什么是比特币挖矿？
比特币挖矿是新比特币进入流通的过程。这也是网络确认新交易的方式，是区块链账本维护和开发的关键组成部分。“挖矿”使用复杂的硬件来解决极其复杂的计算数学问题。第一台找到问题解决方案的计算机将收到下一个比特币区块，然后重新开始该过程。
加密货币挖矿既费力又费钱，而且回报也只是偶尔有。尽管如此，挖矿对许多对加密货币感兴趣的投资者来说还是很有吸引力，因为矿工可以通过挖矿获得加密代币作为回报。这可能是因为企业家们认为挖矿是天上掉下来的钱，就像 1849 年的加州淘金者一样。如果你有技术天赋，为什么不去挖矿呢？
矿工获得的比特币奖励是一种激励，它激励人们协助挖矿的主要目的：使比特币交易合法化并进行监控，确保其有效性。由于世界各地的许多用户都承担着这些责任，比特币是一种“去中心化”的加密货币，或者说，它不依赖任何中央机构（如中央银行或政府）来监督其监管。
然而，在你投入时间和设备之前，请先阅读本文以了解挖矿是否真的适合您。
概要
- 通过挖矿，您无需投入资金即可赚取加密货币。
- 比特币矿工因完成已验证交易的“区块”而获得比特币作为奖励，这些交易会被添加到区块链中。
- 挖矿奖励支付给最先发现复杂哈希难题解决方案的矿工，参与者成为发现解决方案的人的概率与网络总挖矿能力的部分有关。
- 您需要一个图形处理单元 (GPU) 或一个专用集成电路 (ASIC) 来设置采矿设备。
自始至终，当我们提到网络或加密货币作为一个概念时，我们使用大写“B”的“比特币”，而当我们提到一定数量的单个代币时，则使用小写“b”的“比特币”。
为什么比特币需要矿工
区块链“挖矿”是指网络中节点为赚取新代币而进行的计算工作。实际上，矿工实际上是作为审计员获得报酬。他们的工作是验证比特币交易的合法性。这一惯例旨在让比特币用户保持诚实，由比特币创始人中本聪(Satoshi Nakamoto)构想。通过验证交易，矿工正在帮助防止“双重支付问题”。
双重支付是指比特币持有者非法使用同一比特币两次。对于实物货币来说，这不是问题：当你把一张 20 美元的钞票交给某人去买一瓶伏特加时，你就不再拥有这瓶伏特加了，所以你不会有使用同一张 20 美元钞票在隔壁买彩票的风险。虽然伪造现金是可能的，但这与真正花掉同一美元两次并不完全一样。然而，对于数字货币，正如雅虎财经词典所解释的那样，“存在这样的风险，即持有者可以复制数字代币并将其发送给商家或其他方，同时保留原件。”
假设你有一张 20 美元的真钞和一张 20 美元的假钞。如果你试图同时花掉真钞和假钞，那么如果有人仔细查看了两张钞票的序列号，就会发现它们是同一个号码，因此其中一张一定是假的。区块链矿工的工作与此类似——他们检查交易以确保用户没有非法尝试两次使用同一个比特币。这不是一个完美的类比——我们将在下文中详细解释。
单个比特币区块只能容纳 1MB 的交易数据。1MB 的限制是由中本聪设定的，这引起了争议，因为一些矿工认为区块大小应该增加以容纳更多数据，这实际上意味着比特币网络可以更快地处理和验证交易。
为什么要挖掘比特币？
除了让矿工赚得盆满钵满并支持比特币生态系统之外，挖矿还有另一个重要目的：这是将新的加密货币投入流通的唯一途径。换句话说，矿工基本上是在“铸造”货币。例如，截至 2022 年 3 月，在比特币总量 2100 万中，流通中的比特币数量略低于 1900 万。
除了通过创世区块（创始人中本聪创建的第一个区块）铸造的硬币外，每一个比特币都是因为矿工而产生的。如果没有矿工，比特币作为一个网络仍然存在并且可用，但永远不会有任何额外的比特币。然而，由于比特币“开采”的速度随着时间的推移而降低，最终的比特币要到 2140 年左右才会流通。这并不意味着交易将不再需要验证。矿工将继续验证交易，并因此获得费用，以保持比特币网络的完整性。
要赚取新的比特币，您需要成为第一个找到数字问题的正确答案或最接近答案的矿工。这个过程也称为工作量证明 (PoW) 。开始挖矿就是开始参与这种工作量证明活动以找到难题的答案。
实际上并不涉及任何高级数学或计算。您可能听说过矿工正在解决困难的数学问题——这是真的，但并不是因为数学本身很难。他们实际上在做的是试图成为第一个想出小于或等于目标哈希值的 64 位十六进制数（“哈希值”）的矿工。这基本上是猜测。
因此，这是一个随机性问题，但对于每个问题，可能的猜测总数都达到数万亿，因此这是一项极其艰巨的工作。而且，随着每个矿工加入挖矿网络，可能的解决方案数量（称为挖矿难度）只会增加。为了首先解决问题，矿工需要大量的计算能力。要成功挖矿，您需要拥有较高的“哈希率”，以每秒千兆哈希 (GH/s) 和每秒太哈希 (TH/s) 为单位。
