什麼是加密貨幣挖礦?它的運作原理為何?
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什麼是加密貨幣挖礦?它的運作原理為何?

什麼是加密貨幣挖礦?它的運作原理為何?

初階
發佈時間 Apr 13, 2023更新時間 Jun 8, 2023
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摘要

  • 加密貨幣挖礦可驗證區塊鏈交易並使其生效。這也是建立更多全新單位加密貨幣的過程。

  • 礦工完成的工作需耗用大量的計算資源,也會有助於保持區塊鏈網路安全性。

什麼是加密貨幣挖礦?

加密貨幣挖礦確保了基於工作量證明 (PoW) 共識機制的比特幣等加密貨幣的安全性和去中心化。挖礦是驗證用戶之間的交易並新增至區塊鏈公共帳本的過程。因此,挖礦是讓比特幣無需中央機構介入即可運作的重要因素。

挖礦作業還負責將新代幣引入現有流通量。但是,加密貨幣挖礦遵循一組寫死程式碼規則,該規則管理挖礦過程並防止任何人任意創建新代幣。這些規則內建在加密貨幣協定基礎中,並由包含數千個節點的完整網路執行。

為了創建新的加密貨幣單位,礦工使用算力來解決複雜的加密貨幣難題。第一個解決難題的礦工有權利將交易區塊新增至區塊鏈,並推播至網路上。

加密貨幣挖礦如何運作?

進行新的區塊鏈交易時,交易會發送到稱為「內存池」的礦池。礦工的工作是驗證待處理交易的有效性,並將交易組織成區塊。

您可以將一個區塊看成是區塊鏈帳本上的一頁,其中記錄了一些交易 (與其他資料一起)。更具體地說,挖礦節點負責從內存池中收集未確認的交易,並將其組建成一個候選區塊。

在此之後,礦工會嘗試將候選區塊轉換為有效、已確認的區塊。要做到這一點,礦工需使用大量的計算資源來解決複雜的數學難題。但是,每成功開採一個區塊,礦工都會收到新鑄加密貨幣和交易手續費組成的區塊獎勵。讓我們來看看它的運作方式:

步驟 1 :雜湊交易

挖礦區塊的第一步是從內存池中獲取待處理的交易,並透過雜湊功能將其逐一提交。每次透過雜湊功能提交一段資料時,將有一個固定大小的輸出,稱為雜湊。

在挖礦中,每個交易的雜湊由一串數字和字母作為識別碼組成。交易雜湊代表交易內包含的所有資訊。

除了處理雜湊和單獨列出每筆交易外,礦工還會新增一筆自訂交易用以發送自己的區塊獎勵。這筆交易稱為「幣基交易」,它能建立全新的代幣。大多數情況下,幣基交易是新區塊中第一筆交易記錄,隨後是所有待驗證的交易。

步驟 2 :建立雜湊樹

在對每一筆交易進行雜湊處理後,隨後便會將雜湊組織成雜湊樹,又稱為 Merkle tree。雜湊樹透過將交易雜湊成對,然後再進行雜湊處理來形成。

然後,新的雜湊輸出組織成交易對,再進行雜湊處理,不斷重複此一過程,直至建立單個雜湊。最後一個雜湊也稱為根雜湊 (或 Merkle root),基本上是表示用於生成它的所有先前雜湊。

雜湊樹透過將交易雜湊成對,然後再進行雜湊處理來形成。

步驟 3 :找一個有效的區塊頭 (區塊雜湊)

區塊頭作為每個單獨區塊的識別碼,表示每個區塊都有一個唯一的雜湊。建立新區塊時,礦工會將之前區塊的雜湊與候選區塊的根雜湊相結合,生成一個新的區塊雜湊。他們還需要新增一個名為隨機數 (nounce) 的任意數字。

因此,當嘗試驗證他們的候選區塊時,礦工需要結合根雜湊、之前的區塊雜湊以及隨機數 (nonce),並透過雜湊功能全部提交。他們的目標是重覆該步驟直到建立有效的雜湊。

