什么是比特币挖矿?

nebularpool3个月前

比特币挖矿是新比特币进入流通的过程。这也是网络确认新交易的方式,是区块链账本维护和开发的关键组成部分。“挖矿”是使用解决极其复杂的计算数学问题的复杂硬件执行的。找到问题解决方案的第一台计算机接收下一个比特币 块,并且该过程再次开始。


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加密货币挖矿是艰苦的、昂贵的,而且只会偶尔获得回报。尽管如此,挖矿对许多对加密货币感兴趣的投资者具有吸引力,因为矿工使用加密代币获得奖励。这可能是因为企业家类型将挖矿视为天堂的便士,就像 1849 年的加利福尼亚淘金者一样。如果您有技术倾向,为什么不这样做呢?


矿工获得的比特币奖励是一种激励,激励人们协助挖矿的主要目的:合法化和监控比特币交易,确保其有效性。由于世界各地的许多用户都承担着这些责任,比特币是一种“去中心化”的加密货币,或者说不依赖于中央银行或政府等任何中央机构来监督其监管。



但是,在您投入时间和设备之前,请阅读此说明以了解挖矿是否真的适合您。


关键要点

通过挖矿,您可以赚取加密货币而无需为此投入资金。

比特币矿工收到比特币作为完成验证交易“区块”的奖励,这些交易被添加到区块链中。

挖矿奖励支付给首先发现复杂哈希难题的解决方案的矿工,参与者将成为发现解决方案的人的概率与网络总算力的比例有关。

您需要图形处理单元 (GPU) 或专用集成电路 (ASIC) 来设置挖矿设备。



 在整个过程中,当我们提到网络或加密货币作为概念时,我们使用带有大写字母“B”的“比特币”,而当我们提到一定数量的单个代币时,我们使用带有小写“b”的“比特币”。

为什么比特币需要矿工

区块链“挖矿”是网络中节点为了获得新代币而进行的计算工作的隐喻。实际上,矿工作为审计员的工作基本上是获得报酬的。他们正在做验证比特币交易合法性的工作。该约定旨在让比特币用户保持诚实,并由比特币创始人中本聪构思。1通过验证交易,矿工正在帮助防止“双花问题”。 


双花是比特币所有者非法使用相同的比特币两次的情况。使用实物货币,这不是问题:当你递给某人一张 20 美元的钞票买一瓶伏特加时,你不再拥有它,所以你可以用同样的 20 美元钞票在隔壁买乐透彩票,这没有危险。尽管假钞是可能的,但它与实际上花费相同的美元两次并不完全相同。然而,正如 Investopedia 词典所解释的,对于数字货币,“存在持有者复制数字代币并将其发送给商家或另一方的风险,同时保留原件。”


假设您有一张合法的 20 美元钞票和一张同样 20 美元的假钞。如果你要同时花真钞和假钞,那么费力查看两张钞票的序列号的人会发现它们是同一个数字,因此其中一张必须是假的。区块链矿工所做的与此类似——他们检查交易以确保用户没有非法尝试两次使用相同的比特币。这不是一个完美的类比——我们将在下面更详细地解释。


 只有 1 兆字节的交易数据可以放入单个比特币块中。1MB 的限制是由中本聪设定的,这已成为一个争议问题,因为一些矿工认为 应该增加区块大小以容纳更多数据,这实际上意味着比特币网络可以更快地处理和验证交易。

为什么要开采比特币?

