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本文将介绍到挖矿的发展史，您将了解传统的工作量证明系统是如何工作的，为什么它们注定要继续向 ASIC 迈进，以及 Phala 网络将如何让 CPU 挖矿的最初梦想起死回生。
加密货币的黎明：CPU挖矿
第一个数字货币矿业是在计算机中心的通用芯片(CPU)上完成,所以原来挖取比特币的设备都是电脑，第一个比特币区块就是由中本聪在他的个人电脑上开采的。
许多加密资产，如BTC、LTC和DOGE，在其共识中使用PoW（工作量证明）算法。这项工作有时被称为“拼图”，但它实际上指的是一种蛮力的比拼，一直反复尝试计算，直到找到符合条件的答案。所以，运算速度越快，找到符合条件的答案几率就越大。
需要明确的是：PoW 算法要求矿工反复增加一个“nonce”数（一个只能使用一次的任何数字）并对其执行相同的散列算法，一遍又一遍地尝试直到偶然发现一个导致散列的随机数，这有资格作为解决方案。
“挖矿”服务于多个目标：
1. 它为每个交易块创建一个唯一的哈希。比特币系统的共识规则需要哈希中的特定质量，使其“难以”找到，并使块内容可验证、不可篡改和可跟踪。
2. 共识规则要求每个区块都包含前一个区块的哈希值，形成一个链。但是如果两个矿工各自生产一个不同的块作为“下一个”块，他们就会不同意，系统需要一种方法来选择这些新块中的哪些将继续真正的链。
3. 规则还规定，哈希中累积工作量最多的链是真正的链，解决任何分歧。这也意味着任何重写链的最后几个区块的尝试都需要大量的工作来产生有效的哈希，比所有这些区块已经花费的所有工作加起来还要多。这些共识规则的组合构成了比特币去中心化安全模型的基本基础。假定为创建区块链的哈希而执行的累积工作比其他任何人都可以执行的工作更多，这可以保护链免受更改而无需求助于任何“权威”来决定事情。
4. 最后，共识规则允许找到合格哈希的矿工为自己赚取一些新的比特币。该奖励同时为矿工提供激励，并随着时间的推移提供新比特币的发行。
这第四点解释了为什么矿工挖矿——为了收益！但需要他们的工作来解决上述前三点。
总而言之，PoW 共识系统将工作与网络安全密不可分：保护区块链的工作就是赚取加密货币的工作。
但这项工作只是为了获取合适的哈希而进行的计算，考虑到专门用于它的计算资源的数量与电费，很多人会认为这是一种浪费。
GPU的兴起
事实证明，某些类型的计算在GPU（图形处理单元）上比在 CPU上更有效，这适用于用于比特币挖掘（SHA256 哈希）的特定类型的计算。单个 GPU 可以超过数十个 CPU。矿工在比特币挖矿的第一年就谈到了这一点，当第一个 GPU 挖矿软件于 2010 年 9 月 18 日发布时，许多早期的比特币矿工成为了 GPU 矿工。很快，由几个高端显卡组成的挖矿设备变得普遍。GPU 以如此之大的优势迅速超越 CPU，以至于 CPU 矿工在电力上的损失将超过他们在 BTC 中的收入。
是什么让 GPU 更适合挖矿？
在 PoW 中，矿工需要对他们只能使用一次（随机数）的数字重复相同的哈希计算，直到偶然发现产生满足难度条件的哈希的随机数？
了解 PoW 算法后，我们现在可以将 CPU 与 GPU 进行比较，并了解为什么其中一个工作得更好。
一个CPU芯片有一个分支预测单元、存储单元和几个分支模块。CPU 可以根据不同的逻辑运行各种各样的任务doge挖矿，通常并行运行几个任务。当然，在 PoW 挖矿中，逻辑永远不会改变。我们需要尽可能快地运行完全相同的任务，它的理想是多次、多次、多次并行运行相同的任务——同时有效地测试许多随机数。
