了解比特币挖矿的本质

您可能听说过“比特币开采”一词，并想象过一名矿工用铲子在泥土中挖掘黄金。

事实证明，这个类比远非恰当，而比特币挖矿远没有那么迷人但同样不确定，它是由解决复杂计算数学问题的高性能计算机执行的（也就是说，这个过程非常复杂，无法手动解决） .

解决这些问题的计算机需要运气和计算能力（工作量），相当于矿工在地下挖沙子的效果。

在撰写本文时，计算机解决其中一个问题的几率约为 13 万亿分之一，但随着时间的推移，它会变得越来越难。

了解“比特币挖矿”

首先，当计算机在比特币网络上解决这些复杂的数学问题时，它们会创造出新的比特币，就像采矿作业从地下开采黄金一样。

其次，通过解决计算数学问题，比特币矿工通过验证他们的交易信息使比特币支付网络可信和安全。

所有这些可能都很有道理，但为了更详细地解释比特币挖矿的工作原理，让我们从更现实的角度开始：印刷货币的监管。

通常，消费者倾向于信任印刷货币。 这是因为法定纸币是由央行发行和支持的，背后是政府的公信力作为后盾背书。

甚至使用支付宝、微信等数字支付方式，也得到了中央的支持。 例如，当您使用微信支付或支付宝支付进行网上购物时，交易将由腾讯或阿里巴巴等公司处理。

除了记录您的交易历史外，这些公司还会验证交易是否存在欺诈活动，这也是如果您从事非法活动，您的账户可能会被暂停的原因之一。

另一方面，比特币不受中央机构监管，而是受到全球数百万称为“节点”的计算机的支持。

比特币网络执行与中国人民银行、腾讯和阿里巴巴相同的功能，但有一些关键差异。

节点存储有关所有先前交易的信息并帮助验证其真实性。 但是，与那些中央机构不同，比特币节点分布在世界各地，并将交易数据记录在公共列表中，任何人都可以访问。

在商店或网上进行的交易由银行、销售点系统和实物收据记录。 当有人将比特币发送到任何地方时，我们称之为“交易”。

在没有这些机构的情况下，比特币矿工通过将交易组合成“块”并将它们添加到称为“区块链”的公共记录中来达到相同的效果。

节点然后维护这些块的记录，以便将来可以验证它们。

当比特币矿工向区块链添加新的交易块时，他们的工作之一就是确保这些交易准确无误。

尤其是比特币矿工需要确保比特币不能被复制，这是数字货币的一个独特特征，被称为“双花”或“双花”。

伪造一直是印制货币的问题，但通常一旦你在商店消费 20 美元，账单就在店员手中，不存在“双花”问题。

然而，对于数字货币，情况就大不相同了。 数字信息可以相对容易地复制，因此对于比特币和其他数字货币，消费者可能会复制他们的比特币并将其发送给另一方，同时仍保留原始信息。

假设使用印刷货币，即有人试图复制他们自己的 20 美元钞票，以便能够在杂货店消费原币和伪造货币（即 40 美元）。

如果店员知道顾客是二次付款比特币为啥合法挖矿，只要看看账单上的钞票编号就可以了。 如果数字相同，则店员知道这笔钱已被重复使用。 这个类比类似于比特币矿工在验证新交易时所做的事情。

如果有人要成功地双花他们的比特币，他们将需要获得网络中 51% 的挖矿算力。 随着比特币的增长，实现这一目标变得越来越困难。

矿工和挖矿奖励

一天可以发生多达 50 万笔交易，因此验证每笔交易对矿工来说可能是一项大量工作，这是比特币矿工与微信、支付宝的另一个重要区别。

作为对他们努力的补偿，矿工每在区块链上增加一个新的交易区块，他们就会收到比特币，也被称为比特币的“挖矿奖励”，以激励网络中的矿工保持正常的在线交易记录。

区块奖励大约每四年减半，或大约每 210,000 个区块减半。

奖励为2009年50 BTC，2013年25 BTC，2018年12.5 BTC，2020年6.25 BTC。比特币于2020年5月11日完成第三次挖矿奖励减半。

从那时起，大约需要1458天，下一次减半发生，即每个新区块只能挖出3.125个比特币作为挖矿奖励。 该系统将持续到 2140 年左右，届时所有比特币都将被开采。

届时，矿工只能获得交易费作为奖励。 这些费用确保矿工仍然有动力处理交易并保持网络运行。

就个人而言，我认为交易费用的竞争将在减半后保持较低水平。

挖矿是如何进行的？

为了让比特币矿工真正从验证交易中赚取比特币，必须发生两件事。

首先，他们必须验证价值 1 兆字节 (MB) 的交易，理论上这可能只有 1 笔交易，但通常是几千笔，具体取决于每笔交易存储的数据量。 其次，为了向区块链添加一个交易块，矿工必须计算并解决一个复杂的数学问题，也称为“工作量证明”。

他们实际上试图找到一个小于或等于目标哈希值的 64 位十六进制数。

基本上，矿工的计算机会根据以每秒哈希值 (MH/s)、每秒千兆哈希值 (GH/s) 甚至每秒太哈希值 (TH/s) 为单位的速度来寻找符合条件的值，猜测所有可能的“散列”，直到找到解决方案。

