以太坊的“挖矿初心”：工作量证明（PoW）时代

2015年以太坊正式主网上线时，其底层共识机制与比特币一样，采用工作量证明（Proof of Work, PoW），这一阶段的“挖矿”，本质是通过计算机算力竞争记账权，从而获得以太坊奖励的过程，与比特币类似，以太坊的PoW挖矿也经历了从CPU、GPU到专业矿机的演进，但因其算法设计与比特币不同,形成了独特的挖矿生态。

挖矿核心：Ethash算法与“DAG”文件

以太坊PoW挖矿的核心是Ethash算法——一种改进的哈希算法，专门设计为“抗ASIC”（抗专用集成电路），这一设计的初衷是避免算力过度集中，让普通用户也能通过显卡（GPU）参与挖矿,保持网络的去中心化特性。

Ethash算法包含两个关键部分：

  1. 数据集（Dataset，简称DAG）：一个随着以太坊网络扩张而动态增大的数据集，大小约数GB到数十GB（目前已超过50GB），挖矿时，每个区块需要读取DAG的一部分数据，参与哈希计算。
  2. 缓存（Cache）：一个较小的数据集（几GB），用于快速生成DAG的“种子”，方便矿工在内存中高效访问数据。

DAG的重要性：以太坊设计DAG的初衷是“让GPU比ASIC更有优势”，因为DAG需要大容量内存（RAM）和高速带宽，而GPU天生具备并行处理大内存数据的能力，而传统ASIC芯片难以优化内存操作——这一设计确实让GPU成为挖矿主力,延缓了ASIC矿机的垄断。

挖矿流程：从算力竞争到区块确认

以太坊PoW挖矿的流程与比特币类似，但细节有所不同：

  1. 打包交易：矿工收集网络中的待处理交易，打包成“候选区块”。
  2. 计算哈希值：矿工使用Ethash算法，对候选区块头进行哈希计算，目标是一个小于当前网络“难度值”的哈希值（难度值会根据全网算力动态调整，算力越高，难度越大，哈希值需要越小）。
  3. 竞争记账权：全网矿工同时进行哈希计算，第一个算出符合条件的哈希值的矿工，获得该区块的记账权。
  4. 广播与验证：矿工将区块广播到网络，其他节点验证区块的有效性（包括交易合法性、哈希值合规等），验证通过后，区块被确认，矿工获得区块奖励（以太币） 交易手续费。

挖矿设备：从“全民挖矿”到GPU霸权

以太坊PoW挖矿的设备演变，是一部“去中心化”与“专业化”的博弈史：

  • 早期（2015-2016年）：CPU挖矿可行，由于Ethash对ASIC不友好，普通用户可以用电脑CPU参与挖矿，门槛较低，但随着算力提升，CPU很快被淘汰。
  • GPU挖矿时代：NVIDIA和AMD的显卡成为主力，GPU的并行计算能力远超CPU，且大内存优势能高效处理DAG数据，这一时期，以太坊挖矿被称为“显卡挖矿”，吸引了大量个人玩家和中小矿工，形成了“全民挖矿”热潮。
  • 专业矿机尝试：尽管Ethash设计为抗ASIC，但仍有厂商推出过少量以太坊ASIC矿机（如 Innosilicon A10），但由于以太坊团队持续升级算法（如调整DAG生成规则），ASIC矿机的优势被削弱，且社区对“去中心化”的维护也让ASIC矿机难以普及。

挖矿奖励与“分叉”争议

以太坊PoW时代的挖矿奖励包含两部分：区块奖励（最初5 ETH，后通过“伦敦升级”等逐步减少）和交易手续费，区块奖励每减半一次需要约200万个区块（约2-3年）,但实际减半时间因网络升级有所调整。

以太坊PoW时代还经历了多次“分叉”争议，其中最著名的是2016年The DAO事件导致的硬分叉，由于The DAO项目被黑客攻击，社区投票决定将黑客的以太币转移到一个新地址，这一行为导致以太坊网络分裂为两条链：

  • 以太坊（ETH）：执行硬分叉，成为现在的以太坊主网；
  • 以太坊经典（ETC）：坚持“代码即法律”，保持原链不变，继续使用PoW挖矿。

从PoW到PoW：以太坊为何放弃挖矿？

尽管PoW挖矿在以太坊早期保障了网络安全和去中心化，但其弊端也逐渐显现：

  1. 能源消耗巨大：PoW依赖高算力竞争，导致电力消耗惊人，与全球碳中和目标冲突。
  2. 算力集中化风险：尽管Ethash抗ASIC，但大型矿池和专业矿工仍逐渐掌握大部分算力，威胁去中心化。
  3. 交易效率低：PoW的区块确认时间较长（以太坊约15秒一个区块），难以支撑高频应用需求。

为此，以太坊团队从2017年开始规划权益证明（Proof of Stake, PoS）机制，目标是通过“质押代币”替代“算力竞争”，实现更高效、环保的共识，2022年9月，以太坊完成“合并”（The Merge），正式从PoW转向PoS,PoW挖矿时代就此落幕。

挖矿是手段，而非目的

以太坊当初的PoW挖矿，是其从“智能合约平台”概念走向落地的必经之路，它通过Ethash算法平衡了去中心化与效率，让以太坊网络在早期得以安全运行，但随着技术发展和理念升级，PoW的局限性促使以太坊转向PoS，开启了“质押验证”的新阶段。