GPU芯片为此设计得更好。与线性线程管理和对调度分支的仔细控制不同，GPU 是量身定制的，可以同时运行数百甚至数千个相同类型的并发计算。这也是 GPU 在几何方面表现出色而 CPU 在逻辑方面表现出色的原因。例如，GPU 可能会收到类似“在这些坐标处绘制此大小的矩形”之类的命令，并且 GPU 将同时计算数百个像素（一次多次使用相同的公式）以几乎立即创建矩形。这种能力非常适合PoW的处理需求！
这使得显卡在 PoW 挖矿中更加高效，并且随着 BTC 矿工了解到这一点，它很快取代了 CPU。甚至一度由于BTC、ETH都采用GPU挖矿，导致市面上一些普通电脑玩家无法采购到显卡。
ASIC：去中心化时代
Application-Specific Integrated Circuits ( ASICs )旨在完成非常特定的计算任务。制造商为每种 PoW 算法设计不同的芯片–一个芯片用于 BTC 的 SHA256 算法，不同的芯片用于 LTC 的Scrypt 算法等。用这些 PoW 构建的机器-特定的芯片称为ASIC矿机，因为ASIC芯片是按照单一算法设计的，效率甚至可以比GPU更好，GPU是为多种图形阵列工作而设计的，但它也不能做任何其他事情！
例如，主流ASIC矿机蚂蚁S9搭载189颗ASIC芯片，综合计算速度高达13.5 TH/s，是当代旗舰显卡GTX 1080Ti的1万多倍。同时，蚂蚁S9的功耗仅为1350瓦，接近显卡功耗的10倍。由于矿工的运营费用是电力成本，因此消耗 10 倍的电力来生产 10,000 倍的工作是一个巨大的收益。
在执行更多哈希以更快找到解决方案的竞赛中，ASIC 最终将获胜。
但这会导致另一个问题：获得 ASIC 矿工是一个主要的前期障碍。它们成本高，供应量低。不是每个人都能负担得起这笔费用，即使他们负担得起，硬件有时也只提供给有连接（或受政府控制）的人。2017 年，估计 70% 的比特币哈希能力来自全球最大供应商比特大陆制造的 ASIC 矿机。此外，比特大陆本身也参与了挖矿：大约 51% 的区块是通过BTC.com和蚂蚁矿池开采的，这两个区块都属于比特大陆。这些事实让比特币行业的许多人感到担忧，因为当一个实体控制 51% 的算力时，就有可能进行51% 的攻击接管网络。其他人只是担心，由于世界上很大一部分比特币矿机都集中在一个地方（中国），如果当局进行干预，比特币挖矿世界可能会面临风险。（前段时间确实有禁令发出）
ASIC 的另一个大问题是它们是单一用途的。你甚至不能将 BTC ASIC 重新用于 LTC 挖矿，因为散列算法是不同的。因此，如果 BTC ASIC 由于更新模型的改进而变得无利可图，它就会变得毫无用处——尽管它比一般的 CPU 或 GPU 强大几个数量级，但仅用于这一单一目的，即对 SHA256 算法进行散列。问题是，为了具有竞争力，这些 ASIC 使用最好的硅芯片，并且需要大量的工程工作，一旦新一代 ASIC 推出，这些工作往往会过时。可以认为这是一种浪费。
这些担忧导致了算法的发展，使制造 ASIC 变得更加困难。有些更复杂，有些变化频繁，还有一些需要比 ASIC 芯片更容易内置的内存：Scrypt、Ethash、Equihash、X17、X13、X16r 和其他算法随着时间的推移出现，由密码使用像 LTC、ETH、ZEC、DASH、BTG、RVN。
然而，随着在 ASIC 芯片中构建更多复杂性和内存的技术的进步，许多这些“仅限 GPU”的算法最终被 ASIC 取代。
