在第一期《从零开始》中，我们提到比特币被称为“数字黄金”。就像开采黄金一样，新的比特币也需要通过挖矿获得。什么是比特币挖矿，比特币挖矿是如何发展的，如今参与挖矿的流程是怎样的？下面将为您一一解答。
什么是比特币挖矿
首先我们回顾一下比特币的特点。比特币是一种去中心化的数字货币，不依赖任何中央机构或政府进行发行和管理。相反，交易记录存储在公共分布式账本中，这也是区块链。
简单来说，区块链是一个公开透明的数据库（一个大账本），记录了所有的比特币交易。一定数量的交易记录会被记录到一个区块（一个记录每个时间段交易的小账本，用于存档），并通过加密算法与前一个区块链接起来，形成一个不可逆、不可逆的区块。链。
这些数据存储在所有网络节点上，而不是存储在集中式服务器上。每个节点都有一份完整的账本副本，并采用共识机制来保证节点之间数据的一致性。任何人都可以查看和验证区块链上的数据欧易交易所，但任何人都不能单方面修改或删除数据（账户记录只会越来越多，而且一旦写入就无法删除）。这保证了加密货币交易的真实性和可信性。
由于没有中心化的管理组织，谁来负责创建和验证区块，即谁来完成“记账”步骤？结论是某位幸运的矿工，因为矿工并没有白白帮忙“记账”，而是记账后可以获得一定数量的比特币奖励，这就是比特币初始分配的过程。
为了获得“记账”带来的比特币收益，每个矿工都会想参与，但一次只有一个人可以“记账”。这时候就需要一个筛选机制来决定谁来“记账”。这种机制可以简单理解为为比赛做算术题。当然，矿工并不是自己做，而是利用自己的硬件设备（比如电脑、专用矿机等）来做。谁先正确解决问题，谁就获得“记账权”。你还可以获得新发行的比特币奖励，这个过程称为“挖矿”。
如果两个矿工同时计算结果怎么办？此时会发生分叉，这意味着区块链的末端区块存在差异。事实上，这只会暂时出现，不会长期存在。原因是，一旦其他矿工确认本次挖矿成功，他们就会投资下一次挖矿。如果其他矿工再次挖矿成功，这条区块链将比另一条区块链多一个区域。区块链中的原则是只认最长的链接，所以另一个成功挖矿的矿工很快就会放弃之前的区块，以最长的区块链为准。
图1 最长链原理
另外，矿工所做的算术问题是由比特币网络的自动算法解决的。没有人okx，包括算法的作者，可以提前知道答案。也就是说，该算法自动控制问题并发出新的位。货币。挖矿的难度并不是一成不变的。该算法会自动调整难度，维持平均10分钟记录一个区块。这就是为什么现在挖矿需要越来越多的算力（因为参与者越来越多，总算力不断增加，所以保持解决问题的时间不变只会让问题越来越难）同样，挖矿奖励并不是恒定的，因为比特币的供应量仅限于 2100 万个。不能无限期发行，所以需要控制发行速度。它采用的控制方式被称为“周期性减半”。
周期性减半意味着每出现21万个区块，比特币的挖矿奖励就会减半。由于平均每10分钟生成一个区块，因此生成21万个区块需要210万分钟，大约需要4年时间。 。例如，初始挖矿奖励为50个比特币，即平均每10分钟产生50个比特币。 2012 年 11 月 28 日，比特币拥有 210,000 个区块。此后，挖矿奖励减半至平均每10分钟25个比特币。截至目前，比特币已经经历了3次减半。目前的挖矿奖励是每10分钟6.25个比特币。到2023年8月8日，比特币的区块高度为802,178，下一次减半事件将在达到840,000时发生。也就是说，不到一年的时间，比特币挖矿奖励将减少到平均每10分钟3.125个比特币。历史上的三次减半后，比特币的价格都有明显的上涨趋势。
图2 比特币减半（一）
比特币挖矿的发展和流程
我们在上一节中提到，简单来说，挖矿就是利用计算机做算术题。事实上，一开始也是如此。当问题没那么困难的时候，也就是总算力不大的时候，挖矿的门槛很低。每个人都可以使用个人计算机参与，而我的计算机则使用 CPU。随着比特币价格的上涨，参与比特币挖矿的人数开始快速增长。奖励没有变化，但获得奖励的人更多了。自然，每个人获胜的概率就变小了。于是，矿工开始通过提升算力来提升算力。以提高采矿效率。
