比特币挖矿如何运作

TL;博士

人们为什么要挖比特币？

个人或公司想要挖掘比特币等加密货币的主要原因有两个。

比特币矿工如何发现新区块？

为了验证区块链并将新交易添加到区块链中，矿工必须使用专门的计算设备相互竞争。 他们使用他们的设备生成称为“哈希”的固定长度代码（见下文。）为了发现下一个区块，矿工必须生成一个哈希，其前面的零数量等于或高于“目标”哈希。”

目标哈希是一个 64 位的十六进制代码（包括数字 0-9 和字母 AF），所有矿工都试图低于以发现下一个区块。

作为起点，所有矿工都从前一个区块中获取数据，称为“区块头”——其中包含区块的时间戳、前一个区块数据的哈希值以及称为“密码学”的空白空间。随机数。” 块头中的大部分数据是固定的，这意味着除了随机数之外，它不能更改。 随机数的意思是“一个只使用一次的数字”，是允许矿工调整的前一个区块头的一部分。 请记住，仅更改输入的一个位就会产生完全不同的哈希值。

棘手的部分是，哈希是完全随机生成的，这意味着矿工在生成哈希之前不可能知道哈希是什么。 因此，这只是一个反复试验的案例，直到有人找到正确的 nonce 值——被称为“黄金 nonce”。

这就是为什么矿工必须投资于能源密集型计算机，尤其是专用集成电路 (ASIC) 矿工，这些计算机每秒可以产生数万亿个哈希值。

考虑比特币挖矿的一个简单方法是想象每个新区块都是一个带有密码锁的宝箱。 要获得免费的比特币块奖励并赢得向其中添加新交易数据的权利（并收取相关费用），您必须不断转动锁上的数字轮之一（随机数），直到您破解组合（目标哈希。）

以下是目标哈希的示例：

0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee

要了解生成前面的零比上述目标散列更多的散列是多么困难，请尝试使用这个免费的在线散列生成器自己创建一个获胜的散列。 只需在提供的文本框中输入您想要的任何内容，看看它是否会产生一个前面有超过 17 个零的散列！

什么是哈希？

散列是一种加密数学函数，可将任何消息或数据输入转换为固定长度的代码。 将其视为一种加密技术，其中消息在数学上被转换为固定长度的数字和字母序列。

输出具有设定的长度，因此无法猜测输入的大小。 例如，单词“hi”的哈希值与哈利波特书的整个文本的哈希值长度完全相同。

这些散列函数是不可逆的，这意味着不可能将散列恢复为其原始输入。 相同的输入也将始终生成相同的字母和数字序列。 例如，“hi”的哈希每次都是相同的代码。 生成的每个代码也是完全唯一的，这意味着不可能使用两个不同的输入生成相同的哈希。

对于比特币，区块链使用安全散列算法 256 或 SHA 256 来生成 256 位或 64 个字符长的输出，而不管输入的大小。

比特币挖矿的回报有多大？

对于添加到区块链中的每个新区块，该协议（一组编程到比特币中的规则）都会向成功的矿工释放固定数量的新铸造硬币。 这种块奖励系统兼作比特币的分配机制。

作为中本聪引入的计划措施的一部分，随着时间的推移稳步减少释放的比特币数量，奖励给矿工的代币大约每四年削减一次，即 210,000 个区块，这一过程被称为“比特币减半”。 2009 年，区块奖励为 50 BTC。 这个数字在 2013 年减少到 25 BTC。最近的减半发生在 2020 年，区块奖励从 12.5 BTC 下降到 6.25 BTC。

请注意，比特币的最大供应上限为 2100 万，而我们已经有 1890 万枚硬币在流通。 一旦 2100 万 BTC 投放市场，将不再分配区块奖励。 一旦发生这种情况，矿工将只能以比特币交易费的形式获得奖励。

即使有两种收入来源的组合，也不是每个矿工都能产生利润。 为了维持生计，矿工的收入必须超过电费以及购买和维护矿机的费用。 此外，随着采矿难度的增加，大型采矿企业被迫扩大或升级其设备以保持竞争优势。 对于大多数负担不起昂贵设备投资的普通矿工来说，有机会将他们的资源与世界各地的其他矿工结合起来。 每个矿工同意根据每个矿工的贡献分享奖励。 这些矿工网络被称为“矿池”。

然而，在一些罕见的情况下，独立矿工在家里成功地自己开采了区块。

比特币挖矿难度

关于比特币需要了解的重要一点是，当中本聪创建协议时，他们将目标块发现时间设定为 10 分钟。 这意味着矿工大约需要 10 分钟才能成功创建获胜代码以发现下一个区块。

那么网络如何确保每 10 分钟发现一次新区块呢？

比特币协议能够根据发现区块的速度或速度自动增加或减少挖掘过程的复杂性。

每两周，比特币协议会自动调整目标哈希，使矿工更难或更容易找到区块。 如果他们花费的时间太长（超过 10 分钟），难度将向下调整； 不到10分钟，它会向上调整。 更具体地说，该协议将增加或减少前面的零的数量。 这听起来可能不多，但只是在目标哈希中添加一个零会使代码更难被击败，反之亦然。

阅读更多：哈希率是什么意思，为什么重要？

2021年中国对挖矿活动的打击导致比特币的网络难度经历了历史上最大的下降。 这随后导致剩余的比特币矿工报告采矿收入显着增加。

通过这个系统，比特币协议能够将块发现时间保持在尽可能接近 10 分钟。 你可以在这里追踪比特币的挖矿难度。

虽然积极参与比特币网络可能是一项高回报的冒险，但电力和硬件要求通常会限制其盈利能力——尤其是对于资源有限的矿工而言。

为什么比特币挖矿会消耗这么多能源？

比特币的最大缺点之一是它用于挖掘新硬币、验证交易和保护其网络的大量能源。 截至发稿时，比特币的哈希率（衡量所有用于挖掘新硬币的计算能力的指标）为 183 exahash (Eh/s)。这意味着比特币矿工集体尝试破解下一个新区块的目标哈希值 183 万亿次/秒。第二。

根据剑桥比特币电力消耗指数 (CBECI)，这项活动每年消耗大约 131 太瓦时 (TWh) 的电力——这比乌克兰在同一时期消耗的电力还要多。

这种极端消费的主要原因是，每次比特币价格上涨时，都会鼓励新矿工加入争夺新币的战斗，并迫使现有机构购买更多钻机或升级设备以保持竞争力。 当这种情况发生时，用于挖掘比特币的计算能力会增加（哈希率增加），这反过来又会导致比特币协议增加难度，以便每 10 分钟继续以稳定的速度发现区块。

这种竞争加剧的一个自然副产品是更高的能源消耗——越来越多的机器开始挖比特币，集体能源消耗就越高。

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原文链接：https://www.coindesk.com/learn/how-bitcoin-mining-works-2/

原文作者：Noelle Acheson, John Biggs, Hoa Nguyen

编译者/作者：wanbizu AI

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