除了满足矿工的腰包和支持比特币生态系统之外,挖矿还有另一个重要目的:它是将新的加密货币释放到流通中的唯一途径。换句话说,矿工基本上是在“铸造”货币。例如,截至 2022 年 3 月,在 2100 万枚比特币中流通的比特币不到 1900 万枚。2


除了通过创世区块(创始人中本聪创建的第一个区块)铸造的硬币之外,这些比特币中的每一个都是由于矿工而产生的。在没有矿工的情况下,比特币作为一个网络仍然存在并且可以使用,但永远不会有任何额外的比特币。然而,由于比特币“开采”的速度随着时间的推移而降低,最终的比特币要到 2140 年左右才会流通。这并不意味着交易将停止验证。矿工将继续验证交易并为此支付费用,以保持比特币网络的完整性。3


要获得新的比特币,您需要成为第一个获得正确答案或最接近数字问题答案的矿工。此过程也称为工作量证明 (PoW)。开始挖矿就是开始参与这种工作量证明活动以找到难题的答案。


没有真正涉及高级数学或计算。您可能听说过矿工正在解决困难的数学问题——这是真的,但不是因为数学本身很难。他们实际上正在做的是试图成为第一个提出小于或等于目标哈希的 64 位十六进制数字(“哈希”)的矿工。这基本上是猜测。1


所以这是一个随机的问题,但是每个问题的可能猜测总数达到数万亿,这是一项非常艰巨的工作。并且可能的解决方案数量(称为挖矿难度级别)只会随着加入挖矿网络的每个矿工而增加。为了首先解决问题,矿工需要大量的计算能力。要成功挖矿,您需要具有较高的“哈希率”,它以每秒千兆哈希 (GH/s) 和每秒太哈希 (TH/s) 来衡量。


除了新铸造的比特币的短期回报外,当比特币网络协议提出更改时,作为一名硬币矿工还可以为你提供“投票”权力。这被称为比特币改进协议(BIP)。换言之,矿工对 分叉等事项的决策过程有一定程度的影响。您拥有的算力越多,您必须为此类举措投下的选票就越多。


矿工赚多少钱

比特币挖矿的奖励大约每四年减少一半。1


当比特币于 2009 年首次开采时,开采一个区块将为您赚取 50 BTC。2012 年,这一数字减半至 25 BTC。到 2016 年,这一数字再次减半至 12.5 BTC。2020 年 5 月 11 日,奖励再次减半至 6.25 BTC。




图片由 Sabrina Jiang 提供 © Investopedia 2021

截至 2022 年 3 月,比特币的价格约为每比特币 39,000 美元,这意味着您完成一个区块将获得 243,750 美元(6.25 x 39,000)。4解决上面详述的复杂哈希问题的动机似乎不错。


要准确跟踪这些减半发生的时间,您可以查阅比特币时钟,它会实时更新此信息。有趣的是,比特币的市场价格在其整个历史中,往往与进入流通的新硬币的减少密切相关。这种降低的通货膨胀率增加了稀缺性,从历史上看,价格也随之上涨。


 如果你想估计用你的挖矿设备的哈希率可以挖出多少比特币,CryptoCompare网站提供了一个有用的计算器。其他网络资源提供了类似的工具。

你需要什么来挖矿比特币

尽管在比特币历史的早期,个人能够与普通的家用个人电脑竞争区块,但现在情况已不再如此。原因是比特币的开采难度会随着时间而变化。


为了保证区块链运行顺畅,能够处理和验证交易,比特币网络的目标是每 10 分钟左右产生一个区块。但是,如果有 100 万台矿机竞相解决哈希问题,他们可能会比 10 台矿机解决同一问题的情况更快地找到解决方案。出于这个原因,比特币旨在每 2,016 个区块或大约每两周评估和调整一次挖矿难度。1


当有更多的计算能力共同挖矿比特币时,为了保持稳定的出块速度,挖矿的难度会增加。更少的计算能力意味着难度级别降低。在今天的网络规模下,一台个人计算机挖矿比特币几乎肯定会一无所获。


挖矿硬件

所有这一切都意味着,为了进行有竞争力的挖矿,矿工现在必须投资强大的计算机设备,例如图形处理单元 (GPU),或者更现实地说,是专用集成电路 (ASIC)。这些可以从 500 美元到数万美元不等。一些矿工——尤其是以太坊矿工——购买单独的显卡作为拼凑挖矿作业的低成本方式。