根雜湊和之前區塊的雜湊不能變更,因此礦工需要多次變更隨機數值,直至找到有效的雜湊。為了被認為有效,輸出 (區塊雜湊) 必須小於由協定確立的特定目標值。在比特幣挖礦中,區塊雜湊必須以一定數量的零開頭。—此稱為挖礦難度。

步驟 4 :推播挖礦的區塊

正如我們剛才所看到的,礦工需要使用不同的隨機數值一遍遍雜湊區塊頭。他們會重複此一工作,直至找到有效的區塊雜湊。發現雜湊的礦工隨後會將其推播至在網路上的區塊。所有其他節點將檢查區塊及雜湊是否有效,如果有效,則將新區塊新增至區塊鏈副本。

此時,候選區塊變成了已確認區塊,所有礦工將繼續進行下一個區塊挖礦。所有不能及時找到有效雜湊的礦工將丟棄候選區塊,挖礦競賽重新開始。

如果同時挖礦兩個區塊,該怎麼辦?

有時會發生兩個礦工同時推播一個有效區塊的情況,而網路會出現兩個競爭區塊。然後,礦工們根據最先收到的區塊挖礦下一個區塊。這將導致網路暫時分裂為兩個不同版本的區塊鏈。

這些區塊之間的競爭將繼續,直至挖礦到下一個區塊,並位於任何一個競爭區塊之上。挖礦一個新區塊時,在此之前出現的區塊便被視為贏家。被放棄的區塊稱為孤兒區塊或陳腐區塊,導致選擇此區塊的所有礦工都將返回有機會獲勝的區塊鏈挖礦。

什麼是挖礦難度?

協定將定期調整挖礦難度,確保新區塊建立的速度保持不變。這就是新代幣發行穩定且可預測的原因。難度會依據投入到網路的計算能力 (算力) 進行調整。

因此,每當有新礦工加入網路,競賽加劇,雜湊難度就會增加,從而阻止了平均區塊時間的減少。相反,如果許多礦工決定離開網路,雜湊難度將下降,使得挖礦新區塊的難度下降。無論網路的總雜湊能力如何,這些調整可使區塊時間保持一致不變。

加密貨幣挖礦的類型

加密貨幣挖礦有許多方法。隨著新的硬體和共識演算法的出現,設備和流程也發生了變化。通常,礦工使用專門的計算單元來解決複雜的加密方程式。讓我們一起來看看最常見的挖礦運作方法。

CPU 挖礦

中央處理器 (CPU) 挖礦會使用計算機的 CPU 來執行 PoW 模型所需的雜湊功能。在比特幣發展早期,挖礦的成本和門檻都很低。挖礦的難度可以由常規 CPU 來處理,因此,任何人都可以嘗試挖礦 BTC 和其他加密貨幣。

然而,隨著越來越多的人開始挖礦 BTC,網路的算力增加,能夠盈利的挖礦變得更加困難。最重要的是,具有更強算力的專門挖礦硬體興起,最終使得 CPU 挖礦幾乎成為不可能。如今,CPU 挖礦不再是可行的選項,因為所有礦工都使用專門的硬體。

GPU 挖礦

圖形處理器 (GPU) 旨在並行處理各種應用程式。雖然 GPU 通常用於電玩遊戲或圖形成像,但也可用於挖礦。

比起流行的 ASIC 挖礦硬體,GPU 相對便宜且更為靈活。一些 BTC 之外主流數位貨幣可以使用 GPU 挖礦,但效率取決於挖礦難度和演算法。

ASIC 挖礦

特殊應用積體電路 (ASIC) 旨在用於單一特定用途。在加密貨幣中,它指的是為挖礦而開發的專用硬體。ASIC 以挖礦效率高而聞名,但同時成本也較高。由於 ASIC 礦工處於挖礦技術的最先端,單位成本遠遠高於 CPU 或 GPU。

