比特幣挖礦：完整指南
什麼是比特幣挖礦？⛏️
比特幣挖礦是一個驗證比特幣交易並發行新的比特幣 (BTC) 到流通中的過程。
比特幣挖礦有助於：
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激勵礦工，他們為比特幣區塊鏈提出並驗證新交易。
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保護比特幣區塊鏈免受攻擊。
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管理首次進入市場的比特幣加密貨幣新單位的創建和流動。
與實體開採黃金等貴金屬類似，挖礦比特幣需要專門的硬件、能源和一點運氣。
然而，比特幣礦工不是使用鏟子和淘金盤，而是使用專用計算設備相互競爭。
每個礦工的目標是贏得一場基於密碼學的競賽。每輪的獲勝者都會因其努力而獲得備受追捧的區塊獎勵。他們還被授予提出一個新的待處理交易數據區塊以加入區塊鏈的權利。
如果這對您來說是全新的，請繼續閱讀我們下面關於比特幣挖礦的完整指南。
但是，如果您想獲得更深入、更技術性的理解，您可能會對我們的文章《加密貨幣如何使用密碼學？》感興趣。
為何需要比特幣挖礦？
在深入了解比特幣的運作機制之前，首先了解比特幣挖礦為何存在是很重要的。
比特幣網絡並非由中央銀行、權勢億萬富翁或中介金融機構管理。它由遍布全球的志願者共同管理，而且任何人都可以加入。
這意味著比特幣的運作和功能依賴於其用戶的合作。作為將其計算能力用於驗證交易的回報，協議會獎勵礦工新的比特幣加密貨幣單位。
通過激勵合作，礦工們共同幫助保護網絡，使惡意行為者難以獲得網絡的控制權。
了解去中心化
為了更好地理解比特幣的去中心化，讓我們看看像 Uber 這樣傳統的、由中心化控制的公司。
想像一下，如果 Uber 是由其數百萬計的計程車司機和應用程式用戶共同管理，而不是由一小群高層主管管理。在這種更去中心化的 Uber 模式中，所有參與方將共同決定司機的薪酬以及叫車應用程式的運作方式 — 而不是由執行團隊為他們做出這些決定。
此外，公司不再管理行政和應用程式開發等重要職位，世界上任何人都可以使用自己的設備在家中為這些職位做出貢獻。這可以為所有人創造一個更易於訪問和透明的生態系統。
話雖如此，這種程度的去中心化可能會引發一些嚴重的問題；如果任何人都可以參與網絡，並且沒有單一權威機構來監督其運作，那麼它如何阻止不誠實的人試圖破壞網絡，以及如何確保每個人都有效協作？
這就是區塊鏈共識機制發揮作用的地方。
比特幣挖礦如何運作？⚙️
簡而言之，比特幣挖礦是一場贏得運氣遊戲的競賽，大約每十分鐘重複一次。
它涉及礦工使用專門機器生成隨機值。誰生成的值超過目標值，誰就獲勝。困難的部分是，礦工無法控制他們創建的值。他們只需要不斷生成新值，希望最終能偶然發現一個獲勝的值。
一旦有人成功，他們就會將其值廣播給網絡中的所有其他礦工以檢查其有效性。
理解這個過程的一個更簡單的方法是，想像成千上萬的人同時蒙著眼睛嘗試解決魔術方塊。
一開始，每個人都有自己同樣被打亂的方塊。比賽開始後，每個人都開始隨機轉動他們的方塊，直到監考人宣布獲勝者。其餘的參賽者摘下眼罩，檢查獲勝者的方塊以驗證其完成度。然後，比賽重新開始。
到目前為止還能理解嗎？讓我們深入一點。
更具體地說，礦工們使用專用電腦相互競爭，生成加密雜湊值 — 通常每秒數百萬個 — 希望能第一個猜中正確的雜湊值。
您可以將每個新的雜湊值視為魔術方塊的一次轉動。
哪個礦工第一個猜中正確的雜湊值，就獲得將該區塊添加到區塊鏈的權利。作為他們工作的回報，礦工會收到區塊獎勵。
比特幣工作量證明共識機制
區塊鏈共識機制是一種電腦驅動的系統，它確保去中心化網絡中的參與者能夠就進入區塊鏈的新數據達成共識。
