什么是比特币挖矿？

比特币是一种数字货币，需要一个称为挖矿的过程。比特币挖矿是一项全网络竞赛，旨在生成符合特定标准的加密解决方案。当达到正确的解决方案时，将以比特币和所做工作的费用的形式给予首先达到解决方案的矿工。

这个奖励过程一直持续到2100万比特币在流通。一旦达到这个数字，比特币奖励预计将停止，比特币矿工将通过为完成的工作支付的费用获得奖励。

比特币挖矿如何运作？

下面是一个简化的示例来解释该过程。假设你让朋友猜一个介于 1 到 100 之间的数字。你的朋友不必猜出确切的数字;他们只需要是第一个猜出小于或等于您的数字的数字的人。如果你想到数字 19，一个朋友想出 21，另一个 55，还有另一个 83，他们输了，因为他们都猜了超过 19。但是他们又猜了一次，接下来的猜是 16、41 和 67。猜到 16 的人赢了，因为他们是第一个猜出小于或等于 19 的数字的人。

在这种情况下，您选择的数字 19 代表比特币网络为区块创建的目标哈希值，而您朋友的随机猜测是矿工的猜测。

比特币挖矿是一回事，但规模要大得多。它使用加密、加密、分布式计算和技术来验证和保护交易。以下是采矿背后的主要思想，使其发挥作用。

哈希

比特币挖矿的核心是哈希。哈希是一个 64 位十六进制数，是通过 SHA256 哈希算法发送块中包含的信息的结果。这部分过程只需很少的时间即可完成，事实上，您可以在不到一秒的时间内生成哈希，将一些内容粘贴到在线 SHA256 哈希生成器中。这是比特币用来创建区块哈希的加密方法。但是，将该哈希解密回您粘贴的内容是困难的部分：使用现代硬件，一个 64 位哈希可能需要几个世纪才能解码。

哈希可能看起来像这样（这是上一段通过哈希生成器运行的段落）：

a54f83a5db7371eeefa2287a0ede750ac623e49a8ba29f248eb785fe0a678559
如果更改该内容中的一个值，例如将一个“t”切换为“a”，则哈希值会更改。这是同一段落，但第一个单词被拼写错误为“Aa”而不是“At”：

fbfa33ff980d1492b3a9275a1eb945d89bd6b699ca19c3c470021b8f253654af
这是一个称为块哈希的数字，它作为通过加密运行的信息的一部分在下一个块的标头中使用。每个区块都使用前一个区块的哈希值，该哈希值的作用是将它们链接在一起，从而创建了“区块链”一词。
目标哈希
用于确定挖矿难度的目标哈希值是矿工在挖矿时试图解决的数字。这个数字是由网络生成的哈希值。

因此，区块哈希可能如下所示（区块 786,729）：

00000000000000000005a849c28eb24b8a5e04fcecc1ccb3eb2998e4730a456e
目标哈希如下所示：

0x175c739
这个数字是难度目标的压缩表示：

0...000005c73900000...0
因此，矿工需要生成一个等于或小于上述数字的数字。

采矿

比特币挖矿需要挖矿程序生成一个哈希值，并在其后附加另一个数字，称为随机数，或“使用过一次的数字”。当矿工开始时，它总是从零开始这个数字。nonce每次尝试都会改变1，首先是0，然后是1、2、3，依此类推。如果矿工生成的哈希值和随机数大于网络设置的目标哈希值，则尝试失败，矿工再次尝试。

网络上的每个矿工都会执行此操作，直到创建小于或等于目标哈希的哈希和随机数组合。第一个达到该目标的人将他们提议的区块添加到链中，获得奖励和费用，并打开一个新区块。一旦该块充满了信息（大约一兆字节），它就会被关闭、加密和挖掘。

比特币网络由数千台设备组成，这些设备每天 24 小时进行挖矿。因为挖矿奖励流向了第一个解决问题的人，所以他们都在竞争。这种竞争导致矿工创建矿池以获得优于其他矿工的优势，因为他们需要更多的计算能力来增加获胜的机会。

