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不出所料，这种增长不会无休止地进行，2015年的增速就降低很多（偶尔也会负增长）。在图5.4（b）中，我们可以看到全网哈希算力达到了一个稳定的状态，发现每个区块的时间非常接近10分钟，甚至有时会超过10分钟，在这种情况下难度将会被调低。这种曾经被认为不可想象的状况却在2015年频繁发生。
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虽然到目前为止，全网哈希算力还没有经历过灾难性的倒退，但是并不排除它发生的可能性。一个有关比特币崩盘的设想被称作“死亡螺旋”，不断下降的比特币价格导致挖矿无利可图，矿工们因此而退出挖矿（全网运算能力下降），继而进一步导致价格下跌。
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[1]如果下一个区块始于其他人发现的有效区块，你发现的这个区块就会变成无效区块而被丢弃。——译者注
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区块链技术驱动金融：数字货币与智能合约技术 [:1703863935]
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区块链技术驱动金融：数字货币与智能合约技术 5.2 挖矿所需硬件
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前面我们谈到矿工所要做的计算是十分困难的。我们现在谈一下为什么计算如此困难，以及看一看矿工用来进行这些计算所用到的硬件设备。
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矿工计算难度的核心在于，对SHA-256哈希函数的运算。我们在第1章抽象地讨论过哈希函数。SHA-256是一个通用的密码学哈希函数，它是在2001年被标准化的密码学哈希函数大家族里的一员。SHA是安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）的简称。SHA-256是一个不错的选择，因为它是比特币被发明时可用的密码学哈希函数中保密性最强的。虽然它的安全性有可能随着时间推移而慢慢降低，但至少现在它还是很安全的。SHA-256的设计来自美国国家安全局（NSA），这也导致了一些阴谋论的诞生，但是并不影响它是一个很强的哈希函数的事实。
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近距离了解SHA-256
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图5.5展示了SHA-256运算的具体细节，虽然我们不需要知道比特币工作原理的所有细节，但是对矿工计算任务的大概了解是很有帮助的。
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SHA家族
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SHA-256名称中的“256”代表它有256位的状态和输出，技术上来说，SHA-256是SHA-2函数家族中几个密切相关的函数成员之一，包括SHA-512（它有更大的状态位，所以也更加安全）。还有一个是SHA-1, 这是一个有160位输出的早期函数，虽然目前认为安全性不高，但是同样应该在比特币脚本里。
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整个SHA-2家族，包括SHA-256在密码学上的安全性是得到公认的，而下一代产品SHA-3家族已经从一个公开的竞赛（由美国国家标准与技术研究所举办）中诞生了。SHA-3目前正在进行最后阶段的标准化测试，但在比特币出现的时候，它还没有出世。
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SHA-256是一个256位的状态机。这256个状态被分割成8个32位的字段，这样它可以最优化地运行在32位的硬件上。每一轮运算选择一定数量的字段——有些会进行一些小的逐位调整——最终进行32位模加法运算(modular addition)，然后运算结果被移到状态最左的第一个字段，这样使得整个状态进行向右位移。这种设计的思路来自简单位的线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers，简称LFSR)。
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图5.5展示了一轮SHA-256的压缩函数运算，一个完整的SHA-256运算要做64次这样的迭代运算，在每一轮运算中，会使用稍微不同的常数，所以所有的迭代运算都是不一样的。
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矿工的任务就是尽可能快地进行这种函数运算。矿工们互相比拼运算速度，算得越快收益越高。为了实现尽可能快的速度，矿工需要进行32位字段操控，32位模加法运算，同时做按位逻辑运算。
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图5.5 SHA-256的结构
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注：这是一轮压缩运算。Maj是按位运算的。Ch也是按位运算的，根据第一个输入值的不同而决定是选择第二个还是第三个。∑0和∑1通过按位循环和⊕运算来操纵32位的字符输入。
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我们很快就会看到，在比特币机制下，为了得到供其他节点使用的哈希函数，实际上要求两轮SHA-256运算。这是比特币的奇怪之处，进行两次运算的原因并不清楚，但这就是比特币的个性，作为比特币矿工只能服从。
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CPU挖矿
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第一代挖矿工作都是在普通电脑上完成的，也就是用通用中央处理器（CPU）来进行运算。事实上，CPU挖矿的工作就像图5.6中代码所示的逻辑那样简单，也就是说，矿工简单地按照线性的方式尝试所有的临时随机数，在软件中进行SHA-256的运算，并检查结果确认是否找到一个有效区块。请注意，正如我们之前提到过的，这段代码要进行两次SHA-256运算。
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