由於比特幣區塊及其內部的交易數據一旦添加到區塊鏈中就會永久存在，因此這些信息的有效性至關重要。
例如，網絡必須確保人們不會嘗試轉移他們實際沒有的資金，或者通過同時將相同的餘額發送給兩個人來「雙重支付」。
共識機制幫助網絡共同解決這些問題，以確保新交易在永久添加到區塊鏈之前遵循協議規則。
區塊鏈網絡中可以採用多種不同的共識機制，每種機制都有其特定的方法來篩選出不誠實的用戶。
比特幣使用工作量證明 (PoW) 共識機制 — 一種涉及計算能力和能源的系統，以確保參與者為網絡的最佳利益行事。
這種方法利用了博弈論的原理，博弈論是一門研究人類如何相互作用的數學學科。通過要求參與者投入成本 — 購買設備和支付運營費用 — 工作量證明系統有助於阻止惡意行為者試圖破壞網絡。
您可以在我們的 Kraken 學習中心文章《什麼是區塊鏈共識機制？》中了解更多關於工作量證明和其他類型的共識機制。
什麼是加密雜湊值？
雜湊值是當有人將任何類型的輸入通過加密雜湊函數運行時創建的固定長度代碼。
您可以將加密雜湊函數想像成神奇的代碼機器，它可以將從單個字母到百科全書的任何內容轉換成一個完全獨特且隨機的固定長度代碼。
多年來，各種雜湊算法不斷湧現。每種算法都使用不同的方法來接收輸入並將其轉換為隨機代碼。
比特幣網絡使用安全雜湊算法 256 (SHA-256)，該算法最初由美國國家安全局 (NSA) 開發。
SHA-256 雜湊值是 28 個字符的固定長度十六進制代碼，其中包含 0-9 之間的數字和 A-F 之間的字母。
無論輸入的大小如何，它都會生成相同長度的代碼。例如，將單詞「Hello」或整本《魔戒》書籍通過 SHA-256 算法運行，都會產生兩個獨特的 28 個字符的雜湊代碼。
雜湊值在挖礦過程中至關重要，因為它們具有許多獨特的特性。
雜湊值具有：
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確定性 — 相同的輸入將始終產生完全相同的雜湊代碼。
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單向性 — 雖然將輸入轉換為雜湊值很容易，但從輸出中不可能知道輸入是什麼。
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隨機性 — 雜湊代碼與其輸入沒有任何相似之處。
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唯一性 — 沒有兩個雜湊值是完全相同的。
這些特性的特別之處在於，如果一個人只修改輸入的一小部分，它就會產生一個完全不同的輸出。
例如，如果您更改《魔戒》書籍中的一個字母，它將產生一個全新的雜湊代碼，與第一個完全不同。
任何人都可以通過將任何輸入通過加密雜湊函數運行來創建雜湊值。您甚至可以使用免費的在線雜湊計算器自行嘗試。
比特幣礦工如何贏得區塊獎勵？🏆
為了贏得比特幣挖礦競賽並獲得區塊獎勵，礦工必須創建一個雜湊值，其值等於或低於比特幣協議本身自動設定的目標。這個值被稱為目標雜湊值。
每個目標雜湊值前面都會有一定數量的零。根據當前的挖礦難度（同樣由協議自動設定），前面可能只有幾個零，也可能有很多。
目標雜湊值前面的零越多，礦工就越難擊敗它，反之亦然。
例如，一個典型的比特幣目標雜湊值可能看起來像這樣。
00000000000a28ba41fe240e0b37
一個更容易擊敗的目標雜湊值可能看起來像這樣。
000agh3h5g6711deabcc650918d9
您是否注意到它前面的零明顯減少了？
雖然這看起來微不足道，但前面多加一個零會使競爭難度增加數百倍。