今天,比特币挖矿硬件几乎完全由 ASIC 机器组成,在这种情况下,它们专门做一件事,而且只做一件事:为比特币挖矿。今天的 ASIC 比 CPU 或 GPU 强大许多数量级,并且随着新芯片的开发和部署,每隔几个月就会获得更多的哈希能力和能源效率。今天的矿工可以生产近 200 TH/s 的能量,每 terahash 仅 27.5 焦耳。5


类比

假设我告诉三个朋友我在想一个介于 1 到 100 之间的数字,然后我把这个数字写在一张纸上,然后密封在一个信封里。我的朋友不必猜测确切的数字;他们只需要成为第一个猜出任何小于或等于它的数字的人。他们得到的猜测次数没有限制。


假设我在想数字 19。如果朋友 A 猜 21,他们输了,因为 21 > 19。如果朋友 B 猜 16,朋友 C 猜 12,那么理论上他们都得出了可行的答案,因为 16 < 19和 12 < 19。朋友 B 没有“额外得分”,即使 B 的答案更接近 19 的目标答案。现在想象我提出“猜猜我在想什么数字”的问题,但我'我不只是问三个朋友,我也不是在想 1 到 100 之间的数字。相反,我问的是数百万潜在的矿工,我在想的是一个 64 位的十六进制数。现在您会发现要猜出正确的答案非常困难。如果 B 和 C 同时回答,则系统崩溃。


在比特币术语中,同时出现的答案经常发生,但最终只能有一个获胜的答案。当同时出现多个等于或小于目标数量的答案时,比特币网络将通过简单多数(51%)决定尊重哪个矿工。


通常,完成最多工作的是矿工,或者换句话说,是验证最多交易的矿工。丢失的块然后变成一个“孤块”。孤立块是那些没有添加到区块链中的块。成功解决哈希问题但没有验证最多交易的矿工不会获得比特币奖励。


挖矿过程

什么是“64 位十六进制数”?

以下是此类数字的示例: 


0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee


上面的数字有 64 位数字。到目前为止很容易理解。您可能已经注意到,该数字不仅包含数字,还包含字母表中的字母。这是为什么?


要了解这些字母在数字中间的作用,让我们解开“十六进制”这个词。


十进制系统使用因子 100 作为其基数(例如,1% = 0.01)。反过来,这意味着多位数字的每个数字都有 100 种可能性,从 0 到 99。在计算中,十进制系统被简化为以 10 为底,或从零到 9。


另一方面,“十六进制”表示以 16 为基数,因为“hex”源自希腊语中的 6,而“deca”源自希腊语中的 10。在十六进制系统中,每个数字都有 16 种可能性。但是我们的数字系统只提供了 10 种表示数字的方式(从零到九)。这就是为什么你必须添加字母,特别是字母 A、B、C、D、E 和 F。 


如果您正在挖矿比特币,则无需计算该 64 位数字(哈希)的总值。我再说一遍:您不需要计算哈希的总值。 



图片由 Sabrina Jiang 提供 © Investopedia 2021

“64 位十六进制数”与比特币挖矿有什么关系? 

还记得那个类比,数字 19 写在一张纸上并放在一个密封的信封里吗?在比特币挖矿术语中,信封中隐喻的未公开数字称为目标哈希。


矿工们对这些巨大的计算机和数十个冷却风扇所做的事情是在猜测目标哈希值。矿工通过尽可能快地随机生成尽可能多的“随机数”来进行这些猜测。nonce 是“number only used once”的缩写,nonce 是生成我一直提到的这些 64 位十六进制数字的关键。在比特币挖矿中,nonce 的大小为 32 位——远小于散列(256 位)。第一个随机数生成小于或等于目标哈希的哈希的矿工将获得完成该区块的信用,并获得 6.25 BTC 的战利品。


从理论上讲,您可以通过将 16 面骰子滚动 64 次以获得随机数来实现相同的目标,但您究竟为什么要这样做呢?


