什么是加密货币挖矿?
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导语
挖矿的工作原理
所有加密货币都可以挖掘吗?
工作量证明(PoW)
不同的加密货币挖掘方法
中央处理器(CPU)挖矿
图形处理器(GPU)挖矿
ASIC挖矿
矿池
总结
什么是加密货币挖矿?
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什么是加密货币挖矿?

什么是加密货币挖矿?

初阶
发布时间 Dec 6, 2018更新时间 Nov 16, 2022
8m

摘要

加密货币挖矿是一个验证区块链交易的过程,也是创建加密货币新币的过程。矿工需要大量计算资源,这也保障了区块链网络的安全。诚实成功的矿工能够赚取新创建的加密货币和交易手续费奖励。


导语

挖矿是验证用户间加密货币交易并将其添加到区块链公共账本的过程。挖矿作业也负责将新币引入现有流通供应量中。

挖矿是允许比特币区块链作为分布式账本使用的关键因素。所有交易均记录在点对点网络中,无需中央机构介入。本文将探讨比特币网络中的挖矿过程,但是对于采用相同挖矿机制的山寨币而言,挖矿过程也是类似的。


挖矿的工作原理

新的区块链交易达成后,会被发送到矿池中,我们称之为内存池。矿工的工作是验证这些待处理交易的有效性,并将其整合成区块。您可以把区块看作区块链账本的页面,其中记录了若干交易(以及其他数据)。
具体来说,挖矿节点负责从内存池中收集未经确认的交易,并整合成候选区块。随后,矿工尝试将该候选区块转化为有效确认的区块。但他们需要能够解答复杂的数学问题。这需要大量计算资源,但每个成功挖出的区块都会给矿工发放一个区块奖励,包括新创建的加密货币和交易手续费。下面我们来详细了解一下挖矿过程。


第1步-哈希运算交易

要想挖取区块,第1步需从内存池中通过哈希函数逐个操作待处理交易并提交。我们每次通过哈希函数提交一份数据,就会生成一个固定长度的输出,称为哈希。在挖矿过程中,每笔交易的哈希值由一串数字和字母组成,作为标识符使用。交易哈希值代表该交易中包含的所有信息。
除了对每笔交易进行哈希处理和单列外,矿工还添加了自定义交易,可向自己发送区块奖励。这笔交易称为Coinbase交易,能够创建新币。多数情况下,Coinbase交易是第一个记录在新区块中的交易,随后是它们想要验证的待处理交易。

第2步-创建默克尔树

每笔交易经过哈希处理后,这些哈希整合成一种称作默克尔树的结构。默克尔树也称作哈希树,通过将交易哈希整合成对,然后对其进行哈希处理。将新的哈希输出整合成对,再次进行哈希处理,整个过程不断重复,直到创建一个单一哈希。最后一个哈希也称作根哈希(或默克尔根),基本代表以前所有用于生成根哈希的哈希。

第3步-找到有效区块头(区块哈希值)

区块头作为每个独立区块的标识符,代表每个区块拥有专属哈希值。创建新区块时,矿工将前一个区块的哈希与候选区块的根哈希结合,生成新的区块哈希。除这两个元素外,他们还需要添加一个称作nonce的随机数值。

因此,当矿工尝试验证他们的候选区块时,需要将根哈希、以前的区块哈希及随机数值结合,并通过哈希函数提交。其目标是为了创建一个被认为有效的哈希。

根哈希与前一个区块的哈希不能更改,因此矿工需要对随机数值进行多次更改,直到找到有效哈希。

输出(区块哈希值)必须小于协议确定的某个目标值,才能被认为是有效的。在比特币挖矿中,区块哈希值的前几位必须是零。这就是我们所称的挖矿难度

第4步-传播挖出的区块

如我们所见,矿工需要使用不同的随机数值反复对区块头进行哈希处理。他们不断重复这项工作,直到找到有效区块哈希值。找到的矿工就会将他的区块传播到网络。所有其他节点将检查该区块及其哈希值是否有效,如有效,则将新区块添加到区块链副本中。

在这一点上,候选区块会变成已确认区块,所有矿工转而去挖下一个区块。无法及时找到有效哈希的矿工会丢弃他们的候选区块,然后继续投入挖矿。


挖矿难度调整

挖矿难度由协议定期调整,确保新区块创建的速率保持不变。这就是新币发行稳定且可预测的原因。难度调整与投入网络的算力(哈希率)成比例。

因此,每当有新矿工加入网络,竞争就会加剧,哈希运算难度也会提升,平均区块时间无法减少。相反,如果许多矿工决定离开网络,哈希运算难度就会降低,挖掘新区块的难度也会降低。这种调整能够让区块时间不受网络哈希算力的影响,始终保持不变。


如果同时挖出来两个区块怎么办?