工作量证明

挖矿过程就是你听到的所谓的工作量证明（PoW）——为生成获胜哈希而做的工作被视为矿工验证了区块中的交易的证明，因此被称为工作量证明。

PoW 有时也被称为共识机制，但工作量证明只是共识的一部分。在矿工将区块添加到区块链中后，达成共识，网络的其余部分使用哈希值进行验证（达成共识）。这不需要太多的能量或计算能力，因为每个挖矿节点在挖掘最新区块时也会这样做。随着新块的添加，网络会确认它们。

确认

每个区块都包含前一个区块的哈希值，因此，当生成下一个区块的哈希值时，将包含前一个区块的哈希值。请记住，即使一个字符发生变化，哈希值也会发生变化，因此每个后续块的哈希值也会发生变化。

当您开采一个区块并关闭它时，它尚未得到确认。据说该区块直到五个区块后才得到确认，当时它已经经历了总共六次验证。话虽如此，在达到六次验证之前，可以更改块中的信息，但这极不可能，因为网络必须由试图更改信息的人控制才能正常工作。
奖励
成功验证区块的奖励是比特币。在 2009 年，您将获得 50 个比特币用于挖掘一个区块。但是，每210,000个区块（或大约每四年）的区块奖励减半，因此在2013年，奖励金额下降到25个，然后是12.5个，然后是6.25个。在 2024 年 4 月比特币的最后一次减半活动中，奖励变为 3.125。

比特币区块链的第一个区块被称为创世区块。它拥有有史以来前 50 个比特币。

比特币矿工参与该过程的另一个激励因素是交易费用。除了奖励外，矿工还可以从该区块中包含的任何交易中获得费用。当比特币达到其计划的2100万限制（预计在2140年左右）时，矿工将获得网络用户支付的处理交易费用。这些费用确保矿工仍然有动力进行挖矿并保持区块链网络的运行。他们的想法是，对这些费用的竞争将导致它们在减半事件结束后保持低水平。

困难

挖矿难度是生成一个小于目标哈希值的数字需要多少工作。挖矿难度每 2,016 个区块或大约每两周变化一次。下一个难度级别取决于矿工在上一个周期中的效率以及参与的矿工数量。

比特币的网络会增加和减少挖掘加密货币所需的哈希率（计算能力的数量）。争夺解决方案的矿工越多，问题就会变得越困难。如果计算能力从区块链网络上移除，难度会向下调整，使挖矿更容易。这样做是为了保持平均约 10 分钟的阻塞时间。
2024年5月1日挖矿的难度等级为83.7万亿。也就是说，计算机产生低于目标的哈希值的几率为 1/83.7 万亿。从这个角度来看，您使用单张彩票赢得强力球大奖的可能性比您一次尝试选择正确哈希的可能性高出约 286,000 倍。