中本聪看到了这一点。比特币的原始设计要求矿工“用他们的 CPU 算力投票”，以此作为执行共识规则的一种方式。很明显，当他写道“随着网络增长超过某个点时，它将越来越多地留给拥有专用硬件服务器群的专家”时，他预见到了 ASIC 的出现。似乎指的是 ASIC；如果比特币变得足够有价值可以开采，制造商将不可避免地有动力生产定制机器来开采它。
为什么CPU挖矿这么难维护
它归结为技术和经济。无论是专注于 GPU 还是 CPU，任何“抗 ASIC”算法都会延迟而不是阻止ASIC 矿机的出现。任何在 PoW 算法上挖掘价值的优质加密资产生态系统都会吸引专业矿工；这是经济市场的必然。市场将始终使用可用的最新技术开发更有效的工具。这是通往 ASIC 的必经之路。
抗 ASIC 的 PoW 算法也可能更容易受到攻击。可以由特定类型的 ASIC 开采的开采量最大的代币——例如，比特币是使用 SHA256 ASIC 矿工开采量最大的代币——具有抵御 51% 攻击的安全级别。这是因为根本不可能在世界上突然找到足够多的额外 ASIC 采矿硬件来产生比诚实矿工已经用于挖掘比特币的哈希能力更多的哈希能力。这种安全性不会扩展到使用 SHA256 开采的其他硬币，因为一个人只需要世界上一小部分 SHA256 ASIC 矿工就可以执行攻击。
同样，以太坊是使用 Ethash 算法开采量最大的代币，该算法在 GPU 上运行。但尽管如此，以太坊仍然是在世界上少数 GPU 上开采的。因为理论上有可能获得足够的 GPU 来压倒诚实的矿工，所以从理论上讲，以太坊对这种攻击的安全性不如比特币。从这个意义上说，可以认为 ASIC 使比特币更安全——但正如我们上面所讨论的，ASIC 创建的中心化或其单一用途的性质可能会导致不同的漏洞。
PoW的外部性是什么？
最后，在 PoW 计算中寻找优化也会导致能耗优化。PoW 矿工尽可能寻找最便宜的能源，因为通过降低电力成本，他们在计算资源方面变得更加高效。其中一些廉价电力来自以化石燃料为基础的生产，如煤炭。虽然最近对 PoW 采矿中使用的能源组合的担忧略有夸大，但其中很大一部分（不少于 40%）仍然是真实的) 由碳足迹重型电力生产提供动力。有人甚至会争辩说，最近对主要使用可再生水电的中国矿工的镇压迫使他们中的 20-30% 转移到像哈萨克斯坦这样的大部分电力来自燃煤的地区，最终对环境的危害比官方声明的要大。但总的来说，随着时间的推移，矿工选择使用可再生能源的趋势很强劲，这比替代品便宜得多，所以我们认为问题不是长期的。
但另一种看待 PoW 产生的外部性的事实是，ASIC 生产需要大量的制造工作，并导致全球芯片和硬件工程人才短缺——需要将材料和劳动力引入单一用途的产品中，而这种产品没有世界上的其他用途。在我们看来，这是一个更大的长期问题。目前，比特币网络在可预见的未来是足够安全的，但建造更好的 ASICS 和让矿工加入网络的竞赛从未停止——因此所有这些计算资源都被过度生产，同时带走了原本可以使用的区域更有成效。
似乎任何基于 PoW 的加密资产，一旦有价值并广为人知，从 CPU 挖矿到 GPU 挖矿，再到 ASIC 挖矿，都将是一条必然的道路。在共识算法中使用 PoW 来保护链时，这似乎已成定局。这有多种外部性，可以概括为严重的低效率和浪费，以及网络变得更加集中或容易受到政府因这些外部性而试图关闭它的风险。
Phala网络挖矿
那么，早期的比特币梦想会发生什么，任何人都可以用他们的电脑加入网络，工作并赚取加密货币？这种模式是否已经消失了？
不。
Phala Network 的系统还将一大群通过工作获得报酬的计算机联系在一起（一个挖矿网络），但 Phala 采取了将共识与计算分离的新颖方法。
对于共识，Phala 依赖NPoS（提名权益证明），利用 Polkadot 的安全系统。这在不依赖矿工工作的情况下提供了极大的安全性。
