比特币挖矿：完整指南
什么是比特币挖矿？⛏️
比特币挖矿是一个验证比特币交易并将新的比特币 (BTC) 投入流通的过程。
比特币挖矿有助于：
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激励为比特币区块链提议和验证新交易的矿工。
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保护比特币区块链免受攻击。
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管理首次进入市场的新比特币加密货币单位的创建和流通。
与物理开采黄金等贵金属类似，挖矿比特币需要专门的硬件、能源和一点点运气。
然而，比特币矿工不是使用铁锹和淘金盘，而是使用专用计算设备相互竞争。
每个矿工的目标是赢得一场基于密码学的竞争。每轮的获胜者将获得备受追捧的区块奖励，并有权提议一个新的待处理交易数据区块加入区块链。
如果这一切对您来说都是新的，请继续阅读我们下面关于比特币挖矿的完整指南。
但是，如果您想获得更深入、更技术性的理解，您可能会对阅读我们的文章《加密货币如何使用密码学？》感兴趣。
为什么需要比特币挖矿？
在深入了解比特币的运作机制之前，重要的是要理解比特币挖矿为何会发生。
比特币网络并非由中央银行、强大的亿万富翁或中介金融机构管理。它由遍布全球的志愿者共同管理，并且任何人都可以加入。
这意味着比特币的运行和功能依赖于其用户的合作。作为将计算能力用于验证交易的回报，协议会奖励矿工新的比特币加密货币单位。
通过激励合作，矿工们共同帮助保护网络，使得恶意行为者难以以过高的成本获得网络的多数控制权。
理解去中心化
为了更好地理解比特币的去中心化，让我们看看像优步（Uber）这样传统的、由中心控制的公司。
想象一下，如果优步不是由少数高管管理，而是由数百万出租车司机和应用程序用户共同管理。在这种更去中心化的优步模式中，所有参与方将共同商定司机的薪酬以及叫车应用程序的运作方式——而不是由高管团队为他们做出这些决定。
此外，公司不再管理行政和应用程序开发等重要角色，世界上任何人都可以使用自己的设备在家中为这些角色做出贡献。这可以为每个人创建一个更易于访问和透明的生态系统。
话虽如此，这种程度的去中心化可能会带来一些严重的问题；如果任何人都可以参与网络，并且没有单一的权威机构来监督其运作，那么它如何阻止不诚实的人试图破坏网络，以及如何确保每个人都有效协作？
这就是区块链共识机制发挥作用的地方。
比特币挖矿如何运作？⚙️
简而言之，比特币挖矿是一场赢得运气游戏的竞赛，大约每十分钟重复一次。
它涉及矿工使用专用机器生成随机值。谁生成的值击败了目标值，谁就赢了。困难的部分是，矿工无法控制他们创建的值。他们只需要不断生成新值，希望最终能偶然发现一个获胜的值。
一旦有人成功，他们就会将自己的值广播给网络中的所有其他矿工，以检查其有效性。
理解这个过程的一个更简单的方法是，想象成千上万的人同时蒙着眼睛尝试解决一个魔方。
一开始，每个人都有一个相同打乱的魔方。比赛开始后，每个人都开始随机转动他们的魔方，直到监考人宣布获胜者。其余的参赛者摘下眼罩，检查获胜者的魔方以验证其完成情况。然后，比赛重新开始。
到目前为止都理解了吗？让我们深入了解一下。
更具体地说，矿工们通过使用专用计算机生成加密哈希（通常每秒数百万个）来相互竞争，希望能第一个猜到正确的哈希。
您可以将每个新哈希视为魔方的一次转动。
哪个矿工首先猜到正确的哈希，就获得将该区块添加到区块链的权利。作为其工作的回报，该矿工会收到区块奖励。
比特币工作量证明共识机制
区块链共识机制是一种计算机驱动的系统，它确保去中心化网络中的参与者能够就进入区块链的新数据达成共识。
由于比特币区块及其内部的交易数据一旦添加到区块链中就会永久存在，因此这些信息的有效性至关重要。
例如，网络必须确保人们不会试图转移他们实际上没有的资金，或者通过同时将相同的余额发送给两个人来“双重支付”。
共识机制帮助网络集体解决这些问题，以确保新交易在永久添加到区块链之前遵循协议规则。
区块链网络可以采用多种不同的共识机制，每种机制都有其过滤不诚实用户特定方法。
比特币使用工作量证明 (PoW) 共识机制——一个涉及计算能力和能源的系统，以确保参与者以网络的最佳利益行事。
这种方法利用了博弈论的原理，博弈论是一门研究人类如何相互作用的数学学科。通过要求参与者投入实际利益——购买设备并承担运营成本——工作量证明系统有助于阻止不良行为者试图破坏网络。
您可以在我们的 Kraken 学习中心文章《什么是区块链共识机制？》中了解更多关于工作量证明和其他类型的共识机制。
什么是加密哈希？
哈希是当通过加密哈希函数运行任何类型的输入时创建的固定长度代码。
您可以将加密哈希函数想象成神奇的代码机器，它可以将从单个字母到百科全书的任何内容转换为完全独特且随机的固定长度代码。
多年来，各种类型的哈希算法已经出现。每种算法都使用不同的方法来获取输入并将其转换为随机代码。
比特币网络使用安全哈希算法 256 (SHA-256)，该算法最初由美国国家安全局 (NSA) 开发。
SHA-256 哈希是 28 个字符的固定长度十六进制代码，其中包含 0-9 之间的数字和 A-F 之间的字母的混合。
无论输入有多小或多大，它总是会生成相同长度的代码。例如，通过 SHA-256 算法运行单个单词“Hello”或整本《指环王》都会产生两个独特的 28 个字符的哈希代码。
哈希在挖矿过程中至关重要，因为它们具有许多独特的特性。