下面的截图取自 Blockchain.info 网站,可以帮助您一目了然地汇总所有这些信息。您正在查看第 490163 号区块被挖矿时发生的所有事情的摘要。生成“获胜”哈希的随机数是 731511405。目标哈希显示在顶部。术语“由 AntPool 中继”指的是这个特定的块由 AntPool 完成,AntPool 是更成功的矿池之一(更多关于矿池的信息见下文)。


正如你在这里看到的,他们对比特币社区的贡献是他们确认了这个区块的 1,768 笔交易。如果您真的想查看该区块的所有 1,768 笔交易,请转到此页面并向下滚动到“交易”部分。



资料来源:Blockchain.info


我如何猜测目标哈希?

所有目标哈希都以一串前导零开头。没有最低目标,但比特币协议设定了最高目标。任何目标都不能大于此数字:


00000000ffff000000000000000000000000000000000000000000000000000000


比特币矿工的获胜哈希是至少具有由挖矿难度定义的前导零的最小数量的哈希。


以下是随机散列的一些示例以及它们是否会导致矿工成功的标准:



注意:这些是虚构的哈希值。

图片由 Sabrina Jiang 提供 © Investopedia 2021

要找到这样的哈希值,你必须获得一个快速的挖矿设备,或者更现实地说,加入一个矿池——一群硬币矿工,他们结合他们的计算能力并分割开采的比特币。矿池类似于强力球俱乐部,其成员集体购买彩票并同意分享任何奖金。不成比例的大量区块是由矿池而不是单个矿工开采的。


换句话说,它实际上只是一个数字游戏。您无法猜测模式或根据先前的目标哈希进行预测。在今天的难度级别,找到单个哈希的获胜值的几率是数十万亿分之一。6如果您自己工作,即使使用非常强大的挖矿设备,可能性也不会很大。


矿工不仅必须考虑与有机会解决哈希问题所需的昂贵设备相关的成本,而且他们还必须考虑大量电力挖矿设备用于生成大量随机数以寻找解决方案. 总而言之,在撰写本文时,对于大多数个人矿工而言,比特币挖矿在很大程度上是无利可图的。CryptoCompare网站  提供了一个有用的计算器,可让您插入哈希速度和电力成本等数字,以估算成本和收益。



资料来源:加密比较


什么是矿池?

发现谜题解法的矿工首先获得挖矿奖励,参与者发现解法的概率等于网络上总算力的比例。 


拥有一小部分算力的参与者自己发现下一个区块的机会很小。例如,一个人可以花几千美元购买的矿卡仅占网络挖矿能力的不到 0.001%。由于找到下一个区块的机会如此之小,矿工可能需要很长时间才能找到一个区块,而难度的上升使事情变得更糟。矿工可能永远无法收回他们的投资。这个问题的答案是矿池。 


矿池由 第三方运营 并协调矿工组。通过在一个矿池中一起工作并在所有参与者之间共享支出,矿工可以从他们激活矿工的那一天开始获得稳定的比特币流量。一些矿池的统计数据可以在 Blockchain.info上看到。


比特币挖矿的镐策略

如上所述,获取比特币的最简单方法是在众多比特币交易所之一购买。或者,您始终可以利用“镐策略”。这是基于 1849 年加州淘金热期间的老见,明智的投资不是淘金,而是制造用于挖矿的镐。


用现代术语来说,投资于制造这些镐的公司。在加密货币环境中,镐等价物将是一家制造用于比特币挖矿的设备的公司。例如,您可以考虑寻找制造 ASIC 设备或 GPU 的公司。


挖矿的缺点 

挖矿的风险通常是金融和监管风险。如前所述,比特币挖矿以及一般的挖矿是一种财务风险,因为人们可能会花所有精力购买价值数百或数千美元的挖矿设备,但他们的投资却没有回报。也就是说,可以通过加入矿池来减轻这种风险。如果您正在考虑挖矿并居住在禁止挖矿的地区,则应重新考虑。在投资挖矿设备之前,研究您所在国家/地区的监管和对加密货币的整体情绪也可能是一个好主意。