有时两个矿工同时传播一个有效区块,网络最终会出现两个相互竞争的区块。矿工会在先收到的区块基础上开始挖掘下一个区块。这导致网络暂时分为两种不同版本的区块链。

这些区块间的竞争会持续到矿工在任意一个区块基础上挖出新区块为止。最先挖出新区块的那个区块将被视为赢家。被放弃的区块称为孤块陈腐区块,所有选择这一区块的矿工会转到获胜区块所在的链上继续挖矿。


所有加密货币都可以挖掘吗?

比特币是所有可供挖掘的加密货币中最热门、最完善的,但并不是所有加密货币都可以挖掘。比特币挖矿依据一种称作工作量证明(PoW)的共识算法。


工作量证明(PoW)

工作量证明(PoW)是由中本聪创建的传统区块共识机制。这个概念首次出现在2008年发布的比特币白皮书中。简而言之,工作量证明决定了区块链网络如何在没有第三方中间机构的情况下在所有分布式参与者之间达成共识。它需要大量的算力才能达成共识,并以此来阻止恶意行为。
如我们所见,在工作量证明网络中,交易由矿工验证。为了获得开采下一个区块的权利,矿工使用专门的挖矿硬件解决复杂的加密难题来参与竞争。首位成功找到有效解决方案的矿工可以将他们的交易区块传播到区块链中,赚取区块奖励

不同区块链中区块奖励的加密货币数量有所不同。例如,截至2021年12月,矿工从比特币区块链中可赚取6.25枚比特币区块奖励。根据减半机制,区块奖励中的比特币数量每21万个区块减少一半(约每4年一次)。


不同的加密货币挖掘方法

挖掘加密货币的方法并不是唯一的。随着新硬件和共识算法不断涌现,设备和流程也在优化。矿工通常使用专门的计算装置来解决复杂的加密方程式。我们以最常见的几种挖矿方法为例。


中央处理器(CPU)挖矿

中央处理器(CPU)挖矿是指使用计算机的CPU来执行工作量证明所需的哈希函数。在比特币早期阶段,挖矿的成本和门槛很低。挖矿难题可以由普通CPU处理,因此任何人都可以尝试挖比特币和其他加密货币。

然而,随着越来越多人开始挖矿,网络的哈希率也在增加,挖矿获利变得越来越困难。此外,随着算力更强的专业挖矿硬件崛起,CPU挖矿几近成为历史。如今CPU挖矿不再可行,因为矿工都使用专门的硬件。


图形处理器(GPU)挖矿

图形处理器专为并行处理一系列应用而设计。它常用于视频游戏或渲染图形,也可用于挖矿。

与流行的专用集成电路(ASIC)挖矿硬件相比,GPU相对便宜,也更为灵活。部分山寨币可以使用GPU挖矿,但效率取决于挖矿难度和算法。


ASIC挖矿

专用集成电路(ASIC)专为单一特定目标设计。在加密货币中,它是指为挖矿开发的专用硬件。ASIC挖矿效率高,但价格昂贵。

挖矿竞争激烈。要想挖矿获利,需要配备具有竞争力的挖矿硬件。ASIC矿机拥有最前沿的挖矿技术,设备成本比CPU或GPU高很多。另外,ASIC技术进步飞快,旧型号已无利可图,这意味着矿机需要经常更换。这使ASIC挖矿成为最昂贵的挖矿方式,而且还没算电力成本。


矿池

由于区块奖励会授予最先成功的矿工,因此找到正确哈希值的概率极小。如果矿工的挖矿能力较弱,很难依靠自己发现下一个区块机会。矿池解决了这一问题。

矿池是由矿工组成的团体,他们将自己的资源(哈希算力)集中起来,提高赢得区块奖励的概率。当矿池成功找到区块时,矿工将按个人对矿池的贡献平分奖励。

矿池可以使个体矿工在硬件和电力成本方面受益,但他们在挖矿方面的主导地位让人们担心网络可能会出现51%攻击


总结

加密货币挖矿是比特币和其他PoW区块链的重要力量,也是保持网络安全和新币稳定发行的重要因素。挖矿有一定利弊,最大的益处是可以从区块奖励中获得潜在收益。然而,挖矿利润受到电力成本和市价等多重因素影响。挖矿并不保证一定能够获利,在加密货币挖矿之前,应该自己做好调研(DYOR)并评估所有潜在风险。