哈希具有：
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确定性 - 相同的输入总是会产生完全相同的哈希代码。
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单向性 - 虽然将输入转换为哈希很容易，但不可能从输出中知道输入是什么。
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随机性 - 哈希代码与其输入没有任何相似之处。
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唯一性 - 没有两个哈希是完全相同的。
这些功能的特殊之处在于，如果一个人只修改输入的一小部分，它就会产生一个完全不同的输出。
例如，如果您在《指环王》一书中更改一个字母，它将产生一个全新的哈希代码，与第一个完全不同。
任何人都可以通过加密哈希函数运行任何输入来创建哈希。您甚至可以使用免费的在线哈希计算器亲自尝试。
比特币矿工如何赢得区块奖励？🏆
为了赢得比特币挖矿竞赛并获得区块奖励，矿工必须创建一个哈希值，该哈希值等于或低于比特币协议本身自动设定的目标。这个值被称为目标哈希。
每个目标哈希前面都会有一定数量的零。根据当前的挖矿难度（也由协议自动设定），前面可能只有几个零，也可能有很多。
目标哈希前面的零越多，矿工就越难击败它，反之亦然。
例如，一个典型的比特币目标哈希可能看起来像这样：
00000000000a28ba41fe240e0b37
一个更容易击败的目标哈希可能看起来像这样：
000agh3h5g6711deabcc650918d9
您是否注意到它前面的零明显更少？
虽然这看起来微不足道，但前面多加一个零会使竞争难度增加数百倍。
您可以将其想象成抛硬币连续三次正面朝上与连续二十次正面朝上的区别。
每个新交易区块的目标哈希首先作为前一个区块的一部分广播到网络。此信息存储在区块头中，区块头是比特币区块中存储几个重要识别信息的部分。
区块头中还有一个名为 nonce 的值，它是“number used once”（使用一次的数字）的缩写。
在创建哈希以击败目标哈希时，所有矿工都会获取前一个区块的区块头，将 nonce 更改为新数字，并通过 SHA-256 哈希算法运行它。每次 nonce 值更改时，都会产生一个全新的哈希。
由于矿工不可能知道哪些输入会产生哪些哈希，因此击败目标纯粹是试错的问题。
猜测和检查的过程一直持续到一名矿工成功创建一个哈希，该哈希前面具有与当前目标哈希相同或更多的零。
获胜的矿工随后向区块链上的所有其他矿工提议一个新的交易数据区块，供他们独立验证。这些未赢得挖矿竞赛的其他矿工会独立验证提议的区块，以确保其有效。
赢得比特币区块奖励有多难？🎛️
赢得挖矿竞赛并获得区块奖励的难易程度取决于三个关键因素：
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算力。
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挖矿难度。
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设备。
算力
算力是用于跟踪区块链网络中所有矿工总计算能力的指标。简而言之，它结合了每个矿工每秒用其机器产生的哈希数量。
此测量提供了对区块链挖矿网络总规模及其抵御多数攻击安全性的洞察。
随着网络算力的上升，通常会导致挖矿难度增加，反之亦然。
回到魔方示例，参与解决魔方的人越多，获胜的机会就越小。
挖矿难度
比特币协议内置了一项功能，可自动调整挖矿竞赛的难度，以确保矿工能够尽可能接近 10 分钟的区块时间目标来发现新区块。
如上所述，每当矿工成功击败目标哈希并获得将新区块添加到区块链的权利时，新铸造的比特币就会通过区块奖励进入流通。
为了确保随着网络中新矿工数量的不断增加，新币不会涌入市场，比特币的创建者中本聪在其发布之前，在比特币协议中编码了一个算法难度调整系统来管理这个问题。
比特币挖矿难度算法规定，每隔 2,016 个区块（大约每两周），协议都会检查矿工发现每个区块获胜哈希所需的时间，并将其与应花费的 20,160 分钟（10 x 2,016）进行比较。
如果挖矿比特币的人数突然激增，并且新区块被发现得太快，算法将增加目标哈希难度（增加前面的零的数量）以减慢矿工的速度。
相反，如果矿工数量减少或他们发现新区块花费的时间过长，算法将使后续的目标哈希更容易（通过减少前面的零的数量）。
可以将其想象成通过增加或减少魔方的行数来调整完成魔方的难度。
例如，一个 3x3 的魔方比一个 5x5 的魔方更容易解决，依此类推。
设备
为了在网络中获得竞争优势，许多矿工使用专用集成电路 (ASIC) 挖矿设备。这些机器每秒能够生成数亿个哈希，并且可以并行运行，从而使所有者有更大的机会赢得区块奖励。
包括 Riot Platforms、Marathon Digital 和 CleanSpark Inc. 在内的几家大型上市公司目前运营着包含数千台 ASIC 挖矿设备的巨型加密货币挖矿设施。
这些大型机构的参与极大地增加了比特币的整体算力，使得发现新区块变得越来越困难。
任何人都可以使用多个免费在线算力图表随时查看当前的比特币算力。
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