比特币挖矿(以及其他 PoW 系统)增长的另一个潜在风险是运行挖矿算法的计算机系统所需的能源使用量不断增加。尽管 ASIC 芯片的微芯片效率显着提高,但网络本身的增长速度超过了技术进步。因此,人们担心比特币挖矿对环境的影响和碳足迹。7




然而,通过为挖矿作业寻找更清洁和绿色的能源(如地热或太阳能)以及利用碳抵消信用额,人们正在努力减轻这种负面的外部性。切换到能源密集度较低的共识机制,如以太坊已经过渡到的股权证明(PoS),是另一种策略;然而,PoS 也有其自身的一系列缺点和低效率,例如鼓励囤积而不是使用硬币,以及共识控制集中化的风险。



挖矿是一种将新比特币引入系统的隐喻,因为它需要(计算)工作,就像开采黄金或白银需要(物理)努力一样。当然,矿工发现的代币是虚拟的,只存在于比特币区块链的数字账本中。

为什么需要开采比特币?

因为它们完全是数字记录,所以存在复制、伪造或多次重复使用同一硬币的风险。挖矿通过使尝试做这些事情之一或以其他方式“破解”网络变得极其昂贵和资源密集型来解决这些问题。事实上,作为矿工加入网络比试图破坏它更具成本效益。


挖矿如何确认交易?

除了将新的 BTC 引入流通之外,挖矿还发挥着在比特币区块链上确认和验证新交易的关键作用。这很重要,因为没有中央机构,如银行、法院、政府或任何其他机构来确定哪些交易有效,哪些无效。相反,挖矿过程通过工作量证明(PoW)实现去中心化共识。


为什么挖矿使用如此多的电力?

在比特币的早期,任何人都可以简单地从他们的个人电脑或笔记本电脑上运行一个挖矿程序。但是随着网络越来越大,越来越多的人对挖矿产生兴趣,挖矿算法变得越来越困难。这是因为比特币的代码的目标是平均每 10 分钟找到一个新区块。1如果涉及更多矿工,那么有人会更快地解决正确哈希的机会就会增加,因此恢复那个 10 分钟目标的难度会增加。现在想象一下,如果数千甚至数百万倍的算力加入网络。那是很多消耗能源的新机器。


比特币挖矿合法吗?

比特币挖矿的合法性完全取决于你的地理位置。比特币的概念可能会威胁到法定货币的主导地位和政府对金融市场的控制。出于这个原因,比特币在某些地方是完全非法的。

比特币所有权和挖矿在更多国家是合法的。根据 2018 年的报告,一些非法的地方包括阿尔及利亚、埃及、摩洛哥、玻利维亚、厄瓜多尔、尼泊尔和巴基斯坦。8自 2018 年以来,包括孟加拉国、中国、多米尼加共和国、北马其顿、卡塔尔和越南在内的其他国家/地区已禁止比特币开采。9 10 11 12总体而言,比特币的使用和挖矿在全球大部分地区仍然合法。


加密挖矿会损坏您的 GPU/计算机吗?

由于区块链挖矿非常耗费资源,它会给你的 GPU 或其他挖矿硬件带来很大压力。事实上,GPU 爆炸或挖矿设备起火的情况并非闻所未闻。13但是,让您的钻机以适中的速度运行并提供充足的电力,这通常是安全的。


你可以在你的 iPhone 上挖比特币吗?

不,今天的比特币挖矿需要大量的计算能力和电力才能具有竞争力。在移动设备上运行矿机,即使它是矿池的一部分,也可能不会带来任何收益。


底线

比特币“挖矿”在验证和确认区块链的新交易以及防止不良行为者的双重支出方面发挥着至关重要的作用。这也是将新比特币引入系统的方式。基于一个复杂的难题,该任务涉及产生工作量证明 (PoW),这本质上是能源密集型的。然而,这种能量体现在比特币和比特币系统的价值中,并使这个去中心化系统保持稳定、安全和值得信赖。


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