[科普中國]-算力

算力（也稱哈希率）是比特幣網(wǎng)絡(luò)處理能力的度量單位。即為計(jì)算機(jī)（CPU）計(jì)算哈希函數(shù)輸出的速度。比特幣網(wǎng)絡(luò)必須為了安全目的而進(jìn)行密集的數(shù)學(xué)和加密相關(guān)操作。 例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到10Th/s的哈希率時(shí)，意味著它可以每秒進(jìn)行10萬億次計(jì)算。

在通過“挖礦”得到比特幣的過程中，我們需要找到其相應(yīng)的解m，而對(duì)于任何一個(gè)六十四位的哈希值，要找到其解m，都沒有固定算法，只能靠計(jì)算機(jī)隨機(jī)的hash碰撞，而一個(gè)挖礦機(jī)每秒鐘能做多少次hash碰撞，就是其“算力”的代表，單位寫成hash/s,這就是所謂工作量證明機(jī)制POW(Proof Of Work)。

概述日前，比特幣全網(wǎng)算力已經(jīng)全面進(jìn)入P算力時(shí)代（1P=1024T，1T=1024G，1G=1024M，1M=1024k），在不斷飆升的算力環(huán)境中，P時(shí)代的到來意味著比特幣進(jìn)入了一個(gè)新的軍備競(jìng)賽階段。

算力是衡量在一定的網(wǎng)絡(luò)消耗下生成新塊的單位的總計(jì)算能力。每個(gè)硬幣的單個(gè)區(qū)塊鏈隨生成新的交易塊所需的時(shí)間而變化。

單位1 kH / s =每秒1,000哈希

1 MH / s =每秒1,000,000次哈希。

1 GH / s =每秒1,000,000,000次哈希。

1 TH / s =每秒1,000,000,000,000次哈希。

1 PH / s =每秒1,000,000,000,000,000次哈希。

1 EH / s =每秒1,000,000,000,000,000,000次哈希。

區(qū)塊鏈相關(guān)早期的比特幣區(qū)塊鏈采用高度依賴節(jié)點(diǎn)算力的工作量證明(Proof of work, PoW) 機(jī)制來保證比特幣網(wǎng)絡(luò)分布式記賬的一致性。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和各種競(jìng)爭(zhēng)幣的相繼涌現(xiàn)，研究者提出多種不依賴算力而能夠達(dá)成共識(shí)的機(jī)制，例如點(diǎn)點(diǎn)幣首創(chuàng)的權(quán)益證明(Proof of stake，PoS) 共識(shí)和比特股創(chuàng)的授權(quán)股份證明機(jī)制(Delegated proof of stake，DPOS) 共識(shí)機(jī)制等。1

比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性和不可篡改性是由PoW 共識(shí)機(jī)制的強(qiáng)大算力所保證的，任何對(duì)于區(qū)塊數(shù)據(jù)的攻擊或篡改都必須重新計(jì)算該區(qū)塊以及其后所有區(qū)塊的SHA256難題，并且計(jì)算速度必須使得偽造鏈長(zhǎng)度超過主鏈，這種攻擊難度導(dǎo)致的成本將遠(yuǎn)超其收益。據(jù)估計(jì)，截止到2016年1月，比特幣區(qū)塊鏈的算力已經(jīng)達(dá)到800 000 000 Gh/s，即每秒進(jìn)行8*10^18次運(yùn)算，超過全球Top500 超級(jí)計(jì)算機(jī)的算力總和。1

安全性威脅是區(qū)塊鏈迄今為止所面臨的最重要的問題。其中，基于PoW 共識(shí)過程的區(qū)塊鏈主要面臨的是51% 攻擊問題，即節(jié)點(diǎn)通過掌握全網(wǎng)超過51%的算力就有能力成功篡改和偽造區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。以比特幣為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)中國大型礦池的算力已占全網(wǎng)總算力的60%以上，理論上這些礦池可以通過合作實(shí)施51%攻擊，從而實(shí)現(xiàn)比特幣的雙重支付。雖然實(shí)際系統(tǒng)中為掌握全網(wǎng)51% 算力所需的成本投入遠(yuǎn)超成功實(shí)施攻擊后的收益，但51%攻擊的安全性威脅始終存在?；赑oS 共識(shí)過程在一定程度上解決了51% 攻擊問題，但同時(shí)也引入了區(qū)塊分叉時(shí)的N@S (Nothing at stake) 攻擊問題。研究者已經(jīng)提出通過構(gòu)造同時(shí)依賴高算力和高內(nèi)存的PoW共識(shí)算法來部分解決51% 攻擊問題，更為安全和有效的共識(shí)機(jī)制尚有待于更加深入的研究和設(shè)計(jì)。1

