比特币挖矿详解——应该是史上最易上手的版本

相信很多人都听说过比特币挖矿这个词，不知道有多少人真正理解这个概念。在矿产领域，采矿的概念其实很容易理解。它是从富含某些矿物质的矿石中提取矿物质的过程。所谓矿工，就是那些戴着安全帽，从事矿产开采的工人。的形象在我们的脑海中可能并不陌生。

比特币世界的挖矿和挖矿领域的挖矿还是有很多相似之处。他们都是在挖掘有价值的资产，都需要付出一定的代价，可以给到挖掘的人。带来一定的好处。在矿场开采可以以体力和安全风险为代价获得相对稀缺的矿产资源；比特币挖矿虽然可以得到比特币的回报，但同时也要付出计算机算力的代价。

采矿领域的矿工依赖大型机械设备，而比特币世界的矿工则依赖专业的计算机设备。竞争激烈，比特币挖矿设备从普通电脑开始。现在专业的挖矿设备越来越多。

但是，比特币世界的挖矿和挖矿领域的挖矿还是有很多区别的。比特币世界的挖矿依然发行新的比特币，也是保证去中心化网络民主和竞争的必由之路，但也不是没有缺点，比如浪费了大量的计算机算力和电力。至于你为什么这么说，看了下一段文字，我想你会明白的。

文章介绍：

1.什么是挖矿

2.如何证明谁的作品最多

3.什么是工作证明（POW）

4.挖矿是一场接力赛

5.总结

1.什么是挖矿

不了解区块链的可以参考不了解的技术吗？老司机带你轻松了解区块链知识，比特币网络在互联网上流传着大量的交易信息。既然没有中心化的统一服务，谁来确认这些交易的合法性并达成统一共识？我们可以想想支付宝这个中心化的服务是如何解决这两个问题的。 ，支付宝实际上是买卖双方之间的中介担保。负责确认每笔交易是否合法，仅在双方线下交易没有问题时才将资金转给卖家，确保不会出现任何一方作弊或不确认的问题。

但是在比特币网络中并没有像支付宝这样的担保角色，那么它是如何让交易正常进行的呢？其实答案也很简单，就是网络中的所有节点共同决定这个。无论交易是否合法，通过共同维护同一个账本，确保交易不被破坏和篡改。

这就像10个人见证两个人的交易，一起确认交易的合法性。同时，每个人都维护一个账本，这笔交易会记录在每个人维护的同一组账本上，如果有人要违约或篡改交易数据，他需要在至少 6 个人的账本上更改同时（少数服从多数）。否则，如果他只改自己的账本，别人很容易看到他的作弊行为，这点想想偷钟的故事就明白了。

说回比特币世界的挖矿，挖矿是比特币世界的矿工确认每笔交易是否合法的方式（关于如何确认一笔交易的合法性，可以参考这篇文章了解全文比特币交易的过程），并将合法交易写入统一的公共账本，同时获得一定数量的新比特币和交易费用。奖励是鼓励更多的矿工加入，保证不会出现某个节点的任意性。至于奖励哪个矿工，就看谁的工作量大了。在比特币的世界里，通过共同解决一个数学问题来证明工作量。

这就像在有竞争激励的市场经济中，每个公司都会尽最大努力提供更好的服务和产品来生存，这样就不太可能产生垄断和腐败，以及竞争的结果。通过促进资源的高效配置，社会的整体财富将不断增长，最终人人受益。当然，受益最多的企业家是对社会贡献最大的企业家。

在计划经济下，所有的生产安排和资源配置都掌握在少数人手中，权力过度集中必然导致腐败，也不利于资源的合理配置。从长远来看，绝大多数人普遍处于极度贫困之中，而受益最多的往往是那些拥有更多资源的人。想想改革开放前后的中国，就能明白计划经济和市场经济的不同影响。

综上所述，挖矿是矿工主动确认交易是否合法，并将合法交易写入共同维护的账本，以获得新发行的比特币奖励和交易手续费的过程。而奖励是为了保证矿工有更多的动力，避免权力集中在少数人手中，而奖励也是比特币发行的唯一途径。

2.如何证明谁的工作量更大

我刚才提到了挖矿奖励会分配给工作量最大的人，那么如何证明谁的工作量最大。其实也很简单，就是大家一起解决同一个数学问题。这个数学问题需要一定的计算才能解决，最先得到答案的矿工为最终获胜者，分享最终奖励。

相信大家都玩过数独（没玩过的同学请自行搜索游戏规则），简单来说就是每一行每一列都必须有1到9的数字。从 1 到 9 的数字，每个数字在每行、每列和每个小九格网格中只能出现一次。游戏开始时，只给出了有限数量的位置，其他位置需要计算和分析才能得到正确的数字。

从这张游戏地图可以看出，计算和分析每个位置上的数字需要花费很大的精力，但是填完之后，验证是否正确就简单多了。只需检查横排、竖排和小九方格中是否没有重复的数字。

比特币挖矿的数学问题也有这样的特点，就是计算起来很费力，但验证起来却很简单。当然，挖矿的数学问题不是解决数独问题，而是计算概率问题。

让我们从一个简单的骰子游戏开始。假设有两个骰子。如果我说掷一个和小于等于 12 的骰子组合，你肯定会说这并不容易，就扔吧，任何组合都必须小于等于 12，一点都不难。好的，那如果我把条件设置为小于等于8的话，可能就不能每次都抛出了。它的概率是0.72；如果我将条件设置得更小，如果是4，那么抛出的概率会进一步降低，概率为0.11。 （这里默认是大家自己计算概率，不懂的只需要知道概率在不断递减。想想真实场景，这个应该不难理解）