对于计算，Phala Network 向矿工发放 PHA 代币作为工作回报。这里的美妙之处在于，由于正在完成的工作并未为共识模型提供安全性，因此该工作可以是所需的任何类型的计算。Phala 网络上的矿工无需竞相寻找随机答案（如工作量证明），而是可以执行人们想要的任何有用计算。
为了保护数据和计算，Phala 使用了 TEE——可信执行环境，这是一种内置于大多数现代 CPU 的技术。数据可以以加密形式发送给矿工，没有人可以查看。数据被矿工拿走并放入 CPU 的内部 TEE 中，在其中解密，计算完成，然后将结果加密并发回。
值得注意的是，即使是 CPU 的所有者也无法轻易看到 TEE 内正在执行哪些作业或工作，并且网络上的任何人都无法看到这些作业或结果！这同时保护了用户及其数据，同时确保矿工不能尝试拒绝某些类型的工作，或拒绝某些用户的工作。矿工不知道他们的 CPU 正在做什么工作，或者为谁做，他们只知道他们会因为工作而获得报酬（当然，不对分配的作业进行工作的话，会受到惩罚）。
由于矿工对工作视而不见，网络对数据视而不见，因此所有工作都可以同时免受窥探和审查。
最后，整个 Phala 网络由一组 Gatekeeper 保护和维护，类似于 Polkadot 或 Ethereum 2.0 上的验证器。他们执行 NPoS 共识，从用户那里接收工作，将工作分配给矿工，然后为矿工的工作支付报酬。这创建了一个系统，在该系统中，发送作业的用户不知道工作在哪里完成，矿工不知道他们在做什么或为谁工作，作为中间经纪人的守门人无法看到任何工作，除了“矿工X为用户Z完成了Y工作并获得了报酬”，或者由于加密经济安全保证而影响了这个工作流程。
这就是 Phala Network 如何解决计算云中的信任问题。因为系统不需要我们信任系统的任何部分，所以它变得不可信：一个不需要信任的系统。
但最重要的是，Phala 获得的任何计算能力都不会冗余或浪费，因为随着挖矿社区的发展，它可以为多个用户执行的任务线性扩展网络的吞吐量。网络使用的 CPU 可以在大多数通用计算机中找到，不需要过多的能源消耗或工业级设置。矿工没有为了竞争网络任务而降低成本的经济压力，因此没有明确需要寻求最便宜的电力或创建专门的硬件。
因此，与计算和共识不分离的传统 PoW 相反，Phala 的挖矿是 ESG 友好的，因为它提高了计算资源对世界的整体可用性和所有客户的安全性，使资源在方面更高效通过需要通用计算机并减少对构建和维护大型数据中心的集中方的需求，从而减少使用和维护，最后，不需要过多的能源消耗或对单一用途硬件的浪费使用。
当 Phala 成长并占据其中的很大一部分时，所有这些因素结合起来应该会显着减少加密和云行业的碳足迹。
但是，Phala 如何引导网络并快速增长，以在 ESG 不友好但规模更大的网络竞争中胜出？答案是：通过使网络参与者的激励与代币保持一致。
支付给矿工的款项从何而来？
Phala 最初的固定供应量为 1,000,000,000 个 PHA。其中doge挖矿，70%（或 700,000,000）被保留作为挖矿奖励支付给矿工。虽然永远不会有更多的 PHA 作为挖矿奖励创建，但这 7 亿 PHA 将在很长一段时间内逐渐减少支付。
此外，提交作业的用户将在 PHA 中支付基于市场的费用。费用和奖励应该共同激励足够多的人将他们的 CPU 足够频繁地用于挖矿，以便始终有足够的 CPU 云来满足处理需求。
最初支付的挖矿奖励金额会很大，以便在主网刚开启时且每个 PHA 的价值相对较低时吸引大量矿工加入网络。随着时间的推移，挖矿奖励将稳步下降，但增加的利用率将意味着更多的费用。随着时间的推移，费用市场将在支付给矿工的款项中占据越来越大的比例，提供 CPU 的矿工云将与用户创造的需求成比例增长。