您可以將其視為拋硬幣連續三次正面朝上與連續二十次正面朝上之間的區別。
每個新交易區塊的目標雜湊值首先作為前一個區塊的一部分廣播到網絡。此信息存儲在區塊頭中，區塊頭是比特幣區塊的一部分，用於存儲幾項重要的識別信息。
區塊頭中還有一個稱為 nonce 的值，它是「number used once」（一次性數字）的縮寫。
在創建一個雜湊值以擊敗目標雜湊值時，所有礦工都會獲取前一個區塊的區塊頭，將 nonce 更改為一個新數字，然後將其通過 SHA-256 雜湊算法運行。每次 nonce 值更改時，都會產生一個全新的雜湊值。
由於礦工不可能知道什麼輸入會產生什麼雜湊值，因此擊敗目標純粹是試錯的問題。
猜測和檢查的過程持續進行，直到一名礦工成功創建一個雜湊值，其前面的零與當前目標雜湊值相同或更多。
獲勝的礦工隨後向區塊鏈上的所有其他礦工提出一個新的交易數據區塊，供他們獨立驗證。這些未贏得挖礦競賽的其他礦工會獨立驗證提議的區塊，以確保其有效。
贏得比特幣區塊獎勵有多難？🎛️
贏得挖礦競賽並獲得區塊獎勵的難易程度取決於三個關鍵因素：
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雜湊率。
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挖礦難度。
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設備。
雜湊率
雜湊率是用於追蹤區塊鏈網絡中所有礦工總計算能力的指標。簡而言之，它結合了每個礦工使用其機器每秒產生的雜湊值數量。
這項測量提供了對區塊鏈挖礦網絡總規模及其抵禦多數攻擊安全性的見解。
隨著網絡雜湊率的上升，通常會導致挖礦難度增加，反之亦然。
回到魔術方塊的例子，參與解方塊的人越多，獲勝的機會就越低。
挖礦難度
比特幣協議內置了一項功能，可自動調整挖礦競賽的難度，以確保礦工能夠盡可能接近 10 分鐘的區塊時間目標來持續發現新區塊。
如上所述，每當礦工成功擊敗目標雜湊值並獲得將新區塊添加到區塊鏈的權利時，新鑄造的比特幣就會通過區塊獎勵進入流通。
為了確保隨著網絡中新礦工數量不斷增加，新幣不會湧入市場，比特幣的創造者中本聰在其發布前，在比特幣協議中編寫了一個算法難度調整系統來解決這個問題。
比特幣挖礦難度算法規定，每 2,016 個區塊（大約每兩週）之後，協議會檢查礦工發現每個區塊獲勝雜湊值所需的時間，並將該時間與應花費的 20,160 分鐘（10 x 2,016）進行比較。
如果突然有大量人挖礦比特幣，並且新區塊被發現得太快，算法將增加目標雜湊值的難度（增加前面的零數量）以減緩礦工的速度。
相反，如果礦工數量減少或他們發現新區塊所需時間過長，算法將使後續的目標雜湊值更容易（通過減少前面的零數量）。
想像一下，這就像通過增加或減少魔術方塊的行數來調整完成魔術方塊的難度。
例如，一個 3x3 的方塊會比 5x5 的方塊容易解決得多，依此類推。
設備
為了在網絡中獲得競爭優勢，許多礦工使用應用程式專用積體電路 (ASIC) 挖礦設備。這些機器每秒能夠生成數億個雜湊值，並且可以並行運行，為所有者提供更大的機會贏得區塊獎勵。
包括 Riot Platforms、Marathon Digital 和 CleanSpark Inc. 在內的幾家大型上市公司目前運營著龐大的加密貨幣挖礦設施，其中包含數千台 ASIC 挖礦機。
這些大型機構的參與極大地增加了比特幣的整體雜湊率，使得發現新區塊變得越來越困難。
任何人都可以隨時使用多個免費的在線雜湊率圖表查看當前的比特幣雜湊率。
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