准备纸笔，人肉计算比特币：每天0.67哈希值（转载）

这篇文章，我们就来看看用纸笔“挖”比特币到底有多难。 其实，用于挖矿的SHA-256算法比较简单，可以人工计算。 毫无疑问，这个过程肯定比GPU或者CPU的速度慢N倍，会觉得有些不切实际。 但是拿着纸笔手工完成一次挖矿算法的计算，确实可以让你对整个算法的工作机制有更深入的了解。

下图显示了我们使用纸笔手工计算的一轮 SHA-256：

采矿过程

挖矿是比特币系统整体安全的关键部分。 挖矿的思路是这样的：比特币矿工将一系列的比特币交易组织成一个区块，然后反复进行N次加密哈希计算（hash calculations），直到找到一个特定的哈希值。 至此，该区块已成功“挖出”，成为比特币区块链的一部分。 事实上，计算任务本身是没有意义的，但由于很难找到一个成功的区块，因此可以确保其他人无法接管比特币系统。 关于挖矿的更多信息，请参考这篇文章【比特币挖矿】。

加密哈希函数可以获取大量输入数据并输出不可预测的输出值。 对于比特币，它使用的哈希函数称为 SHA-256。 为了提供额外的安全保护，比特币使用了两次 SHA-256 函数，即所谓的双重 SHA-256。

在比特币系统中，成功的哈希值以足够多的 0 开头。 就像日常生活中很少看到以多个0结尾的手机号或身份证号一样，我们也很难找到哪个hash值以多个0开头。 但在比特币系统中，一切都呈指数增长。 目前，一个成功的散列必须以大约 17 个零开头，因此散列计算的成功率约为 1/1.4×1020。 换句话说，找到正确的散列比大海捞针更难。

下图显示了比特币区块链中的一个区块及其对应的哈希值。 下图中，黄色标记的哈希字节用于生成区块哈希。 如您所见，计算出的哈希值以足够多的 0 开头，现在挖矿成功了。

比特币使用的 SHA-256 哈希算法

SHA-256 哈希算法采用 512 位（64 字节）的输入数据块，组合加密数据，并生成长度为 256 位（32 字节）的输出值。 SHA-256算法由64次相对简单的重复计算组成。 下图是其中一个计算，其中8个4字节的数据作为输入，从A到H，经过一系列的计算，生成了一个新的AH的值。

具体计算过程可以参考中本聪的比特币白皮书【传送门】。

人肉挖矿

在下面的视频中，我们将向您展示如何使用纸和笔来计算刚刚描述的 SHA-256 哈希计算。 我自己在挖矿过程中实现了一轮哈希计算，整个过程大概需要16分钟。

视频地址：

下图是比特币区块的最后一轮哈希计算，计算结果用黄色标注。 末尾的多个零表示哈希计算成功。

硬件挖矿

SHA-256哈希计算中的每一步都可以很容易地用数字逻辑实现（简单的布尔运算和32位求和），因此定制的ASIC芯片可以在硬件上高效地实现SHA-256算法，并且可以执行数百次在单个芯片上并行进行多轮哈希计算。 下图显示了一个计算速度为 2-3 Ghash/sec 的挖矿芯片：

相比之下，莱特币、狗狗币和类似的山寨币使用的是 scrypt 哈希算法，这种算法很难在硬件上实现。 它需要在内存中存储1024个不同的哈希值，然后以不可预知的方式将它们组合起来产生最终的值。 因此，scrypt 哈希算法将需要比 SHA-256 更多的板卡和内存。 从挖矿速度和硬件上也可以知道，毕竟挖这些山寨币（scrypt）的速度比挖比特币（SHA-256）的速度慢上千倍。

总结

SHA-256算法其实很简单，简单到可以手工计算。 然而，用于签署比特币交易的椭圆曲线算法很难手工计算，因为它涉及到 32 字节整数的乘法。 我花了 16 分 45 秒来执行一轮 SHA-256 哈希。 按照这个速度，散列一个完整的比特币区块（128 轮）将需要 1.49 天的连续计算，即每天计算 0.67 个散列。 相比之下1m算力一天多少比特币，目前的比特币挖矿硬件每秒可以执行数兆字节的哈希计算，这比手动计算要快得多。 毫无疑问，比特币人肉挖矿肯定是行不通的。

后记

一位 Redit 读者问我关于体力消耗的问题。 其实整个过程不需要消耗太多的体力。 假设人体静息代谢率为每天1500大卡，人工哈希计算消耗的能量约为1000焦耳/哈希。 硬件挖矿的平均消耗为 1000 兆哈希/焦耳。 这也意味着人肉挖矿的能源成本是硬件挖矿成本的10^16倍左右。 考虑到食物，一个普通的甜甜圈售价 0.23 美元，含有 200 卡路里的热量。 电力成本约为 0.15 美元/千瓦时，因此计算哈希的成本是硬件挖矿成本的 6.7×10^8 倍。 显然，我不打算靠人挖矿赚钱1m算力一天多少比特币，也没有考虑计算所需的纸笔成本。