什麼是加密貨幣挖礦?
目錄
前言
挖礦如何運作?
是否所有加密貨幣均可挖礦?
工作量證明 (PoW)
不同的加密貨幣挖礦方法
CPU 挖礦
GPU 挖礦
ASIC 挖礦
礦池
總結
什麼是加密貨幣挖礦?
首頁文章
什麼是加密貨幣挖礦?

什麼是加密貨幣挖礦?

初階
發佈時間 Dec 6, 2018更新時間 Mar 22, 2022
8m

摘要

加密貨幣挖礦指的是認證和驗證區塊鏈交易的過程,也是建立新加密貨幣單位的過程。礦工完成的工作需要密集的計算資源,但也是保持區塊鏈網路資源的原因。誠實而成功的礦工因他們的工作而獲得新建立的加密貨幣以及交易費作為獎勵。


前言

挖礦是驗證用戶之間的加密貨幣交易並將其新增至區塊鏈公共帳本的過程。挖礦作業還負責將新代幣引入現有流通量。

挖礦是允許比特幣區塊鏈作為分散式帳本工作的關鍵元素之一。所有交易都紀錄在點對點網路中,無需中央機構。在本文中,我們將討論在比特幣網路上發生的挖礦,但過程與採用相同挖礦機製的 BTC 之外主流數位貨幣相似。


挖礦如何運作?

進行新的區塊鏈交易時,他們會被發送到稱為內存池的礦池。礦工的工作是驗證這些待處理交易的有效性並將其組織成區塊。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,礦工會嘗試將此候選區塊轉換為有效、已確認的區塊。但要做到這一點,他們需要找到一個複雜數學題的解決方案。這需要大量的計算資源,但每個成功的挖礦區塊都會給礦工一個區塊獎勵,包括新建立的加密貨幣和交易費。讓我們來仔細研究一下挖礦過程。


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,我們將生成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,礦工還新增了一個自訂交易,在其中他們將發送自己的區塊獎勵。這個交易被稱作 coinbase 交易,建立了全新的代幣。大多數情況下,coinbase 交易是新區塊中第一個被記錄的交易,隨後是他們想要驗證的待處理交易。

步驟 2 - 建立 Merkle Tree

在對每個交易進行雜湊處理後,這些雜湊隨後將被組織成一個稱為 Merkle Tree 的東西。Merkle Tree 也稱為雜湊樹,透過將交易雜湊成交易對,然後再進行雜湊處理來形成。然後,新的雜湊輸出被組織成交易對,再進行雜湊處理,然後重複這一過程,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的雜湊。

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。當建立一個新區塊時,礦工將之前區塊的雜湊與其候選區塊的根雜湊相結合,生成一個新的區塊雜湊。但除了這兩個元素外,他們還需要新增一個名為 nonce 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 nonce,並透過雜湊功能將其全部提交。他們的目標是建立一個被認為有效的雜湊。

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 nonce 值,直至找到有效的雜湊。

為了被認為有效,輸出(區塊雜湊)必須小於由協定確定的特定目標值。在比特幣挖礦中,區塊雜湊必須以一定數量的零開頭。這就是我們所說的挖礦難度

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 nonce 值一遍遍雜湊區塊頭。他們將重複此工作,直至找到有效的區塊雜湊。發現此雜湊的礦工隨後會將其推播至其在網路上的區塊。所有其他節點將檢查區塊及其雜湊是否有效,如果有效,則將新區塊新增至其區塊鏈副本。

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挖礦。所有不能及時找到有效雜湊的礦工將丟棄其候選區塊,挖礦競賽重新開始。


挖礦難度調整

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。這就是使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。這些調整使區塊時間保持不變,無論網路的總雜湊能力如何。


如果同時挖礦兩個區塊怎麼辦?

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,礦工們根據他們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。當一個新區塊被挖礦時,在其之前出現的區塊被視為贏家。被放棄的區塊稱為孤兒區塊陳腐區塊,導致選擇此區塊的所有礦工都將返回挖礦贏家區塊鏈。


是否所有加密貨幣均可挖礦?

比特幣是最受歡迎且確立已久的可挖礦加密貨幣示例,但並非所有的加密貨幣都可以挖礦。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)

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,比特幣白皮書上就提出了這一概念。簡而言之,PoW 確定區塊鏈網路如何在沒有第三方中介的情況下,在所有分散式參與者之間達成共識。要做到這一點,需要強大的計算能力來抑制惡意行為人。
正如我們所看到的,PoW 網路上的交易由礦工驗證。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以將其交易區塊推播至區塊鏈,獲得區塊獎勵

區塊獎勵中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,礦工可從區塊獎勵中獲得 6.25 BTC(截至 2021 年 12 月)。由於減半機製,區塊獎勵中 BTC 金額每 210,000 個區塊(大約每四年)會減少一半。


不同的加密貨幣挖礦方法

挖礦加密貨幣沒有單一的方法。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。讓我們一起來看看一些最常見的挖礦方法是如何運作的。


CPU 挖礦

中央處理器 (CPU) 挖礦涉及使用計算機的 CPU 來執行 PoW 所需的雜湊功能。在比特幣的早期,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,網路的算力增加,盈利的挖礦變得越來越困難。最重要的是,具有更強計算能力的專門挖礦硬體的興起最終使得 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。雖然他們通常用於電玩遊戲或渲染圖形,但也可用於挖礦。

相比流行的 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。在加密中,它指的是為挖礦而開發的專用硬體。ASIC 挖礦效率高,但成本也高。

挖礦是一種競爭。為了從挖礦中盈利,您需要有競爭力的挖礦硬體。由於 ASIC 礦工處於挖礦技術的最前沿,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,這就意味著他們經常需要進行替代。這就使得 ASIC 挖礦成為最昂貴的挖礦方式之一,即使不包括電力成本在內。


礦池

當一個區塊獎勵被授予第一個成功的礦工後,找到正確雜湊的概率微乎其微。擁有一小部分挖礦能力的礦工自己發行下一個區塊的機會非常之小。礦池通常是這一問題的解決方案。

礦池是一組礦工,將其資源(算力)集中在一起,以增加贏得區塊獎勵的概率。當礦池成功找到一個區塊時,礦工會根據貢獻的工作量將獎勵平均分配給礦池里的每個人。

在硬體和電力成本方面,礦池可以使單個礦工受益,但他們在挖礦中的主導地位引發了對網路 51% 攻擊的擔憂。


總結

加密貨幣挖礦是比特幣和其他 PoW 區塊鏈的關鍵部分。這是確保網路安全和新代幣穩定發行的重要因素之一。挖礦有一定的優勢和缺點,最明顯的是從區塊獎勵中所獲得的潛在收益。然而,挖礦利潤可以受到多種因素的影響,包括電力成本和市場價格。不保證一定能獲利,因此在進入加密挖礦之前,應做好研究 (DYOR) 並評估所有潛在風險。