抵制 ASIC 礦機真的划算嗎？
本文來自 TokenEconomy，原文作者：Derek Hsue
譯者 | Moni
幾乎所有基於工作量證明（PoW）區塊鏈共識機制的加密貨幣都需要面對同一個對手——ASIC 礦機。作為一家壟斷ASIC礦機制造的中國晶片巨頭，位元大陸擁有的算力、以及對 P2P 網路巨大的支配影響力可能會給整個社群帶來危害（dangerous）。ASIC 礦機的登場，讓工作量證明協議很容易受到單一中心化機構審查和規則變更的影響，從而破壞對各個利益相關方之間的約束制衡。
實際上，以太坊（Ethereum）和門羅幣（Monero）等加密貨幣網路背後的開發人員早就已經開始抵制 ASIC 礦機了，他們認為通過使用記憶體困難（memory-hard）共識演算法可以打擊“中心化挖礦”的 ASIC 礦機，使這種挖礦方式變得無利可圖。還有一些加密貨幣則希望嘗試完全放棄工作量證明共識機制來解決“礦霸問題”，他們會選擇使用權益證明（PoS）、委託權益證明（DPoS）或 Threshold Relay 等，但這些共識機制並沒有經過充分測試，而且也可能隱藏其他中心化向量因素（other vectors for centralization）。
但另一方面，在網路上使用 ASIC 礦機挖礦其實也有一些其他好處。首先，這種專業挖礦硬體裝置非常高效，並且每單位電力獲得的雜湊算力更高、安全性也更好；其次，ASIC 礦機比自制的GPU礦機更可靠，能夠幫助礦工開展更具針對性、更加專業化和規模化的挖礦作業；另外，ASIC 礦機需要依賴於特定的演算法，因此比 GPU 礦機更加靈活，也能讓礦工根據特定加密貨幣進行挖礦來獲得更多區塊激勵。如果不考慮加密社群那些由不同利益群體引發的“政治因素”，單純從技術角度來看，ASIC 礦機其實在處理區塊鏈網路挖礦的時候效率更高、操作簡單明瞭，同時也會讓黑客的攻擊成本變得更高從而確保了更好的網路安全性。
然而一些批評 ASIC 礦機的業內人士認為，這種礦機引發了一場不公平的競爭，尤其是那些大型晶片製造商可以利用規模化效應擠壓、甚至消滅競爭對手。但理論，如果區塊鏈網路建立者認為需要給每個人提供一個公平競爭環境，那麼這些抵制 ASIC 礦機的區塊鏈網路其實根本沒必要開展抵制工作。門羅幣知名系統維護人員 Riccardo Spagni 就表示：
“比特幣和萊特幣是唯一公平對待 ASIC 礦機的兩個加密貨幣，但這種狀況現在其他加密貨幣身上可能不會出現。而且，至少在未來可預見的一段時間內，我們都無法看到其他區塊鏈網路能夠出現與 ASIC 礦機對抗的競爭對手出現，這是完全有可能的。”
然而，如果那些抵制 ASIC 礦機的區塊鏈網路建立者錯了，比如市場上出現了能夠與 ASIC 礦機競爭的挖礦裝置，是否意味著挖礦市場也會因此變得越來越健康，從而“迫使”以太坊和門羅幣這些加密貨幣最終擁抱 ASIC 礦機？另一方面，即便抵制 ASIC 礦機的人沒錯，而且他們還通過抵制手段阻止了晶片行業被操縱，那麼是否意味著位元大陸可能會走向覆滅，而那些抵制 ASIC 礦機的加密貨幣網路最終將“一統江湖”，但這是否有意味著違背了加密貨幣和區塊鏈行業去中心化的初衷呢？說到這裡，我們不禁想問，該用哪些正確的方式來解決這些問題？
接下來，本文將重點探討以下六個問題，我們也可以從這些問題的回答中看看抵制 ASIC 礦機這筆賬真的划算嗎？
1、為什麼要構建抵制 ASIC 礦機的網路？ 2、抵制 ASIC 礦機這項工作是如何進行的？ 3、對於工作量證明加密貨幣系統來說，ASIC 礦機的出現是否真的不可避免？ 4、為了抵制 ASIC 礦機而選擇網路硬分叉存在哪些風險？ 5、營造一個公平的 ASIC 挖礦商業化環境是否有可能？ 6、對於 ASIC 挖礦的未來，我們會有哪些結論？
