什么是比特币挖矿?

目录

  1. 比特币为什么需要挖矿?
  2. 比特币挖矿的目的是什么?
  3. 比特币挖矿如何保护比特币网络?
  4. 比特币挖矿是如何进行的?
  5. 比特币的哈希算法是什么?
  6. 比特币挖矿中的难度调整是什么?
  7. 比特币挖矿合法吗?
  8. 比特币挖矿有利可图吗?
  9. 比特币挖矿如何影响比特币价格?

新比特币的铸造过程在某些方面类似于从地下开采贵金属。因此,这一过程被人们称为“比特币挖矿”。

正如《比特币白皮书》中所说:

这种新货币数额持续稳定的增长类似于黄金矿工耗费资源来增加黄金的流通量。​对于比特币来说,消耗的资源是 CPU 计算时间和电力。

比特币挖矿可以简单概述如下:

  • 人们通过在一个被称为 "工作量证明" (PoW) 的过程中应用计算能力来竞争获得比特币奖励。这一过程之所以被称为“工作量证明”,是因为只有那些证明投入了足够资源(工作)的参与者(矿工)才有机会赢得奖励。
  • 大约每 10 分钟,就会有一位胜出的“矿工”获得奖励。
  • 奖励是双重的:(1)“区块奖励”,即新发行的比特币。区块奖励目前设定为 6.25 个比特币(但会在 2024 年 5 月初减半,然后在四年后再减半,以此类推);(2) 与当前区块中所有交易相关的各种手续费。

比特币为什么需要挖矿?

比特币挖矿是比特币网络系统的一个重要组成部分,用于达成对账本当前状态的共识。这是让人们能够安全地进行比特币交易的核心。

比特币网络是一个全球级的分布式公共账本,由一个巨大的带有时间戳的交易列表组成。该交易列表记录了所有的账户至今为止的所有交易,例如,A 在星期一上午 10 点向 B 发送了 1 个比特币。账本大约每 10 分钟更新一次,即,增加列出新交易的“区块”。账本被数以千计的被称为“节点”的参与者自动存储,因此,账本的存在让任何人可以看到比特币所有权的当前状态和完整历史。

根据设计,没有一个中心化的机构可以决定哪些交易应该被加入到新区块中。相反,这些“事实”是由各节点根据比特币协议集体协调达成的。这种去中心化使比特币具有一些非常有趣的特性,即抗审查性和无需许可性。

大多数节点只进行交易真实性的验证、存储账本,并将更新传递给其他节点(更新的形式是在链上添加新的区块)。另一方面,有一小部分被称为矿工的节点群体,以相互竞争的方式创建新的区块。当矿工创建新的区块时,他们实际上是在更新账本的状态,或者说是在更新关于谁拥有什么的“事实”。

比特币挖矿的目的是什么?

比特币挖矿有以下几个功能:

  1. 它是分配新币的一种方法。
  2. 比特币设有一套完整的机制用于确保仅在区块链上添加有效的交易,比特币挖矿就是这一套机制中的一部分。
  3. 它是一种在有限的吞吐量下对交易进行优先排序的方法(它为有限的区块空间创造了一个公平的市场)。
  4. 它为参与者(矿工)提供财务激励,促使其为比特币网络贡献能量,从而有助于保护网络免受攻击者的影响。

比特币挖矿如何保护比特币网络?

由于挖矿采用工作量证明机制,因此,潜在攻击者需要在攻击中投入的资源要比可以从攻击中获得的资源还多,从而有助于保护比特币网络的安全。换句话说,挖矿确保了攻击比特币是一个赔钱(并且成本高昂)的买卖,这使得比特币攻击发生的可能性非常小。

比特币挖矿是如何进行的?