这将产生与比特币随着时间的推移逐渐减少奖励排放量的类似效果：最初，比特币矿工大多收到奖励，但随着时间的推移，他们的付款将越来越多地来自费用。不同之处在于，Phala Network 将更快地推动这一过程——从“主要是奖励”到“主要是费用”需要几年而不是几十年，而且 Phala 矿工将只做人们愿意支付的有用工作.。Phala 背后的开发团队将构建一个云平台，以消除必须处理去中心化网络和数字代币支付的复杂性，以便用户体验类似于亚马逊的 AWS或微软的 Azure。结合更便宜的价格（由于矿工得到网络补贴）以及增强的安全性和隐私性，这将有助于在中期促进网络的使用。此外，虽然比特币在未来仍需要解决费用支付问题，因为网络的效用仍在世界范围内制定，但 Phala 将不必处理这个问题，因为云计算服务的效用已经建立并不断增长。
PoW和Phala的TEE矿工之间的关键区别
当 CPU 在其 TEE 中确实工作时，结果是自然的“工作证明”，因为计算结果证明 CPU 完成了工作。通过这种方式，它类似于 PoW 挖矿系统，在该系统中，矿工报告“份额”（不合格的解决方案）以证明它们存在并证明他们正在做他们公平的工作份额。
但在关键的方式Phala的挖掘不同：战俘矿工总是争着要第一个找到的解决方案，无论是对自己还是对他们的矿工池。首先找到解决方案会带来更多回报，因此矿工的数量将始终与价值成正比，或者说与比特币的价格成正比。
但是在 Phala 的 TEE Mining 中没有种族。矿工因在线和可用而获得少量报酬，如果他们被分配工作，则获得更多报酬，但工作是随机分配的。没有种族。而且由于该系统将迅速从奖励过渡到费用，在短短几年内，矿工云的规模显然将取决于对计算资源的实际需求，而不是浪费在竞赛中的工作。
因此，Phala TEE 挖矿抵消了将 PoW 系统推向 ASIC 的两种力量：
1. 因为没有竞争，所以生产最快的处理器以“获胜”的动力较小。
2. 工作的工作性质既不重复也不可预测；它可以用于用户提交的任何应用程序！在不了解应用程序的情况下，您无法构建专用集成电路。
3. 在 Phala 系统中，TEE 矿工的算力被用于无信任地运行世界上的计算任务。用户、工作和矿工由区块链以去中心化和去信任的方式管理，区块链的共识由指定的股权证明系统保护。
CPU挖矿梦想再次成为现实
通过分离共识和计算，Phala 设法重新创建了比特币的原始状态：几乎任何拥有支持 TEE 的现代计算机的人都可以决定加入网络并开始挖矿以赚取一些加密货币。但是，与比特币不同的是，他们的计算机会做有用的工作，所以社会没有理由试图禁止他们在比赛中浪费能量。最后，由于计算是多种多样且不可预测的，因此市场没有办法通向 ASIC，从而集中在资本最充足或装备最齐全的少数运营商周围。
作为附带的好处，如果有人决定停止挖矿，他们仍然拥有一个有用的设备：带有 CPU 的计算机。如果他们愿意，他们甚至可以让他们的计算机在不使用时进行挖掘。ASIC 矿工对社会没有其他用途；如果不是采矿，那只是浪费硅、金属和生产能源。
Khala安全审计通过
另：Phala Network 预备主网—— Khala Network 的 Khala 智能合约桥已通过世界顶尖区块链安全公司 CertiK 的安全审计。
CertiK 审计报告地址：
Khala 智能合约桥以太坊端合约代码：
九
章
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