1、為什麼要構建抵制 ASIC 礦機的網路？
比特幣的核心屬性就是工作量證明共識機制，該機制允許全世界的計算機網路基於一個共享歷史達成共識。為了避免這個共識被單一實體控制，比特幣網路通過挖礦讓網路上的每一個人來共同維護網路安全性，並實現了網路去中心化，理論上也能抵制共謀等問題的出現。
正如比特幣白皮書中所說：
“只要絕大多數 CPU 算力被節點控制，這些節點也沒有合作攻擊網路，他們就會生成最長鏈，並超過攻擊者。”
在比特幣白皮書中，中本聰（Satoshi Nakamoto）把工作量證明演算法表述為“一CPU一票”（one-CPU-one-vote），最長鏈代表了網路的大多數決定。在 51% 攻擊的時候，攻擊者可以接管整個網路，但是如果這個加密貨幣網路是由執行在全世界範圍內的許多節點（CPU）共同治理的，就很難達到這種級別的協作，因為全球數以千萬計的人根本無法彼此溝通（串通一氣）、並在同一時間內開展對網路實施攻擊。的確，中本聰構建這套重要的分散式網路去中心化設計理念，讓比特幣看上去很難被 51% 攻擊。
但是，由於被利潤驅動，比特幣挖礦已經變成了一場“跑馬大賽”，每個人都想擁有一匹汗血寶馬——於是 2010 年出現了 GPU 礦機、2013 年又出現了 ASIC 礦機。這種裝載了專用積體電路的硬體裝置，挖礦效率明顯高出 GPU 和 CPU 礦機一大截。當 ASIC 礦機發布的時候，加密貨幣挖礦變得更加集中化，礦工也開始把資料中心建立在電價更為便宜的地區。此時，中本聰最初設計防止 51% 攻擊的去中心化理念開始受到挑戰，因為當算力集中在少數幾家資料中心或礦池之後，網路內就不會存在“數以千萬計”的獨立礦工，“礦霸”之間的溝通聯絡也會變得更加容易。
隨著 ASIC 礦機的出現，也導致了加密貨幣社群產生了一些不好的結果，比如人們再也不想使用 CPU 或 GPU 來挖礦了，比特幣挖礦也不再是單純地追求去中心化和平等，而是變得越來越“集權”。甚至，如果想要參與比特幣挖礦至少需要投入數百萬美元的資金。換句話說，只有大型挖礦公司才有這種級別的資源去建立具有市場競爭力的 ASIC 礦機，更可怕的是，這些公司還牢牢控制了賣給消費者的 ASIC 礦機硬體供應端。與基於 GPU 或 CPU 的礦機相比，建立、使用 ASIC 礦機的難度要大得多，畢竟 GPU 和 CPU 可以輕鬆在本地電子零售店內買到，而且自己在家中就能組裝執行。
ASIC 礦機集中採礦導致礦池有時可以控制整個加密貨幣網路 51% 算力，由於這種集中化挖礦手段，也讓不少新創立的加密貨幣專案選擇了“抵制ASIC”的工作量證明演算法，如下表所示：
2、抵制 ASIC 礦機這項工作是如何進行的？
需要注意的是，抵制 ASIC 礦機並不是強制硬體製造商不去生產這種專業裝置，而是指加密貨幣專案嘗試改變挖礦演算法，讓 ASIC 礦機在挖礦的時候不再有利可圖。目前，萊特幣、以太坊、門羅幣和達世幣都已經確認（或有傳言稱）將抵制 ASIC 礦機。
舉個例子，比特幣使用的是 SHA-256 加密演算法，這不是一種抵制 ASIC 的演算法。當比特幣 ASIC 礦機在 2013 年推出的時候，其挖礦效率比市場上的 GPU 礦機高出了好幾個數量級（大約有一千倍）。使用抵制 ASIC 挖礦的演算法，會縮小基於 GPU 的礦機和 ASIC 礦機之間的效能差距，這意味著使用 GPU 和 CPU 礦機挖礦仍然有利可圖，儘管利潤可能比之前少了很多。以門羅幣為例，在使用了新演算法的基礎上，相比於當前市場上基於 GPU 晶片的挖礦裝置，位元大陸的 CryptoNight X3 礦機挖礦效率“僅”增加了 100 倍。
