什么是加密货币挖矿及其如何运作？
摘要
- 加密货币挖矿可验证区块链交易，并且是创建新加密货币单位的过程。
- 矿工需要大量计算资源，这也保障了区块链网络的安全。
什么是加密货币挖矿？
加密货币挖矿基于工作量证明(PoW)共识机制，确保比特币等加密货币的安全性和去中心化。挖矿是验证用户交易并将其添加到区块链公共账本的过程。因此，挖矿是比特币脱离中央机构，得以正常运作的关键要素。
挖矿操作还负责将新币引入现有的流通供应量中。但是，加密货币挖矿遵循一套硬编码规则，即管理挖矿过程，并防止有人随意创建新币。这些规则内置在加密货币底层协议中，由数千个节点组成的整个网络强制执行。
为创建新的加密货币单元，矿工运用自身算力解决复杂的密码难题。首位成功解决难题的矿工有权将新的交易区块添加至区块链，并发布到网络中。
以太坊挖矿如何运作？
新的区块链交易达成后，会送至称为“内存池”的矿池中。矿工的职责是验证这些待处理交易的有效性，并将其整合成区块。
区块可视作区块链账本的一页，其中记录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换为有效确认的区块。要实现这一转变，矿工必须解决复杂的数学问题，这个过程需要大量的计算资源。但是，每成功挖出一个区块，矿工将获得一份区块奖励，其中包括新创建的加密货币和交易手续费。下面将进一步说明挖矿的运作方式。
第1步：哈希运算交易
区块挖矿的第1步是从内存池中提出待处理的交易，并通过哈希函数逐一提交。每次通过哈希函数运行一段数据，就会生成一个固定大小的输出，称为“哈希值”。
在挖矿过程中，每笔交易的哈希值由一串数字和字母组成，用作标识符。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之外，矿工还添加自定义交易，向自己发送区块奖励。这笔交易称作“coinbase交易”，即创建新币。多数情况下，这笔交易是记录到新区块中的首笔交易，随后则全部是等待验证的待处理交易。
第2步：创建默克尔树
每笔交易经过哈希处理后，这些哈希值整合成“默克尔树”（也称为“哈希树”）。交易哈希整合成对，然后进行哈希处理，继而生成默克尔树。
新的哈希输出整合成对后，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。最后创建的这个哈希也称作“根哈希（或默克尔根）”，基本代表此前所有用于生成根哈希的哈希。
第3步：找到有效的区块头（区块哈希值）
区块头用作每个独立区块的标识符，代表每个区块拥有独一无二的哈希值。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。此外，矿工还须添加一个称作“nonce”的随机数。
因此，矿工尝试验证候选区块时，需要将根哈希、前一个区块的哈希及随机数整合起来，一并通过哈希函数处理。如此反复操作的目的在于创建一个有效哈希。
根哈希与前一个区块的哈希不能更改，因此矿工必须多次更改随机数，直至找到有效哈希。输出（区块哈希值）必须小于协议确定的某个目标值，才能视为有效。在比特币挖矿中，区块哈希值必须以多位零开头，这称为“挖矿难度”。
第4步：发布挖出的区块
如我们所见，矿工必须使用不同的随机数值反复对区块头进行哈希处理，直至找到有效的区块哈希值。找到该哈希值的矿工即可将该区块发布至网络中。所有其他节点将检查该区块及其哈希值是否有效。如有效，则新区块将添加到区块链副本中。
候选区块此时变成已确认区块，所有矿工将继续去挖下一个区块。没能及时找到有效哈希值的矿工将舍弃自己的候选区块，并再次投入到挖矿竞争中。
如果同时挖出来两个区块怎么办？
有时两名矿工会同时发布一个有效区块，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下一个区块，这导致网络暂时分为两种不同版本的区块链。
区块之间的竞争会持续到新区块在任意一个竞争区块的基础上挖出为止。最先挖出新区块的那个区块将视为获胜者。被舍弃的区块称为“孤块”或“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。
什么是挖矿难度？
挖矿难度由协议定期调整，确保新区块的创建速率保持不变，进而稳定新币按计划发行。难度根据投入网络的算力（哈希率）成比例进行调整。
因此，每当有新矿工加入网络，竞争就会加剧，哈希运算难度相应提升，平均出块时间无法缩短。相反，如果多数矿工离开网络，哈希运算难度降低，则更容易挖出新区块。难度调整之后，出块时间则不受网络总体哈希算力影响，始终保持不变。
