区块链 101：比特币挖矿的工作原理

当您听说比特币“挖矿”时，您会想象硬币是从地下挖出来的。 但是比特币不是实物，那我们为什么叫它挖矿呢？

因为它类似于淘金，比特币存在于协议的设计中（就像黄金存在于地下一样），但它们还没有被曝光（就像黄金还没有被开采出来）。 比特币协议规定怎样开采比特币，在某一时刻将存在 2100 万个比特币。 所有“矿工”所做的就是将它们放入灯中，一次几个。

他们这样做是为了奖励创建经过验证的交易块并将它们包含在区块链中。

节点

稍微回溯一下，让我们谈谈“节点”。 节点是运行比特币软件的强大计算机，它通过参与信息流来帮助保持比特币运行。 任何人都可以运行一个节点，你只需下载比特币软件（免费）并打开某个端口（缺点是它会消耗电力和存储空间——在撰写本文时，网络占用大约 145GB）。 节点在网络中分发比特币交易。 一个节点会将消息发送给它所知道的几个节点，这些节点再将消息传递给它们所知道的节点等等，这样可以非常快速地绕过整个网络。

有些节点是挖矿节点（通常称为“矿工”）。 将这些未完成的交易分组并将它们添加到区块链中。 他们是怎么做到的呢？ 通过解决一个复杂的数学难题，这是比特币方案的一部分并包含答案。 需要解决的难题是找到一个数字，当它与块中的数据结合并通过哈希函数时，会产生一定范围内的结果。 这比听起来要难得多。

（对于知识爱好者来说，这个数字被称为“nonce”，即“一次性使用”连接。）在比特币的情况下，nonce 是一个介于 0 和 4,294,967,296 之间的整数。

解决这个难题

他们是怎么找到那个号码的？ 通过随机猜测。 哈希函数使输出不可预测。 因此，矿工猜测神秘数字并将哈希函数应用于这个猜测数字和数据块的组合。 生成的散列必须以预定数量的 0 开头。 没有办法知道哪个数字会起作用，因为两个连续整数的结果会有很大差异。 更重要的是，可能有几个 non-ce 产生了预期的结果，或者可能没有（在这种情况下，矿工不断尝试，但具有不同的块配置）。

第一个获得所需范围内的结果哈希的矿工向网络的其余部分宣布其胜利。 所有其他矿工立即停止工作并开始尝试找出下一个神秘数字。 作为对他们工作的奖励，获胜的矿工将获得一些新的比特币。

经济学

在撰写本文时，奖励为 12.5 个比特币，在撰写本文时价值近 200,000 美元。

不过怎样开采比特币，这听起来并不容易。 有很多挖矿节点在争夺这个奖励，这是一个运气和算力的问题（你能做的计算越多，你就越幸运）。

挖矿节点的成本也相当大，不仅因为需要强大的硬件（如果你有比竞争对手更快的处理器，你在这样做之前更有可能找到正确的数字），还因为这些处理器消耗大量的电力运行。

此外，奖励的比特币数量将减少。 现在是 12.5，但每四年左右减半（下一次预计在 2020-21 年）。 未来几年，比特币相对于电力和硬件成本的价值可能会上升，以部分弥补这种下降，但这并不确定。

困难

计算难度（hash 字符串开头为 0）经常调整，因此平均需要 10 分钟来处理一个块。

为什么是10分钟？ 这是比特币开发人员认为在达到最高 2100 万美元（预计在 2140 年的某个时候）之前比特币的速度稳定和下降所必需的时间。

如果你做到了这一步，那么恭喜你！ 关于系统还有很多要解释的，但至少现在你对编程天才和概念的大致轮廓有了一个想法。 我们第一次拥有一个系统，允许以去中心化、去信任和防篡改的方式进行方便的数字传输。 其影响可能是巨大的。