此外，當使用了抵制 ASIC 礦機的演算法之後，生產新的晶片成本也會變得非常高，這意味著很少有晶片設計公司能從開始階段就負擔得起如此昂貴的開發費用。針對不同加密貨幣協議生產 ASIC 晶片需要大量初始投資，可能會有數千萬美元，生產週期也會長達三至六個月，所以對於那些沒有足夠資金的公司來說，很難開發 ASIC 礦機。另外，由於人工智慧、物聯網和移動裝置需求增長導致全球矽材料短缺，也是導致成本上升的原因之一。
理論上說，抵制 ASIC 礦機最後可能會有這樣一個結果：ASIC 芯片價格無比昂貴、裝置運作產生的噪音巨大、並且全世界只有少數幾家公司有能力生產。另一方面，我們幾乎能在每個家庭中找到GPU晶片，對於普通消費者來說，GPU 硬體裝置也更容易訪問和使用，而作為一種商業化硬體裝置，GPU 的日常應用更加廣泛，生產和購買流程也更去中心化，從這個角度來看，其實已經建立了一個平等的工作量證明系統。
現階段，抵制 ASIC 礦機主要的分歧核心在於業內人士對晶片製造的看法。就連那些支援抵制 ASIC 礦機的人也承認，商業化 ASIC 礦機幾乎不可能做到，而且這種專業硬體裝置在每個流程環節（開發、生產和分銷）中都很容易受到壟斷的影響。同時，規模經濟和價格低廉的電力可以讓少數公司永遠支配挖礦，也就是說，ASIC 與公平的分散式挖礦思想根本不相容，因此追求 GPU 挖礦才更有意義。
從長遠來看，抵制 ASIC 礦機可能並不是一件可持續的事情，雖然在加密貨幣網路上部署 ASIC 礦機本身有很多問題，但即便如此，至少也比試圖抵制 ASIC 礦機最終一敗塗地要好得多。那麼，在加密貨幣網路內部署 ASIC 礦機會有什麼問題呢？ASIC 礦機其實是將礦工激勵和特定專案結合在了一起，假如一個礦工有很多針對 SHA-256 加密演算法的 ASIC 礦機，他們只能選擇挖掘比特幣或比特幣現金這種加密貨幣，可是如果網路被成功攻擊就會導致價格崩潰，此時 ASIC 礦機本身就會變得毫無用處，挖到的加密貨幣價值也會大打折扣。
相比之下，GPU 礦機就非常靈活，可以在許多抵制 ASIC 的區塊鏈上進行挖礦，因此攻擊向量（attack vectors）也會更大。通俗點說就是，即便某個加密貨幣區塊鏈受到攻擊，也不會讓 GPU 礦機變得毫無用處，因為這些礦機可以立刻轉到其他區塊鏈上挖礦。此外還有一件不提倡的事情，儘管這也是 GPU 礦機表現更為出色的一個“優勢”：攻擊一些對ASIC礦機友好的網路需要耗費攻擊者大量資金，而只要有足夠多的 GPU 攻擊者，理論上完全可以在沒有任何成本的情況下執行 51% 攻擊。
3、對於工作量證明加密貨幣系統來說，ASIC 礦機的出現是否真的不可避免？
在一個成功且不斷髮展的加密貨幣網路中，ASIC 礦機的出現似乎是不可避免的。即便 ASIC 礦機的挖礦效率沒有 GPU 礦機高效，但通過建立專用挖礦硬體並挖掘某一種加密貨幣也有可能使之變得有利可圖，比如網路價值已經達到 4.5 億美元的加密貨幣專案 SIA。不過，Vertcoin 網路上可能沒有執行任何 ASIC 礦機，因為這個加密貨幣的總市值“只有” 1 億美元，礦工如果針對這種低市值的加密貨幣投資開發 ASIC 礦機並在其網路上挖礦可能得不償失。
需要特別說明的是，與絕大多數人的看法相反，區塊鏈網路上其實很難檢測到 ASIC 礦機的存在。“聰明”的礦工其實會隨著時間的推移緩慢提高挖礦產量，否則很容易就會被發現——2013 年，比特幣 ASIC 礦機推出的時候導致網路算力突然猛增，也引起了整個社群的關注。
