什麼是加密貨幣挖礦及其如何運作？

摘要

加密貨幣挖礦可驗證區塊鏈交易，並且是創建新加密貨幣單位的過程。

礦工需要大量運算資源，這也保障了區塊鏈網路的安全。

什麼是加密貨幣挖礦？

加密貨幣挖礦基於工作量證明(PoW)共識機制，確保比特幣等加密貨幣的安全性和去中心化。挖礦是驗證用戶交易並將其添加到區塊鏈公共帳本的過程。因此，挖礦是比特幣脫離中央機構，得以正常運作的關鍵要素。

挖礦作業也負責將新幣引入現有的流通供應量。但是，加密貨幣挖礦遵循一套硬編碼規則，即管理挖礦過程，並防止有人隨意創建新幣。這些規則內建在加密貨幣底層協議中，由數千個節點組成的整個網路強制執行。

為創建新的加密貨幣單元，礦工運用自身算力解決複雜的密碼難題。第一位成功解決難題的礦工有權將新的交易區塊添加至區塊鏈，並發佈到網路中。

以太坊挖礦如何運作？

新的區塊鏈交易達成後，會送至稱為「記憶體池」的礦池中。礦工的職責是驗證這些待處理交易的有效性，並將其整合成區塊。

區塊可視為區塊鏈帳本的一頁，其中記錄若干交易以及其他資料。具體來說，挖礦節點負責從記憶體池中收集未經確認的交易，並整合成候選區塊。

隨後，礦工嘗試將該候選區塊轉換為有效確認的區塊。要實現這一轉變，礦工必須解決複雜的數學問題，這個過程需要大量的運算資源。但是，每成功挖出一個區塊，礦工將獲得一份區塊獎勵，其中包括新創建的加密貨幣和交易手續費。以下將進一步說明挖礦的運作方式。

步驟1：哈希運算交易

區塊挖礦的第1步是從記憶體池提出待處理的交易，並透過哈希函數逐一提交。每次透過雜湊函數運行一段數據，就會產生一個固定大小的輸出，稱為「雜湊值」。

在挖礦過程中，每筆交易的哈希值由一串數字和字母組成，用作識別碼。交易哈希值代表該交易中包含的所有資訊。

除了對每筆交易進行哈希處理和單列之外，礦工還添加自訂交易，向自己發送區塊獎勵。這筆交易稱作“coinbase交易”，即創建新幣。多數情況下，這筆交易是記錄到新區塊中的首筆交易，隨後則全部是等待驗證的待處理交易。

步驟2：創建默克爾樹

每筆交易經過哈希處理後，這些哈希值會整合成「默克爾樹」（也稱為「哈希樹」）。交易哈希整合成對，然後進行哈希處理，進而產生默克爾樹。

新的哈希輸出整合成對後，再次進行哈希處理，整個過程不斷重複，直到創建一個單一哈希。最後創建的這個哈希也稱為“根哈希（或默克爾根）”，基本代表此前所有用於生成根哈希的哈希。

梅克爾樹將交易哈希整合成對，然後進行哈希處理。

步驟3：找到有效的區塊頭（區塊哈希值）

區塊頭用作每個獨立區塊的標識符，代表每個區塊擁有獨特的哈希值。在創建新區塊時，礦工將前一個區塊的哈希與候選區塊的根哈希結合，產生新的區塊哈希。此外，礦工還須加上一個稱作「nonce」的隨機數。

因此，當礦工嘗試驗證候選區塊時，需要將根哈希、前一個區塊的哈希及隨機數整合起來，一併透過哈希函數處理。如此反覆操作的目的在於創建一個有效哈希。

根哈希與前一個區塊的哈希不能更改，因此礦工必須多次更改隨機數，直到找到有效哈希為止。輸出（區塊哈希值）必須小於協議確定的某個目標值，才能視為有效。在比特幣挖礦中，區塊哈希值必須以多位零開頭，稱為「挖礦難度」。

步驟4：發布挖出的區塊

如我們所見，礦工必須使用不同的隨機數值反覆對區塊頭進行哈希處理，直到找到有效的區塊哈希值。找到該哈希值的礦工即可將該區塊發佈至網路中。所有其他節點將檢查該區塊及其雜湊值是否有效。如有效，則新區塊將添加到區塊鏈副本中。

候選區塊此時變成已確認區塊，所有礦工將繼續去挖下一個區塊。沒能及時找到有效哈希值的礦工將捨棄自己的候選區塊，並再次投入挖礦競爭。

如果同時挖出來兩個區塊怎麼辦？

有時兩名礦工會同時發布一個有效區塊，網路最終會出現兩個相互競爭的區塊。礦工會在先收到的區塊基礎上開始挖下一個區塊，這導致網路暫時分為兩種不同版本的區塊鏈。

區塊之間的競爭會持續到新區塊在任意一個競爭區塊的基礎上被挖出為止。最先挖出新區塊的那個區塊將視為贏家。被捨棄的區塊稱為“孤塊”或“陳腐區塊”，所有選擇這一區塊的礦工會轉到獲勝區塊所在的鏈上繼續挖礦。

什麼是挖礦難度？

挖礦難度由協議定期調整，確保新區塊的創建速率保持不變，進而穩定新幣按計畫發行。難度依投入網路的算力（哈希率）成比例進行調整。

因此，每當有新礦工加入網絡，競爭就會加劇，哈希運算難度相應提升，平均出塊時間無法縮短。相反，如果多數礦工離開網絡，哈希運算難度降低，則更容易挖出新區塊。難度調整之後，出塊時間則不受網路總體雜湊算力影響，且始終保持不變。