3.什么是工作量证明（POW）

了解了骰子游戏，我们来介绍一下挖矿的工作量证明（POW Proof-Of-Work）算法。这很简单。上一篇关于区块链的文章，我不懂技术？老司机带你轻松了解区块链知识。我曾经提到过块的数据结构。当时我提到两个数据是和挖矿相关的，当时没有详细解释，现在可以拿出来分析一下。

这里的难度目标和Nonce是与挖矿相关的参数。我们都知道，比特币网络平均每 10 分钟产生一次新的比特币，这意味着平均挖矿时间是 10 分钟，也许你问你如何确保它正好是 10 分钟。其实答案很简单。就是控制数学题的难度。如果一个人的解题速度在不断提高，那么只要我增加问题的难度，我就可以保证他解题的时间大致相等。

在比特币世界中，解决问题的速度直接关系到计算机的计算能力。想想今天的计算机和 20 年前的计算机解决同一个复杂的数学问题，谁先想出来，我想你一定同意今天的计算机是第一个找到答案的。如果我告诉你，谁先解决了答案，将获得丰厚的奖励，每个人都会努力提高计算机的性能。这也是全球矿工不断提升算力的原因，因为大家都想快速解决答案。获得奖励。

说回难度目标和Nonce这两个参数，挖矿的问题是这样的，每个区块头都有一个唯一的hash值，我现在请你在这个随机数后面加上一个hash值（一般是从零开始递增） ，然后计算结果的hash值，直到得到的hash值小于某个数，这个数是用一个常数除以上述难度目标得到的。 .

如果你理解了上面的骰子游戏，你应该能够理解这个问题。其实就是通过不同的数字不断计算哈希值，直到答案小于某个目标数字。目标数越小，难度越大，同上骰子，结果越小，掷出的概率越小。而这个目标数是由难度目标决定的。难度目标数越大，除以得到的目标数越小。

Nonce 计数器主要计算它总共计算了多少次，就像掷骰子一样。虽然它可以抛出所需的数字，但经过多次平均后，它必须符合概率统计。矿工可以根据Nonce数的大小再次确认矿工是否作弊。

至此，您应该已经了解了工作量证明算法的一般逻辑。它本质上是在问一个概率问题。谁先计算谁赢，谁赢谁奖励。难度会随着答题速度动态调整，这个难度由上述难度目标值决定，保证平均每10分钟完成一次挖矿。

4.挖矿是一场接力赛

一旦一个矿工成功挖矿，根据数独游戏的逻辑，其他矿工可以快速验证成功。一旦验证通过，该区块将被放入其维护的区块链中，并毫不犹豫地进入下一次挖矿。如此激烈的竞争的结果是每个矿工都在不断提高自己的计算机性能。于是比特币的挖矿难度由什么决定，大家的挖矿设备也在不断的升级，让现在的矿场都靠近发电厂，使用最先进的专用挖矿设备。我的筹码。

这里其实还有一个问题，就是如果两个矿工同时计算结果呢？这时候就会出现分叉，也就是说区块链末端有分歧，其实这只是暂时出现，不会长期存在。原因是一旦其他矿工确认本次挖矿成功，他们就会投资下一次挖矿。如果其他矿工再次挖矿成功，则这条区块链将比另一条区块链多一个区块。区块，区块链中的原理是只识别最长的链接，所以另一个成功挖矿的矿工很快就会丢弃之前的区块，以最长的为准。

奖励只有在获得大多数矿工的认可后才有效。毕竟账本是由所有人维护的，只有大多数人的账本认可你的挖矿结果才有效。因此，临时分叉不会影响最终奖励。事实上，10分钟的挖矿时间也是比特币之父“中本聪”效率与共识的平衡。

看到这里，也许你就会明白为什么说挖矿浪费大量的算力和电力了，因为往往只有一个赢家，其他矿工就相当于白费力气，但他们的电脑已经投入计算，浪费了算力和相应的电量。

这大概就是维持民主化的代价吧。如果让中心化节点统一确认交易并写入公众账簿，那么腐败很容易滋生，这不符合中本聪的观点。一开始是去中心化的设计理念，但是依靠挖矿来决定输赢会导致资源的浪费。只能说，凡事都有成本，有成本。只要收益大于成本，这件事就有价值。比特币目前的价格还是比用来计算的电费划算很多。

5.总结

这都是关于比特币挖矿的，不知道你是否理解。综上所述，矿工将一定数量的交易打包到同一个区块中，然后共同计算同一个数学问题，以决定谁的区块链获胜，谁将赢得新发行的比特币和交易费用。这种解决交易共识问题的竞争，避免了单个节点垄断全网的风险，让全网形成良性竞争的局面。

当然比特币的挖矿难度由什么决定，随着全网算力的增加，篡改变得越来越难，因为你要更改至少51%的全节点账本，这就要求你的算力至少要达到其他所有节点的51%的总和，这个难度现在是无法想象的，即使能做到，付出的电价也会让篡改者考虑是否值得这样做。这都是关于比特币挖矿的。我不知道你是否明白。综上所述，矿工将一定数量的交易打包到同一个区块中，然后共同计算同一个数学问题，以决定谁的区块链获胜，谁将赢得新发行的比特币和交易费用。这种解决交易共识问题的竞争，避免了单个节点垄断全网的风险，让全网形成良性竞争的局面。

——终结——

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