加密货币挖矿类型
加密货币挖矿方式多种多样。新硬件和共识算法不断涌现，设备与流程也随之优化。矿工通常使用专门的计算装置来解决复杂的加密方程式。我们以几种最常见的挖矿方法为例。
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来执行工作量证明模型所需的哈希函数。在比特币的早期阶段，挖矿成本和入门门槛都很低，普通CPU足以处理其难度，因此任何人都能尝试挖掘比特币和其他加密货币。
然而，随着挖比特币的人日益增多，网络哈希率也在增加，挖矿获利变得越来越难。此外，处理能力更强的专业挖矿硬件逐步问世，CPU挖矿几近成为历史。如今所有矿工都用上了专门的硬件，CPU挖矿不再可行。
图形处理器(GPU)挖矿
图形处理器(GPU)专为同时处理各种应用程序而设计，常用于视频游戏或图形渲染，但也可用于挖矿。
与热门的专用集成电路(ASIC)挖矿硬件相比，GPU相对便宜，也较为灵活。虽然用户仍能用GPU挖出某些竞争币，但挖矿效率由挖矿难度和算法决定。
ASIC挖矿
专用集成电路(ASIC)专为单一特定目标设计。在加密货币领域，则指为挖矿开发的专用硬件。众所周知，ASIC挖矿效率高但价格昂贵。ASIC矿机采用前沿挖矿技术，设备成本远远高于CPU或GPU。
此外，ASIC技术发展飞快，旧型号已无利可图，因此矿机需要定期更换。即使不包含用电成本，ASIC挖矿仍是最昂贵的挖矿方式之一。
矿池
区块奖励将授予最先成功的矿工，因此找到正确哈希值的概率极低。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。矿池则解决了这一问题。
矿池由矿工群体组成，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几率。矿池顺利找到区块后，矿工将按各自对矿池的贡献共享奖励。
个体矿工参与矿池享有硬件和电力成本优势，但矿池挖矿一旦占主导地位，人们则会担心网络有可能出现51%攻击。
什么是比特币挖矿及其如何运作？
比特币是可供挖掘的加密货币中最热门且最完善的典范，比特币挖矿基于工作量共识算法。
工作量证明是由中本聪最早创建的区块链共识机制，并于2018年在比特币白皮书中对外介绍。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。该机制需要大量算力才能达成共识，以此来阻止恶意行为。
正如我们所见，在工作量证明网络中，交易由矿工验证。他们竞相采用专门的挖矿硬件解决复杂的密码难题。如最先成功找到有效的解决方案，这名矿工可将交易区块发布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2023年3月，矿工在比特币区块链中可赚取6.25枚比特币区块奖励。根据比特币减半机制，每生成21万个区块（大约每四年），区块奖励的比特币数量将减半。
2023年加密货币挖矿是否还能赚钱？
加密货币挖矿仍有望赚钱，但需要深思熟虑、风险管理和慎重研究。挖矿还涉及投资和风险，例如硬件成本、加密货币价格波动性以及加密货币协议变更等。为降低上述风险，矿工通常会采取风险管理措施，并在挖矿开始前评估潜在的成本和收益。
加密货币的盈利状况取决于多个因素。其中一项是加密货币的价格变动。加密货币价格上涨时，挖矿奖励的法币价值随之上涨。相反，价格下跌则会造成盈利水平下滑。
挖矿硬件的效率同样是决定挖矿盈利水平的关键因素。挖矿硬件或许价格昂贵，因此矿工必须在硬件成本与预计产生的奖励之间进行权衡。另一个需要考虑的因素是电力成本，如果电费过高，超过收益，挖矿将无利可图。
此外，挖矿硬件可能很快会过时淘汰，因此需要较为频繁地升级。新型号的性能优于旧型号，如果矿工无法承受升级矿机的预算，则很难保持竞争力。
最后，协议也可能会发生变化。例如，比特币减半会让挖矿区块奖励腰斩一半，从而影响挖矿的盈利水平。此外，以太坊于2022年9月从工作量证明彻底切换到权益证明(PoS)共识机制，挖矿变得可有可无。
结语
加密货币挖矿是比特币和其他工作量证明区块链的关键组成，有助于维护网络安全和保障新币的稳定发行。此外，挖矿可为矿工带来被动收入。如需详细了解上述内容的分步说明，敬请阅读我们的文章《加密货币挖矿指南》。
挖矿利弊并存，最显著的益处是可从区块奖励中获得潜在收益。然而，这会受电力成本和市场价等多重因素影响。因此，涉足加密货币挖矿之前，请务必亲自调研(DYOR)，并全面评估潜在风险。
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