2010年9月，比特币GPU挖矿代码出现，打破了CPU挖矿规则。据估计，当时GPU的计算能力比CPU高3个数量级。在个人电脑CPU挖矿时代，GPU挖矿的出现可以说是一次降维打击，所以短短7个月后，整个网络算力就增长了3500倍，一年后增长了约10万倍。至此，个人电脑挖矿已经成为过去式，GPU算力主导比特币挖矿市场。
图3 2010年7月至2011年2月比特币网络算力增长情况（2）
GPU算力的优势让矿工获得了更多的利润。因此，借助2011年比特币牛市（期间比特币一度从0.08美元涨至30美元），算力军备竞赛也正式开始。
2011年6月，一种名为FPGA的专业挖矿设备被广泛提及。这是第一个专业挖矿芯片设计。在原有GPU的基础上，再次提升了约3个数量级，但由于其开发难度大，算力提升缓慢。过了不久，它就被后面提到的ASIC所取代。
2013年，比特币迎来减半后的第二次牛市，新一轮算力涌入。比特币挖矿变得更加困难，大家不得不寻找算力更强大的设备，专门为挖矿而设计的ASIC（专用集成电路）芯片应运而生。由于其算力集中等特点，虽然ASIC矿机的初始成本通常高于GPU或CPU挖矿，但它们可以以较低的单位能耗实现更高的计算速度。挖矿硬件更高，但由于其高效率和性能，随着时间的推移可以节省更多成本。据相关报道（3），全球市场上95%的矿机产自中国，其中80%以上是比特大陆旗下的蚂蚁矿机系列。可以说，比特大陆就像显卡市场上的。
随着币价上涨，算力提升，普通矿工很难凭借手中的算力来挖比特币。因此，他们需要加入矿池，汇集算力进行挖矿，然后按照实际算力比例进行。利润分配。
矿池的形成是算力竞争下的自然演化。由于矿池算力占比较高，挖出区块的概率较大。获得奖励后，根据矿池中矿机的算力分配挖矿收益。为矿机拥有者带来稳定的挖矿收入，而个人/小矿场却饥肠辘辘。在挖矿难度不断上升的情况下，获得挖矿奖励的概率不断降低。此外，大型矿场的市场竞争优势将吸引更多矿机主加入，进一步强化其优势。在这种良性循环下，几家领先的矿池将逐渐占据比特币的绝大多数算力。目前，仅排名前五的矿池算力就占据了整个比特币网络算力的80%。
图4 矿池份额占比（4）
矿池到位后，目前的挖矿流程可以简单分为四个步骤。
图5 挖矿参与流程
矿工从矿机厂家购买矿机，然后将矿机托管在专业矿场，加入矿池进行挖矿。这里很容易混淆矿池和矿场，但实际上很容易区分它们。矿场是放置矿机的物理存在的地方。与实体矿场不同，矿池存在于网络中，本身不进行挖矿计算。相反，他们将计算任务分配给连接到矿池的矿机，汇集不同矿机的算力一起挖矿。 。
图6 某矿井
由于充沛的低电价和硬件设备，中国大陆一直是加密货币公司的热门目的地。中国矿工的全网算力（算力）一度接近全球的四分之三。从电力资源来看，中国大陆矿场主要集中在四川、内蒙古、新疆、云南等地区。
2021年3月，由于中国未能实现2020年节能减排目标，内蒙古宣布将逐步关闭加密货币挖矿业务。 5月至6月间，国务院和地方政府密集出台政策限制加密数字货币交易并禁止加密货币矿场运营。短短一个月时间，中国90%的比特币矿场离线，大量企业迁往海外。此后，中国几乎退出了比特币挖矿市场。
图7 比特币挖矿比例分布（5）
总结
本期我们介绍了比特币挖矿的理论和实际应用发展。比特币挖矿机制自诞生以来就是一个巨大的创新。它是比特币网络的核心机制，不仅保证了比特币的去中心化发行，也维护了比特币的安全可信。
随着行业的发展，比特币挖矿受到了一些影响，比如能耗高、环保不够，或者算力因政策原因被撤出中国大陆，但同时也充满了挑战。机会，而比特币价值的上涨让很多矿机厂商都被吸引了，而随着算力的大幅提升，矿池的出现让散户也能分到一杯羹。
网友评论