全节点
- 一直在线
- 在本地硬盘上维护完整区块链信息
- 在内存中维护UTXO集合，以便快速检验交易的正确性
- 监听比特币网络上的交易信息，验证每个交易的合法性
- 决定哪些交易会被打包到区块里
- 监听别的矿工挖出来的区块，验证其合法性
- 挖矿时：
- 决定沿着哪条链挖下去
- 当出现等长分叉时，选择哪一个分叉
轻节点
- 不是一直在线
- 不保存整个区块链，只需要保存每隔区块块头
- 不保存全部交易，只保存和自己有关的交易
- 无法验证大多数交易合法性，只能检验和自己相关的交易合法性
- 无法检测网上发布的区块正确性
- 可以验证挖矿难度
- 只能检测哪个是最长链，不知道哪个是最长合法链
挖矿设备演化
挖矿设备演化趋势是逐渐趋于专业化。
大体上经历了三个阶段：普通CPU→GPU→ASIC芯片。
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，用通用计算机挖矿显得性价比太低。
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出于闲置状态，比如说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，有些人归因于深度学习的火热，其实有很多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。
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，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。
ASIC芯片生产周期是比较长的，比特币的ASIC芯片研发一般需要一年，但这个速度与其他通用芯片相比，已经是非常快了。一款ASIC矿机上市后，大部分利润是在前两个月获得的，因为此时它的算力在同类产品中是最强的，当更强的矿机出现后，它就会被淘汰掉(被淘汰便完全作废，因为它除了挖矿没有任何其他用途)。
当比特币系统中算力突然有了很大的提升，一般就是有大厂商生成出了最新的ASIC矿机。目前要购买ASIC矿机都要提前预定，有些不良厂商生产出最新一代的矿机后，自己先挖矿挖一段时间，等赚钱的黄金时间过去后再交给用户，所以再挖矿浪潮中真正赚钱的不一定是挖矿的用户，也可能是卖矿机的大厂商。
ASIC芯片的出现也产生了一些影响：
挖矿设备变化趋势是从通用变得越来越专用，普通人已经参与不了挖矿的过程了，有人认为这违背了比特币系统去中心化的理念。因此也出现了一些新的加密货币，其出发点是 抗ASIC芯片化，目的是让通用计算机也能参与挖矿。
大型矿池
挖矿的另一个趋势便是大型矿池的出现，对于单个矿工来说，即使使用ASIC矿机，其算力在系统中的占比还是很小的，即使从平均收益上看是有利可图的，但收入是非常不稳定的。此外单个矿工还要承担全节点的许多职责，造成了算力的消耗。为了增加收益，便有了矿池。
所谓矿池，就是把一些矿工组织起来，一起挖矿。矿池的架构一般是一个全节点驱动多台矿机，一个矿池有一个矿主(pool manager)，矿工只需负责计算哈希值，全节点的其他职责由矿主来承担，他负责监听网上的交易，把交易打包成区块，同时关注有没有其他节点抢先发布区块，若有考虑调整现有工作······矿工挖到矿后提交给矿主，收益大家分配，这样可以解决单个矿工收益不稳定的情况。
矿池利益分配方法：
矿池一般有两种组织形式，一种是集中式的，集中成千上万的矿机，如果这些矿机是属于同一机构的话，怎么分配就不重要了；第二种是分布式的，矿工和矿主不在同一个地方，矿工如果要加入一个矿池，只要按矿池规定的通讯协议和矿主联系，矿主把计算哈希值的任务分配给他，矿工计算完把结果反馈给矿主即可，将来矿池获得出块奖励时一起分配
矿工来自五湖四海的情况，收益如何分配？
显然平均分配是不可行的，吃大锅饭会导致某些矿工消极懈怠不干活(因为有成本)，需要进行按劳分配，所以这里同样需要工作量证明，一个思路是降低挖矿难度，比如说原本挖矿需要找到nonce使block header的哈希值前面至少有70个0，现在降低挖矿难度，矿工只要找到能使block header的哈希值前面有60个0就行了，这样挖到的叫做一个share，也叫almost valid block，找到share后把它提交给矿主，矿主以此作为矿工的工作量证明。等到有矿工挖到真正的区块后，矿主得到出块奖励后按所有矿工的share数量进行分配。
几个思考：
- 有没有可能某个矿工挖到矿后，不提交给矿主，自己偷偷发布赚出块奖励？
- 这是不可能的，矿工的任务是矿主分配的，矿主组装的区块里铸币交易的收款方地址是矿主的，矿工挖到的nonce只适用这个块头，修改收款地址nonce就作废了
- 有没有可能某个矿工捣乱，平时提交share，但真正挖到后丢弃不提交？
- 这是有可能的，虽然没有经济上的好处，但有可能是别的矿池派来的卧底，为了打击竞争对手。
矿池带来的影响：
优：减轻了矿工的负担，矿工收入也更加稳定。
缺：发动51%攻击变得容易了，攻击者只要能够动员号召这些算力就可以了，威胁到了区块链系统的安全性。
矿池相关数据
- 可见中国矿池所占比例远远超过其他国家
在2014年6月，有个名为GHash.IO的矿池算力比例占据了全网算力的一半以上，在当时引起了恐慌，因为可以发动51%攻击，之后矿池主动降低了矿池算力，避免动摇人们对比特币的信心。
如今的算力发布相对比较分散，但是几个大型矿池占了相当大的比重。看似没有矿池占50%以上的算力，但实际上某个机构如果有超过50%的算力，也不会将其放入一个矿池中，可以把算力分散隐藏在很多矿池中，真正需要发动攻击时再集中起来发动攻击(因为矿工转换矿池是很容易的)
一般来说，矿池的矿主要收取一定比例的出块奖励作为管理费，有些恶意矿池在发动攻击之前，可能故意把管理费降得特别低，吸引足够多的矿工加入后就可以发动攻击了。这就是大型矿池的一个弊端，使51%攻击更加容易了。
51%攻击
拥有51%算力的矿池可以发动哪些攻击？
- 分叉攻击 forking attack
- 即使等过六个确认区块，51%算力仍然可以将其回滚
- 抵制交易 Boycott
- 攻击者如果怀疑某个账户，想封锁这个账户，他可以凭借强大的算力让跟这个用户相关的交易都不上链。若新的区块中包含账户A的交易，攻击者检测到后马上进行分叉，产生一个不包含这个交易的区块，然后让这条链成为合法最长链。
- 之前说过有的恶意节点的确会故意不打包某些区块，但没关系，之后的诚实节点还是会包含，但是攻击者如果拥有51%的算力，他可能仗着算力强大，公开抵制他想抵制的交易，每次诚实节点打包进去，就被攻击者分叉掉了，这样一直得不到出块奖励，其他矿工也就不敢随意打包这笔交易了。
- 和分叉攻击不同的是，攻击者没必要等待六个确认区块，越早分叉越好，因为攻击者是希望别的节点沿着他的链往下挖的。
- 可以盗币吗？
- 这是不可能的，因为没有别人账户的私钥，无法伪造签名。若强行把非法的转账交易发布到区块链，正常节点是不会认可的，即使攻击者让这条链再长，其他节点也不会认为其为最长合法链。
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