这一过程在比特币白皮书中概述如下:

  1. 新交易向所有节点广播。2) 每个节点将新交易收集到一个区块。3) 每个节点为它的区块寻找工作量证明。4) 当一个节点找到了工作量证明,就向所有节点广播这个区块。5) 节点只有在区块内所有交易都是有效的且之前没有被消费的情况下接受这个区块。6) 节点通过使用当前区块的哈希值作为上一个哈希值在链中创建下一个区块的方式表示对当前区块的接受。

让我们把这一过程分解成更多的细节。

首先,矿工是向账本提出更新的人,只有成功完成工作量证明的矿工才被允许添加新的区块。这已被编入比特币协议。

矿工可以从一个已被节点广播给网络的潜在交易池中自由选择有效的交易。这些交易被收集到“mempool”(内存池)中。 理性诚信的矿工根据交易费用从 mempool 中选择交易,优化得到更高的费用。这就产生了费用市场,有助于确保有限的区块空间得到公平使用。

第一个完成工作量证明的矿工将他/她提出的新区块广播给更广泛的节点网络,然后这些节点会进行检查以确保该区块遵循协议规则。这里的关键规则是:(1) 区块中的所有交易都是有效的(即,没有重复消费);(2) 新区块适当地引用了前一个区块,并在链中作为下一个区块进行编号(即,新区块构成最长链中的最新区块)。如果该区块遵循协议规则,这些节点会将其发送给其他节点,然后其他节点也会完成同样的过程。通过这种方式,新区块在网络中传播,直到它被广泛接受为事实。

然而,会发生这样一种情况(而且经常会发生):多名矿工几乎在同一时间完成工作量证明,并同时向网络广播他们的新区块。此外,由于网络延迟和地理位置上的差异,不同节点可能在稍微不同的时间收到新提出的区块。

请注意,不同的矿工提出的新区块可能会略有不同。这是因为,如前所述,矿工是选择将哪些交易纳入区块的人。当两个矿工发出不同的新区块时,竞争性的“事实”版本开始在网络上传播。网络倾向于选择让链以更快速度增长的那个“事实”作为正确版本。

我们来分析一下最后一部分。想象一下,有两条相互竞争的链。假设 75 %的矿工选择了版本 A,并开始为下一个区块进行工作量证明。而 25% 的矿工选择了其他版本,并开始在所选版本的基础上进行同样的工作。据统计,在版本 A 上工作的矿工更有可能首先完成工作量证明,将新版本广播到网络上。由于节点总是以生成最长的链作为选择依据,版本 A 很快会在网络中占据主导地位。事实上,随着链的增长,版本 B 增长较快的可能性会随之消失。当添加 6 个区块后,这从统计学上来说已是不可能的了。

比特币的哈希算法是什么?

比特币使用一种军事级别的加密算法,被称为安全哈希算法 2 (SHA2)。当比特币矿工在找到一个只能通过运行哈希算法才能产生的随机数时,就可以获得比特币奖励。这个过程,本质上是一种计算彩票,需要消耗大量的算力。

比特币挖矿中的难度调整是什么?

工作量证明的难度水平会在每开采 2,016 个区块时自动调整一次,大约每 2 周一次。调整的目的是使新区块的开采时间保持在每个区块 10 分钟。

对计算能力(或称算力)总量的调整因素被应用于哈希算法。随着算力的增加,计算难度也随之增加,使挖矿变得更加困难。如果算力减少,那么计算难度会随之降低,使挖矿变得更加容易。

比特币挖矿合法吗?

比特币挖矿在大多数地区都是合法的,包括美国、欧洲和中国。

比特币挖矿有利可图吗?

比特币挖矿是一个竞争激烈的行业,利润很低。主要的投入是电力,尽管在硬件和设施方面也需要大量的前期投资。盈利主要依靠持续获得低成本的电力,同时配合使用最高效的硬件。

比特币挖矿是一个自然平衡的系统。矿工的利润会随着比特币价格的上涨而增加。这吸引了更多的矿工入场。然而,更多新矿工的入场又导致铸造新区块的难度增加。这导致所有参与者必须耗费更多的资源才能挖掘到新币,从而降低了利润率。

比特币挖矿如何影响比特币价格?

在大多数情况下,矿工会出售他们赢得的比特币来支付挖矿的相关费用。然后,这些费用就促成了比特币的净卖出压力。

请注意,这一机制与贵金属的开采略有不同。例如,如果黄金的价格上涨,会吸引更多的矿工进入市场。更多矿工的加入会导致产生更多的黄金产量,这将最终降低黄金的市场价格。而对于比特币,比特币的产生(铸造)数量已经在比特币协议中预先设定了(即,不受矿工数量和算力的影响)。

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