换句话说，这是一个猜谜游戏。

在撰写本文时，最新区块的难度级别超过 13 万亿。 也就是说，计算机产生低于目标的哈希率的可能性是 13 万亿分之一。 换句话说，一张彩票中奖的可能性是一次尝试正确命中哈希值的 44,500 倍。

幸运的是，单位时间内专用矿机系统获取的哈希值数量是巨大的。 尽管如此，开采比特币仍需要大量电力和复杂的计算设备，未来还会需要​​更多。 难度级别将每 2016 个区块调整一次，或大约每 2 周调整一次，目标是保持挖矿率不变。

也就是说，争夺解决方案的矿工越多，计算问题就越难，反之亦然。

一个有用的类比，如果我现在是一个五岁的孩子：“我告诉三个朋友我脑子里有一个 1 到 100 之间的数字，

然后将号码写在纸上并密封在信封中。 我的朋友们不必猜出确切的数字，他们只需要有人能猜出一个小于或等于我写在纸上的数字，那个人就会得到奖励，而且没有猜数限制，他们总是可以尝试（即挖矿）直到有人成功。

假设我想到数字 19。如果朋友 ​​A 猜 21，他们输了，因为 21 > 19。如果朋友 ​​B 猜 16，朋友 C 猜 12，那么理论上他们都想出了一个可行的答案，因为 16 而不是我问百万比特币矿工我要找一个64位的十六进制数，这个数是前一个区块的计算结果+哈希计算后的随机数，符合17开头的0比特币为啥合法挖矿，比如小于

0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee 的值。

现在你会发现要猜出正确答案是非常困难的。 尝试计算需要很多设备。 如果是找18个0开头的值 ，难度就更大了。

矿工之间的竞争

如果将正确结果的概率计算为 13 万亿分之一，这听起来并不难，但更困难的是，比特币矿工不仅要提出正确的哈希值，而且还要率先提出正确的哈希值。 因为比特币挖矿本质上是猜测，所以说矿工找到正确答案几乎与计算机生成哈希的速度（即每单位时间的尝试次数）有关。

就在十年前，比特币挖矿还可以在普通台式电脑上进行。 然而，随着时间的推移，矿工们意识到 GPU（视频游戏中常用的显卡）的挖矿效率更高。

2013 年，比特币矿工开始使用专为尽可能高效地挖掘加密货币而设计的计算机，称为专用集成电路 (ASIC)。 这些矿工的收入从几千美元到几万美元不等，但他们在开采比特币方面效率更高。

如今，比特币挖矿竞争如此激烈，以至于只有使用最新的 ASIC 才能获利。 当使用台式电脑、GPU 或旧型号 ASIC 时，能源消耗成本实际上可能超过产生的收入。 即使使用最新的设备，一台计算机也很少能与矿工“池”竞争。 一个矿池就是一群矿工，结合自己的算力，最终按照算力的比例分配获得的奖励。

现状是拥有大量矿池的公司占据了比特币算力的很大比例，比如中国的比特大陆。

比特币扩容战

概率为 13 万亿分之一，随着难度级别的增加和用户验证交易的庞大网络，交易大约每 10 分钟左右验证一次。 比特币网络每秒可以处理大约 7 笔交易，每 10 分钟交易记录在区块链中。

相比之下，Visa 每秒可以处理大约 24,000 笔交易。 然而，随着比特币用户网络的不断增长，10 分钟内完成的交易数量最终将超过 10 分钟内可处理的交易数量。

届时，除非更改比特币协议，否则交易等待期将开始并持续更长的时间。

据说比特币协议的核心问题是“扩展容量”。 虽然比特币矿工普遍认为必须采取措施解决扩容问题，但几乎没有达成共识。 提出了两个主要解决方案来解决缩放问题。

社区中的开发者提出了不同的建议：

(1) 为比特币创建第二个“离线”层，以允许在区块链验证之前更快地进行交易。

(2) 增加每个区块可以存储的交易数量。

解决方案 1 减少了每个区块要验证的数据量，并且将使矿工的交易速度更快、成本更低。 解决方案 2 将通过允许增加块大小以每 10 分钟处理更多信息来实现扩展效果。

2017 年 7 月，代表比特币网络约 80% 至 90% 计算能力的比特币矿工和矿业公司投票合并了一项计划，该计划将减少验证每个区块所需的数据量。 也就是说，他们选择了解决方案 1。

矿工投票加入比特币协议的过程称为隔离见证，或 SegWit。 该术语是“隔离”和“见证”的组合，意思是“比特币交易的签名”。

因此，隔离见证意味着从区块中分离交易签名并将它们附加为扩展区块。 虽然目前似乎没有解决方案可以在比特币协议中加入单独的程序对其进行修改，但据估计，签名数据占每个交易区块处理数据的比例高达65%，仍然可以达到一定的缩放效果。

不到一个月后，即 2017 年 8 月，一群矿工和开发人员发起了一次硬分叉，离开了比特币网络，并使用与比特币相同的代码库创建了一种新货币。 虽然该小组同意选项 1 来解决扩展问题，但他们担心隔离见证不会完全解决扩展问题。

因此，他们采用了解决方案 2。由此产生的货币称为“比特币现金”(BCH)，将块大小增加到 8MB（BTC 为 1MB）以加快验证过程，从而允许每次执行约 200 万笔交易天。

2019 年 11 月 6 日，比特币现金价值约为 302 美元，而比特币约为 9,330 美元。