同樣的情況也發生在門羅幣身上，門羅幣現在使用的是 CryptoNight 挖礦演算法，該演算法可以有效抵制 ASIC 礦機，確保 CPU 挖礦有利可圖。但是在 2017年 底，情況並非如此。當時門羅幣挖礦算力從 2017 年 2 月至 11 月期間增長 了400%，一度達到了 1GHz/秒的歷史最高水平。當時門羅幣社群裡的很多人沒有想到這種情況是 ASIC 礦機引發的，而是覺得可能是一次“單純的”價格上漲、或是使用 Coinhive 殭屍網路造成的。
然而當時間來到了 2018 年 3 月 16 日，位元大陸宣佈推出了專門針對 CryptoNight 挖礦演算法的 X3 ASIC 螞蟻礦機，算力比當時最強大的 GPU 礦機還高出十倍。當門羅幣發現這個問題之後，立刻決定在 4 月 6 日進行硬分叉並更改工作量證明演算法，也讓位元大陸的 X3 ASIC 螞蟻礦機對門羅幣失去了原有的效力。但是，我們很難確認位元大陸使用 X3 ASIC 螞蟻礦機挖掘了多久時間的門羅幣，也不知道是否是因為這種礦機引發了全網算力激增。
當 X3 ASIC 螞蟻礦機正式發貨的時候，似乎只能適用於一些規模較小、利潤更低、且仍然在使用 CryptoNight 挖礦演算法的加密貨幣，比如 Electroneum。對礦工來說，使用昂貴的 ASIC 礦機挖掘這些加密貨幣其實是很難盈利的，但有人猜測，位元大陸有可能會先使用新款 ASIC 礦機祕密挖礦幾個月之後才向市場釋出。不僅如此，通過出售這些 ASIC 礦機（首批售價高達12,000美元），位元大陸獲得的利潤甚至可能比挖礦獲得的區塊獎勵還要多。
每個挖礦公司都有一個“價格底線”，以確保自己始終保持盈利。如果一家挖礦公司的“價格底線”受到威脅，他們就會發動分叉。類似的例子也發生在了 Vertcoin 身上，2013 年市場上也出現了針對這個加密貨幣的 ASIC 礦機，之後開發人員開始轉而使用新的演算法（Lyra2RE），並拋棄了前一個演算法。目前，Vertcoin 網路上還沒有對應的新 ASIC 礦機出現，但如果其規模不斷擴大，或許就會被 ASIC 礦機盯上了。
實際上，對於工作量證明加密貨幣系統來說，ASIC 礦機的出現並非不可避免，主要還是要看這款加密貨幣的市值是否“值得”，如果工作量證明加密貨幣的市值規模較小，追逐利潤的挖礦公司就不太會針對性地開發 ASIC 礦機。然而，從加密貨幣市場的長期發展來看，ASIC 礦機其實也無法被徹底消滅，因為只要有利潤的地方，就會有逐利的人蜂擁而至。
4、為了抵制 ASIC 礦機而選擇網路硬分叉存在哪些風險？
對於那些希望抵制 ASIC 礦機的加密社群來說，該如何應對由此引發的一系列風險呢？
一般來說，抵制 ASIC 礦機最簡單的方法就是通過硬分叉來改變工作量證明演算法。因為專用積體電路（ASIC）只適用於某個特定演算法，因此加密貨幣只需要做出“一點點”改變就會讓這種挖礦裝置變得毫無用處。這與基於 GPU 的礦機不同，GPU 更加靈活，可以用來挖掘許多演算法不同的加密貨幣，比如門羅幣、ZCash、以太坊或 Vertcoin。
然而，改變工作量證明演算法可以抵制一次或兩次 ASIC 礦機，但該策略其實並不具備長期可持續性。這就像是個“貓鼠遊戲”，社群不僅需要就不斷硬分叉改變工作量證明達成共識，還要有良好的執行力才能做到這一點，但隨著開源協議不斷髮展、使用越來越廣泛，這種共識也將會越來越難以實現。加密貨幣社群的利益相關者可能已經意識到，不斷硬分叉來對抗 ASIC 礦機可能是徒勞的。
不僅如此，加密社群中也有聲音認為，在公有鏈網路中，核心開發團隊不應該依靠自身強大的影響力來反覆進行網路硬分叉。比特幣核心開發人員安德魯·波爾斯特拉（Andrew Poelstra）表示：