此外,ASIC 技術的不斷進步,很快便使得舊的 ASIC 模型無利可圖,意味著需要經常替換。即使不包括電力成本,這也使 ASIC 挖礦成為最昂貴的挖礦方式之一。

礦池

當區塊獎勵授予第一個成功開挖的礦工後,找到正確雜湊的概率微乎其微。只擁有一小部分挖礦能力的礦工自己發現下一個區塊的機會非常渺小。礦池通常是這一問題的解決方案。

礦池是一組礦工,集中個別資源 (算力) 以增加贏得區塊獎勵的機會。當礦池成功找到區塊時,礦工會根據貢獻的工作量將獎勵平均分配給礦池裡的每個人。

在硬體和電力成本方面,礦池可以使個別礦工受益,但礦池在挖礦的主導地位引發了潛在 51% 攻擊對於網路的擔憂。

什麼是比特幣挖礦?它的運作原理為何?

比特幣是最受歡迎且確立已久的可挖礦加密貨幣範例;比特幣挖礦基於一種稱為工作量證明 (PoW) 的共識演算法。

工作量證明 (PoW) 是由中本聰建立的原始區塊鏈共識演算法。早在 2008 年,比特幣白皮書便提出了此一概念。簡而言之,在去除第三方中介的情況下,PoW 確立了區塊鏈網路達成所有分散式參與者之間的共識方式。要做到這一點,需要強大的計算能力來抑制不肖人士。

正如我們所看到的,PoW 網路的交易由礦工驗證。為了贏得下一個區塊的挖礦權,礦工們透過專門的挖礦硬體解決複雜的加密難題來競爭。然後,第一個找到有效解決方案的礦工可將交易區塊推播至區塊鏈,獲得區塊獎勵。

區塊獎勵的加密貨幣金額因不同的區塊鏈而異。例如,在比特幣區塊鏈上,礦工可獲得 6.25 BTC 的區塊獎勵 (截至 2023 年 3月)。由於比特幣減半機制,BTC 每 210,000 個區塊 (大約每四年) 的區塊獎勵金額會減少一半。

2023 年加密貨幣挖礦是否有利可圖?

雖然加密貨幣挖礦有利可圖,但需要仔細考慮、風險管理和研究。它還涉及投資和風險,例如硬體成本、加密貨幣價格波動以及加密貨幣協定改變。為了抵減這些風險,礦工經常實踐風險管理,並在開始挖礦之前評估潛在成本和收益。

挖礦作業的盈利能力取決於許多因素。其中之一是加密貨幣價格的變化。當加密貨幣價格上漲時,挖礦獎勵的法幣價值也會增加。相反的,盈利可能隨著價格下跌而減少。

採礦硬體的效率也是決定挖礦盈利能力的關鍵因素。挖礦硬體可能很昂貴,因此礦工必須在硬體成本與潛在獎勵多寡之間取得平衡。另一個考慮因素是電力成本;如果成本太高,可能會超出收入,使得挖礦無利可圖。

此外,挖礦硬體可能需要相對頻繁地進行升級,因為它們往往會很快過時。新型號將優於舊型號,如果礦工缺乏升級機器的預算,便會難以保持競爭力。

最後一項重點是協定可能發生變化。例如,比特幣的減半可能會影響挖礦盈利能力 ,因為它削減了一半的挖礦區塊獎勵。此外, 以太坊 於 2022 年 9 月從 PoW 完全轉換為權益證明 (PoS) 共識機制,因此不再需要挖礦。

總結

加密貨幣挖礦是比特幣和其他 PoW 區塊鏈的關鍵組成部分,因為它有助於保持網路安全並穩定發行新代幣。此外,挖礦可以產生礦工的被動收入。您可以參閱我們的文章如何挖礦加密貨幣,循序漸進了解更多。

挖礦有一定的優勢和缺點,最明顯的優勢是獲得區塊獎勵的潛在收益。然而,挖礦收益會受到多種因素的影響,包括電力成本和市場價格。因此,在您投入加密貨幣挖礦之前,您應該自行研究 (DYOR) 並評估所有潛在風險。

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