖矿。

“ASIC 商业化”指的是一个想象中的未来市场,其中有许多不同的挖矿设备制造商生产 ASIC 矿机,这些矿机在算力和价格方面彼此竞争。在这样一个构想出的未来愿景里,意味着没有一家挖矿设备制造商会在芯片成本和算力方面拥有绝对的“统治力”。商业化其实是一个缓慢而渐进的过程,ASIC 矿机的价格也会随着时间的推移不断降低。加密货币 Decred(DCR)核心开发人员大卫·科林斯(Dave Collins)表示:

“如果加密社区最终接受了 ASIC 矿机,并有意使之变得更加高效、价格也更加便宜的时候,它们最隹成为商品。任何一种单个商品,在类似的军备竞赛过程中最初都会不可避免地经历集权化/中心化阶段,但最终会慢慢走向权力下放/去中心化。”

现在,我们其实已经能够看到比特币挖矿的竞争越来越大,去中心化程度也越来越高,这主要有以下三个因素导致:

  • 挖矿地域分布更加广泛。由于监管要求,一些挖矿公司正在将业务转移到冰岛、加拿大和美国等地;

  • 中国矿工的挖矿电力成本不再廉价。过去,中国内地的廉价电力允许矿工在挖矿是具有极大优势,导致其他国家的矿工无法持续挖矿,但现在这种情况已经不复存在了;

  • 其他芯片制造商——比如三星和英特尔也开始进入加密货币挖矿市场,比特大陆的巨额利润吸引了这些传统芯片制造巨头,他们也想从中分一杯羹。

然而更重要的是:ASIC 矿机的商业化过程究竟需要多长时间?ASIC 矿机需要多长时间才能从垄断市场转变到真正的竞争环境之中?事实上,这个过程需要花费的时间比你们想象的要长的多。比特币不过是刚刚启动了这个过程,就已经花费了五年多时间,要知道——只是启动哦,后面的工作还需要很多很多年才能完成。然而,时间越长,协议就越容易受到一小部分矿工的勾结和操纵。

虽然需要足够长的时间,但 ASIC 矿机商业化最终仍会发生,随着市场的变化,有些公司会获得成功,有些公司会退出舞台,和其他周期性的市场规律一样。我们再以比特大陆为例:

在比特大陆 2013 年底成立之前,加密货币市场上已经有些公司开始生产 ASIC 矿机了,其中就包括 Avalon、Butterfly Labs 和 Bitfury,比特大陆进入到这一领域的时候,其实已经感觉市场有些相对饱和了。

然而,之后的一件事彻底改变比特大陆的命运——“头门沟事件”。由于 Mt.Gox 加密货币交易所被窃,导致比特币经历了很长时间的熊市,价格走势也变得非常疲软。在 2014-2016 年期间,很多比特币挖矿公司都被迫关闭了,挖矿行业也得到了大量整合。得益于卓越的产品和规模,那时的比特大陆顺利度过了这场风暴,当市场萎缩利润更微薄的时候,比特大陆实现了弯道超越,并获得了大量市场份额。当市场恢复回到牛市、消费者开始考虑再次购买挖矿硬件设备的时候,市场上唯一可以提供的就是比特大陆的矿机。

当时间来到 2017 年,比特币价格涨幅超过了 1000%,大量竞争对手开始涌入芯片制造和挖矿市场,许多新的加密货币挖矿业务也如雨后春笋般出现。但是,当另一个长期熊市出现时,又会发生些什么呢?实际上,和上一次熊市一样,由于利润空间减少,很多挖矿公司也会被迫关闭。现在我们经历的这场熊市中,会有新的竞争对手横空出世、像比特大陆在上一次熊市那样实现弯道超越吗?

比特币挖矿最终肯定会趋向于去中心化化,而且矿机也会类似于商品,但这可能会是一个非常缓慢的过程。三星和英特尔也会与比特大陆竞争,不过同样也需要一段时间。ASIC 矿机会像 GPU 计算设备一样被商品化并广泛使用,生产商不再是一家独大,挖矿也会分布在各个地方。

6、对于 ASIC 挖矿的未来,我们会有哪些结论?

改变工作量证明算法是需要耗费大量成本的,也是一场永无止境的“猫鼠游戏”。如果加密社区不想陷入到这个毫无意义的游戏之中,就需要为 ASIC 矿机制造商和生产商营造一个公平且可持续的环境。

一种办法是干脆直接使用 ASIC 友好的算法,张开双臂拥抱 ASIC 矿机,让矿工可以更实惠、更公开透明的方式使用。正如 SIA 开发人员所做的那样,其网络核心开发团队愿意主动推动、发展更友好的、支持 ASIC 矿机的挖矿算法。但允许 ASIC 挖矿发展,也意味着在市场不成熟的时候,加密货币挖矿会在一段时间内变得更加中心化。

任何一种解决方案都不容易实现,但经过一系列评估发现,与其和 ASIC 矿机 “死磕“,拥抱它可能是目前最好的途径。当然,”ASIC 商业化”是一个非常复杂的问题,最终能否实现,还需要来自加密生态系统中的各个加密货币项目发起方、矿工、以及其他利益相关者的共同探索和努力。

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