“如果每次遇到 ASIC 礦機出現，區塊鏈核心開發人員就要改變工作量證明演算法，那麼這種做法其實是沒有任何意義的——因為在一個去中心化的加密貨幣裡，開發人員沒有這一的權力；而在一箇中心化的貨幣裡，工作量證明又是一種完全不必要的權力浪費。”
除了加密社群越來越難以形成“因為 ASIC 礦機就要硬分叉”的共識之外，為抵制 ASIC 礦機實施硬分叉至少還存在以下四個潛在風險：
風險一：網路可能會引入新的漏洞或 Bug，無論是偶然的、還是惡意的。
每隔幾個月、或是每年更改一次演算法聽起來可能很簡單，但由此引發的很多事情都是一個未知數，甚至可能出錯。公有鏈應該最大限度地提高彈性，這意味著在對協議進行大量改動的時候，需要更多地偏向保守。
風險二：硬分叉會分散網路上的算力。
如果成功將 ASIC 礦機從網路中刪除，隨之而來最明顯的一個問題就是全網算力大幅下降，繼而導致網路在一段時間內難度調整不穩定並陷入困境。毫無疑問，硬分叉將分散網路算力，這樣一來會導致網路攻擊變得更簡單，從這個角度來看，GPU 和 CPU 礦機安全性可能會更高。
風險三：GPU 挖礦也會受到位元大陸這些垂直挖礦公司的影響，最終造成規模經濟和集中化等問題。
如果加密貨幣網路的開發人員堅持抵制 ASIC 礦機並決意使用 GPU 挖礦，那麼位元大陸很可能也會進入 GPU 開發和挖礦領域，最後同樣會導致出現挖礦集中化（concentration）問題。位元大陸在比特幣挖礦方面之所以有巨大優勢，最重要的原因是他們同時擁有鉅額資金和廉價電力，這些優勢可以輕鬆擴充套件到 GPU 挖礦。
風險四：為了適應一些微小的演算法調整需求，開發人員可能要構建更靈活的 FPGA 礦機。
ASIC 礦機有一個問題，就是隻適用於特定的挖礦演算法。FPGA 礦機其實就是使用了現場可程式設計門陣列（FPGA）晶片的礦機。它是早期礦機之一，但活躍時間不長，很快就被 ASIC 礦機取代。FPGA 礦機比 ASIC 礦機慢得多，但仍然比 GPU 礦機要快。如果發生工作量證明演算法更改，四個 ASIC 礦機中有三個可能會遭到毀滅性打擊，而第四個 FPGA 礦機可能會適應新演算法。但是這樣會產生一個更糟糕的結果，即整個網路挖礦會變得更加中心化。
5、營造一個公平的 ASIC 挖礦商業化環境是否有可能？
如果抵制 ASIC 礦機難以持續，那麼最有可能出現的結果會是什麼呢？ASIC 礦機的存在，是否意味著中心化挖礦不會被徹底消除呢？還真不一定，因為我們可能會進入到另一種狀況：商業化 ASIC 挖礦。
“ASIC 商業化”指的是一個想象中的未來市場，其中有許多不同的挖礦裝置製造商生產 ASIC 礦機，這些礦機在算力和價格方面彼此競爭。在這樣一個構想出的未來願景裡，意味著沒有一家挖礦裝置製造商會在晶片成本和算力方面擁有絕對的“統治力”。商業化其實是一個緩慢而漸進的過程，ASIC 礦機的價格也會隨著時間的推移不斷降低。加密貨幣 Decred（DCR）核心開發人員大衛·科林斯（Dave Collins）表示：
“如果加密社群最終接受了 ASIC 礦機，並有意使之變得更加高效、價格也更加便宜的時候，它們最隹成為商品。任何一種單個商品，在類似的軍備競賽過程中最初都會不可避免地經歷集權化/中心化階段，但最終會慢慢走向權力下放/去中心化。”
現在，我們其實已經能夠看到比特幣挖礦的競爭越來越大，去中心化程度也越來越高，這主要有以下三個因素導致：
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挖礦地域分佈更加廣泛。由於監管要求，一些挖礦公司正在將業務轉移到冰島、加拿大和美國等地；
