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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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图5.6 CPU挖矿的伪代码
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普通电脑运行这段代码到底有多快？一台高端的个人桌面电脑，每秒可以计算大约2千万次哈希函数（20MH/s），按照这个速度，根据2015年早期的难度水平（267），大概需要几十万年来找到一个有效区块。毫不夸张地说，挖矿真的非常困难！
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如今使用一个普通电脑用CPU挖比特币，在目前的难度下已经无利可图了。在过去的几年里，用CPU挖矿的旷工可能会非常失望地发现，他们永远不可能通过挖矿赚到钱，因为他们不了解比特币是如何运行的。
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GPU挖矿
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第二代矿工意识到用CPU挖矿是在做无用功，他们开始用显卡或者图形处理器（GPU）来挖。
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几乎每一个现代个人电脑都有内置的GPU以支持高性能图像处理，这些GPU都有高吞吐量和高并行处理功能，这两点对比特币挖矿都非常有利，比特币挖矿存在大量的并行处理，因为你需要同时用不同的临时随机数计算多个哈希值。2010年，有一门计算机语言开放运算语言（Open Computing Language，简称OpenCL）诞生了，这是一个可以使GPU进行非图像处理类工作的通用语言。OpenCL是一门高级语言，人们可以用它在显卡上做很多种类型的运算，而且速度比在CPU上的要快。这给通过GPU来进行比特币挖矿铺平了道路。
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当时，通过显卡来挖矿有好几个吸引人的地方。首先，买显卡很容易，而且哪怕是业余爱好者也能轻松配置显卡。你可以在网上或大多数专营电子产品的商场里买到它。对大众来说，显卡是最容易获得的高端硬件设备。其次，显卡还有一些格外适合比特币挖矿的特性：显卡的并行性设计使其具备很多算术逻辑单元（Arithmetic Logic Units，简称ALU），可以同时进行SHA-256运算。有一些GPU还特别集成了针对位移操作的指令，这对SHA-256的运算非常有用。
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大多数显卡都可以超频，这意味着如果你愿意承担显卡过热或者出现故障的风险的话，你可以让显卡以高于设计频率的频率更快地运行。超频是游戏玩家们渴望了多年的特性。对于比特币挖矿来说，超频会增加收益，即使超频可能引起一些运算错误。
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举例来说，将显卡超频50%，也就是说运算速度加快50%，同时可能会造成SHA-256运算出错概率增加30%。如果显卡错误地接受了一个不正确的运算结果——虽然不太可能发生——你还可以通过CPU来进行二次确认。然而，你可能永远都不会知道一个正确的运算结果被错过了。但是通过超频产生的运算速度的增加，完全可以抵消由于显卡运行错误产生的正确输出减少，这样超频还是合算的（从经济效益上来说）。在上述的例子中，超频使得吞吐量增加到原来的1.5倍，而运算成功率降低到了0.7，那么乘积就是1.05，也就是意味着超频使得你的获利增加了5%。为了最大化收益，人们花了很多时间去优化最佳的超频比例。
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最后，你可以通过一个CPU和一个主板加载许多个GPU。然后你便可以在安装了多个GPU的电脑上运行比特币节点，监听网络收集交易，组装区块，同时用多个GPU进行SHA-256的运算，以更快地找到正确的临时随机数及其对应的有效区块。很多人创造性地发明了很多有趣的“自制型”硬件设置，如图5.7所示，用一个CPU来驱动很多个GPU。这种情况仅发生在比特币的早期，当时大多数矿工都是比特币的爱好者，他们并不具备服务器搭建及运营经验。但是他们还是做了很多巧妙的设计，使得大量的GPU可以在一个较小的空间里同时运行，同时还解决了散热的问题。
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GPU挖矿的缺点
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GPU挖矿也有缺点。GPU有大量的内置硬件来进行图形处理，这些特定硬件对比特币挖矿没有任何用处，比如它们大量的浮点运算单元（floating point units），在SHA-256的运算中完全用不到。
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矿工和游戏玩家的对比
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根据民间传说，2011年，由于比特币矿工采购了太多的显卡以至于影响到了正常的市场需求，这造成了比特币社区和游戏社区之间的摩擦，因为游戏玩家们发现采购某个热门显卡变得越来越难。有趣的是，尽管如此，很多失望的游戏玩家因此而对比特币产生了兴趣，甚至有些游戏玩家因此而变成了比特币矿工！
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