全球算力比特幣的算力分布這是比特幣的算力分布。

2017年算力變化

比特幣網(wǎng)絡(luò)的算力2017年12月時(shí)是9.9EH/s，并且隨著越來越多的礦工加入而增長(zhǎng)，因此更多的困難正在增加。

發(fā)展與應(yīng)用算力為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障，大數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，給現(xiàn)有算力提出了巨大挑戰(zhàn)。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大數(shù)據(jù)高速積累，全球數(shù)據(jù)總量幾何式增長(zhǎng)，現(xiàn)有的計(jì)算能力已經(jīng)不能滿足需求。據(jù)IDC報(bào)告，全球信息數(shù)據(jù)90% 產(chǎn)生于最近幾年。并且到2020年，40% 左右的信息會(huì)被云計(jì)算服務(wù)商收存，其中1/3 的數(shù)據(jù)具有價(jià)值。因此算力的發(fā)展迫在眉睫，否則將會(huì)極大束縛人工智能的發(fā)展應(yīng)用。目前，我國在算力、算法方面與世界先進(jìn)水平有較大差距。算力的核心在芯片。因此需要在算力領(lǐng)域加大研發(fā)投入，縮小甚至趕超與世界發(fā)達(dá)國家差距。2

融合發(fā)展大數(shù)據(jù)是人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)保障，是人工智能這臺(tái)機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料。沒有大數(shù)據(jù)的支撐，人工智能就沒有了燃料，談不上發(fā)展。算力是人工智能發(fā)展的技術(shù)保障，是人工智能發(fā)展的動(dòng)力和引擎。二者都是人工智能密不可分的一部分。反過來，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用又會(huì)反過來提升大數(shù)據(jù)和算力的技術(shù)革新，提高大數(shù)據(jù)和算力的水平。三者相輔相成，融合發(fā)展，才是未來信息時(shí)代發(fā)展的潮流趨勢(shì)。大家都非常熟悉AlphaGo，之所以能戰(zhàn)勝棋類頂尖高手，除了人工智能的深度學(xué)習(xí)技術(shù)之外，大數(shù)據(jù)提供的一千多萬棋譜才是它持續(xù)進(jìn)步乃至幾乎無懈可擊的根源。在深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到人臉識(shí)別之前，基于大數(shù)據(jù)的識(shí)別成功率只有93%，而深度學(xué)習(xí)和算法的更新，將人臉識(shí)別系統(tǒng)成功率提升到了97% 以上，為人臉識(shí)別的商業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、算力的發(fā)展與融合，三者已經(jīng)有機(jī)結(jié)合成了一個(gè)智能化整體，其內(nèi)涵和外延趨于多樣化，各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用也豐富疊加，你中有我，我中有你。人工智能與大數(shù)據(jù)、算力的區(qū)別與界限越來越模糊。現(xiàn)階段，人工智能和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防、經(jīng)濟(jì)、教育等各個(gè)領(lǐng)域，所產(chǎn)生的商業(yè)和社會(huì)價(jià)值幾乎是無限量的。云計(jì)算隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用，也不再局限于存儲(chǔ)和計(jì)算，已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)發(fā)展變革的重要推動(dòng)力。

總之，算力的發(fā)展為大數(shù)據(jù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，計(jì)算力和大數(shù)據(jù)的發(fā)展為人工智能發(fā)展提供技術(shù)支撐和基礎(chǔ)原料，是人工智能突破性進(jìn)步的核心所在。人工智能的進(jìn)步又反過來給算力和大數(shù)據(jù)提供變革的推手。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李岳陽 - 副教授 - 江南大學(xué)