加密貨幣挖礦類型

加密貨幣挖礦方式多種多樣。新硬體和共識演算法不斷湧現，設備與流程也隨之優化。礦工通常使用專門的計算裝置來解決複雜的加密方程式。我們以幾種最常見的挖礦方法為例。

中央處理器(CPU)挖礦

中央處理器(CPU)挖礦是指使用電腦的CPU來執行工作量證明模型所需的雜湊函數。在比特幣的早期階段，挖礦成本和入門門檻都很低，普通CPU足以處理其難度，因此任何人都能嘗試挖掘比特幣和其他加密貨幣。

然而，隨著挖比特幣的人日益增多，網路哈希率也在增加，挖礦獲利變得越來越困難。此外，處理能力較強的專業挖礦硬體逐步問世，CPU挖礦幾乎成為歷史。如今所有礦工都用上了專門的硬件，CPU挖礦不再可行。

圖形處理器(GPU)挖礦

圖形處理器(GPU)專為同時處理各種應用程式而設計，常用於視訊遊戲或圖形渲染，但也可用於挖礦。

與熱門的專用積體電路(ASIC)挖礦硬體相比，GPU相對便宜，也較為靈活。雖然用戶仍能用GPU挖出某些競爭幣，但挖礦效率由挖礦難度和演算法決定。

ASIC挖礦

專用積體電路(ASIC)專為單一特定目標設計。在加密貨幣領域，則指為挖礦開發的專用硬體。眾所周知，ASIC挖礦效率高但價格昂貴。 ASIC礦機採用前沿挖礦技術，設備成本遠高於CPU或GPU。

此外，ASIC技術發展很快，舊型號已無利可圖，因此礦機需要定期更換。即使不包含用電成本，ASIC挖礦仍是最昂貴的挖礦方式之一。

礦池

區塊獎勵將授予最先成功的礦工，因此找到正確哈希值的機率極低。如果礦工的挖礦能力較弱，很難依靠自己發現下一個區塊機會。礦池則解決了這個問題。

礦池由礦工群體組成，他們將自己的資源（哈希算力）集中起來，提高贏得區塊獎勵的幾率。礦池順利找到區塊後，礦工將以各自對礦池的貢獻共享獎勵。

個體礦工參與礦池享有硬體和電力成本優勢，但礦池挖礦一旦占主導地位，人們則會擔心網路有可能出現51%攻擊。

什麼是比特幣挖礦及其如何運作？

比特幣是可供挖掘的加密貨幣中最熱門且最完善的典範，比特幣挖礦基於工作量共識演算法。

工作量證明是由中本聰最早創建的區塊鏈共識機制，並於2018年在比特幣白皮書中對外介紹。簡而言之，工作量證明決定了區塊鏈網路如何在沒有第三方中間機構的情況下在所有分散式參與者之間達成共識。該機制需要大量算力才能達成共識，以阻止惡意行為。

如我們所見，在工作量證明網路中，交易由礦工驗證。他們競相採​​用專門的挖礦硬體解決複雜的密碼難題。如最先成功找到有效的解決方案，這名礦工可將交易區塊發佈到區塊鏈中賺取區塊獎勵。

不同區塊鏈中區塊獎勵的加密貨幣數量有所不同。例如，截至2023年3月，礦工在比特幣區塊鏈中可賺取6.25枚比特幣區塊獎勵。根據比特幣減半機制，每產生21萬個區塊（大約每四年），區塊獎勵的比特幣數量將減半。

2023年加密貨幣挖礦是否還能賺錢？

加密貨幣挖礦仍有望賺錢，但需要深思熟慮、風險管理和謹慎研究。挖礦還涉及投資和風險，例如硬體成本、加密貨幣價格波動性以及加密貨幣協議變更等。為降低上述風險，礦工通常會採取風險管理措施，並在挖礦開始前評估潛在的成本和效益。

加密貨幣的獲利狀況取決於多個因素。其中一項是加密貨幣的價格變動。加密貨幣價格上漲時，挖礦獎勵的法幣價值隨之上漲。相反，價格下跌則會造成獲利水準下滑。

挖礦硬體的效率同樣是決定挖礦獲利水準的關鍵因素。挖礦硬體或許價格昂貴，因此礦工必須在硬體成本與預計產生的獎勵之間進行權衡。另一個需要考慮的因素是電力成本，如果電費過高，超過收益，挖礦將無利可圖。

此外，挖礦硬體可能很快就會過時淘汰，因此需要較頻繁地升級。新型號的性能優於舊型號，如果礦工無法承受升級礦機的預算，則很難保持競爭力。

最後，協議也可能會發生變化。例如，比特幣減半會讓挖礦區塊獎勵腰斬一半，影響挖礦的獲利水準。此外，以太坊於2022年9月從工作量證明徹底切換到權益證明(PoS)共識機制，挖礦變得可有可無。

結語

加密貨幣挖礦是比特幣和其他工作量證明區塊鏈的關鍵組成，有助於維護網路安全和保障新幣的穩定發行。此外，挖礦可為礦工帶來被動收入。如需詳細了解上述內容的逐步說明，請閱讀我們的文章《加密貨幣挖礦指南》。

挖礦利弊並存，最顯著的益處是可從區塊獎勵中獲得潛在收益。然而，這會受電力成本和市價等多重因素影響。因此，在涉足加密貨幣挖礦之前，請務必親自研究(DYOR)，並全面評估潛在風險。

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