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中國礦工的挖礦電力成本不再廉價。過去，中國內地的廉價電力允許礦工在挖礦是具有極大優勢，導致其他國家的礦工無法持續挖礦，但現在這種情況已經不復存在了；
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其他晶片製造商——比如三星和英特爾也開始進入加密貨幣挖礦市場，位元大陸的鉅額利潤吸引了這些傳統晶片製造巨頭，他們也想從中分一杯羹。
然而更重要的是：ASIC 礦機的商業化過程究竟需要多長時間？ASIC 礦機需要多長時間才能從壟斷市場轉變到真正的競爭環境之中？事實上，這個過程需要花費的時間比你們想象的要長的多。比特幣不過是剛剛啟動了這個過程，就已經花費了五年多時間，要知道——只是啟動哦，後面的工作還需要很多很多年才能完成。然而，時間越長，協議就越容易受到一小部分礦工的勾結和操縱。
雖然需要足夠長的時間，但 ASIC 礦機商業化最終仍會發生，隨著市場的變化，有些公司會獲得成功，有些公司會退出舞臺，和其他週期性的市場規律一樣。我們再以位元大陸為例：
在位元大陸 2013 年底成立之前，加密貨幣市場上已經有些公司開始生產 ASIC 礦機了，其中就包括 Avalon、Butterfly Labs 和 Bitfury，位元大陸進入到這一領域的時候，其實已經感覺市場有些相對飽和了。
然而，之後的一件事徹底改變位元大陸的命運——“頭門溝事件”。由於 Mt.Gox 加密貨幣交易所被竊，導致比特幣經歷了很長時間的熊市，價格走勢也變得非常疲軟。在 2014-2016 年期間，很多比特幣挖礦公司都被迫關閉了，挖礦行業也得到了大量整合。得益於卓越的產品和規模，那時的位元大陸順利度過了這場風暴，當市場萎縮利潤更微薄的時候，位元大陸實現了彎道超越，並獲得了大量市場份額。當市場恢復回到牛市、消費者開始考慮再次購買挖礦硬體裝置的時候，市場上唯一可以提供的就是位元大陸的礦機。
當時間來到 2017 年，比特幣價格漲幅超過了 1000%，大量競爭對手開始湧入晶片製造和挖礦市場，許多新的加密貨幣挖礦業務也如雨後春筍般出現。但是，當另一個長期熊市出現時，又會發生些什麼呢？實際上，和上一次熊市一樣，由於利潤空間減少，很多挖礦公司也會被迫關閉。現在我們經歷的這場熊市中，會有新的競爭對手橫空出世、像位元大陸在上一次熊市那樣實現彎道超越嗎？
比特幣挖礦最終肯定會趨向於去中心化化，而且礦機也會類似於商品，但這可能會是一個非常緩慢的過程。三星和英特爾也會與位元大陸競爭，不過同樣也需要一段時間。ASIC 礦機會像 GPU 計算裝置一樣被商品化並廣泛使用，生產商不再是一家獨大，挖礦也會分佈在各個地方。
6、對於 ASIC 挖礦的未來，我們會有哪些結論？
改變工作量證明演算法是需要耗費大量成本的，也是一場永無止境的“貓鼠遊戲”。如果加密社群不想陷入到這個毫無意義的遊戲之中，就需要為 ASIC 礦機制造商和生產商營造一個公平且可持續的環境。
一種辦法是乾脆直接使用 ASIC 友好的演算法，張開雙臂擁抱 ASIC 礦機，讓礦工可以更實惠、更公開透明的方式使用。正如 SIA 開發人員所做的那樣，其網路核心開發團隊願意主動推動、發展更友好的、支援 ASIC 礦機的挖礦演算法。但允許 ASIC 挖礦發展，也意味著在市場不成熟的時候，加密貨幣挖礦會在一段時間內變得更加中心化。
任何一種解決方案都不容易實現，但經過一系列評估發現，與其和 ASIC 礦機 “死磕“，擁抱它可能是目前最好的途徑。當然，”ASIC 商業化”是一個非常複雜的問題，最終能否實現，還需要來自加密生態系統中的各個加密貨幣專案發起方、礦工、以及其他利益相關者的共同探索和努力。