开采比特币的经济性是什么？

比特币挖矿是一项商业冒险。从其输出（比特币）产生的利润取决于对其投入的投资。
比特币挖矿涉及三个主要成本：
电力：这是 24/7 全天候运行您的采矿系统的电力。采矿业可能会产生一大笔账单。当您考虑到该过程（整个网络）消耗的电力与某些国家/地区一样多时，成本可能会相当高。考虑冷却采矿系统所在区域的成本也很重要。它们在采矿时会产生大量热量——您拥有的单位越多，它们产生的热量就越多。这些钻机需要冷却，因此您需要的空调也会增加成本。
挖矿系统：与流行的说法相反，台式电脑和常规游戏系统可以通过加入矿池来挖矿。但回报是有限的，因为大多数矿池根据每个矿工贡献的工作量来分配奖励。这些系统无法与ASIC矿机竞争，但在考虑所使用的能源后，有可能领先几百美元。如果你想保持竞争力，你需要购买几个ASIC矿机并加入一个矿池--这可能会使你每个钻机的价格在4,000美元到12,000美元之间。他们挖矿的速度越快，你付出的代价就越多。
网络基础设施：网络速度不会显着影响比特币挖矿过程，但延迟会。延迟是与网络其余部分通信所需的时间。此外，矿场需要多个内部连接才能将每个采矿设备连接到具有互联网连接的主路由器或服务器。但是，如果您使用游戏设备进行挖矿并加入池，则不需要任何额外的带宽，只需对您加入的池进行低延迟即可。
这三个输入的总成本应该低于产出——在本例中是比特币的价格——这样你才能从你的企业中产生利润。考虑到比特币的价格波动且经常上涨，铸造自己的加密货币的想法可能听起来像是一个有吸引力的提议。
但考虑到比特币挖矿的经济困难，你可能不得不接受较低的利润和更长的收支平衡时间，在购买设备参与比特币已经成为的彩票后，需要更长的盈亏平衡时间。
比特币挖矿的历史
两项发展为今天的比特币挖矿的演变和组成做出了贡献。首先，采矿比特币机器的定制制造起到了集中网络的作用。因为比特币挖矿本质上是猜测，所以在另一个矿工之前得出正确的答案几乎与您的设备产生哈希值的速度有关。

在比特币的早期，配备普通CPU的台式电脑主导了比特币挖矿。然而，随着算法的难度水平随着时间的推移而增加，他们开始花很长时间才在区块链网络上找到解决方案。根据一些估计，在2015年初的难度级别上，使用CPU需要“平均几十万年”才能找到一个有效的块。
GPU挖矿
随着时间的流逝，矿工们意识到图形处理单元（GPU）或图形卡在采矿时更有效、更快。但它们消耗了大量的电力，而且不是为重型采矿而设计的。最终，制造商开始限制他们的采矿能力，因为对 GPU 的需求增加导致他们的价格飙升并降低了可用性。
ASIC挖矿
许多矿工现在使用定制的矿机，称为专用集成电路 （ASIC） 矿机，配备专用芯片，可实现更快、更高效的比特币挖矿。它们的价格从几百美元到数万美元不等。如今，比特币挖矿的竞争如此激烈，以至于只有使用最新的 ASIC 才能盈利。但是，即使您可以使用最新的设备，也很少足以与矿池和大型比特币采矿业务竞争。

这些采矿作业就像大型数据中心，里面装满了采矿专用计算机。它们可以执行的计算量惊人——每秒数十万亿次。

比特币挖矿的问题

在 83.7 万亿分之一的赔率、缩放的难度级别和验证交易的庞大用户网络之间，大约每 10 分钟验证一个交易块。8但重要的是要记住，10 分钟是一个目标，而不是规则。

速度
比特币网络目前每秒可以处理三到六笔交易，大约每 10 分钟就会在区块链中记录一次交易。9相比之下，Visa声称它每秒可以处理约65,000笔交易。10比特币区块链的第二层解决方案和升级试图解决速度问题，但现代银行网络和其他区块链仍然使比特币网络可以处理的交易数量相形见绌。

可扩展性
比特币协议的核心主要问题是扩容性——区块链高效处理更多工作的能力。尽管比特币矿工普遍认为必须采取一些措施来解决扩容问题，但对于如何做到这一点，人们的共识较少。

比特币已经通过引入升级和接受来自链下大部分工作的层的输入进行了调整，但它仍然存在可扩展性问题。在进行调整时，区块链被三个核心问题所包围：去中心化、安全性和可扩展性。以当前的技术，一个不能在不影响另一个的情况下改变。例如，如果对比特币区块链进行更改，使其能够更有效地扩展，则可能会降低安全性并增加中心化。

能源使用
毫不奇怪，在一个所有努力都应该评估和调整其环境影响的时代，比特币挖矿的天文数字能源成本引起了人们的关注。比特币具有竞争力的工作量证明机制是导致它使用如此多能源的原因。据估计，区块链的挖矿过程消耗的电力与整个国家一样多。

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