除了新挖出的比特币的短期收益外，作为一名挖矿者，当比特币网络协议提出变更时，你还可以获得“投票”权。这被称为比特币改进协议 (BIP)。换句话说，矿工对分叉等问题的决策过程有一定程度的影响。你拥有的哈希算力越多，你对此类举措的投票就越多。
矿工能赚多少钱
比特币挖矿的奖励大约每四年减少一半。2009 年首次开采比特币时，开采一个区块可获得 50 BTC。2012 年，这一数字减半为 25 BTC。到 2016 年，这一数字再次减半为 12.5 BTC。2020 年 5 月 11 日，奖励再次减半为 6.25 BTC。
截至 2022 年 3 月，比特币的价格约为每比特币 39,000 美元，这意味着完成一个区块将为您带来 243,750 美元（6.25 x 39,000）的收入。这似乎是一个不错的激励，可以解决上述复杂的哈希问题。
要准确跟踪这些减半发生的时间，您可以查阅比特币时钟，它会实时更新此信息。有趣的是，纵观比特币的发展历史，其市场价格往往与新币进入流通的减少密切相关。通货膨胀率的降低增加了稀缺性，从历史上看，价格也随之上涨。
如果你想估算用你的挖矿设备的哈希率可以挖出多少比特币， CryptoCompare网站提供了一个有用的计算器。其他网络资源也提供类似的工具。
挖掘比特币需要什么
尽管在比特币早期，个人能够使用普通家用个人电脑来竞争区块，但这种情况已不复存在。原因是比特币挖矿难度会随时间而变化。
为了确保区块链平稳运行并能够处理和验证交易，比特币网络的目标是每 10 分钟左右生成一个区块。但是，如果有 100 万台采矿设备竞争解决哈希问题，它们可能会比 10 台采矿设备处理同一问题的情况更快地找到解决方案。因此，比特币的设计是每 2,016 个区块（大约每两周）评估和调整一次采矿难度。
当有更多计算能力共同挖掘比特币时，挖掘难度会增加，以保持区块生产率稳定。计算能力越少，难度就越低。在今天的网络规模下，一台个人电脑挖掘比特币几乎肯定一无所获。
挖矿硬件
所有这些都表明，为了提高挖矿竞争力，矿工现在必须投资强大的计算机设备，例如图形处理单元 (GPU)，或者更现实地说，专用集成电路 (ASIC) 。这些设备的价格从 500 美元到数万美元不等。一些矿工（尤其是以太坊矿工）会购买单独的显卡，以低成本拼凑挖矿作业。
如今，比特币挖矿硬件几乎全部由 ASIC 机器组成，在这种情况下，这些机器只做一件事：挖比特币。如今的 ASIC 比 CPU 或 GPU 强大许多个数量级，随着新芯片的开发和部署，每隔几个月就会获得更高的哈希能力和能源效率。如今的矿工可以以每太赫兹 27.5 焦耳的速度产生近 200 TH/s 的算力。
类比
假设我告诉三个朋友，我正在想一个介于 1 到 100 之间的数字，我将这个数字写在一张纸上，然后封进信封。我的朋友不必猜出确切的数字；他们只需第一个猜出小于或等于这个数字的任何数字即可。而且他们猜的次数没有限制。
假设我正在思考数字 19。如果朋友 A 猜 21，他们就输了，因为 21 > 19。如果朋友 B 猜 16，朋友 C 猜 12，那么他们理论上都得出了可行的答案，因为 16 < 19 且 12 < 19。朋友 B 没有“额外加分”，尽管 B 的答案更接近目标答案 19。现在想象一下，我提出“猜猜我在思考什么数字”的问题，但我不只是问三个朋友，我思考的也不是 1 到 100 之间的数字。相反，我问的是数百万名潜在的矿工，我在思考一个 64 位十六进制数。现在你会发现猜出正确答案将极其困难。如果 B 和 C 同时回答，那么系统就会崩溃。
用比特币术语来说，同时出现的答案经常出现，但最终只有一个答案会获胜。当同时出现的多个答案等于或小于目标数字时，比特币网络将通过简单多数（51%）来决定哪个矿工会获胜。
通常，矿工是工作量最大的人，换句话说，是验证交易最多的人。失败的区块将成为“孤块”。孤块是指未添加到区块链的区块。成功解决哈希问题但未验证最多交易的矿工不会获得比特币奖励。
采矿过程
什么是“64 位十六进制数”？
以下是此类数字的一个例子：
0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee
上面的数字有 64 位。到目前为止很容易理解。您可能已经注意到，该数字不仅由数字组成，还包含字母。这是为什么呢？
为了理解这些字母在数字中间的作用，让我们来解析“十六进制”这个词。
十进制以 100 为基数（例如 1% = 0.01）。这反过来意味着多位数字的每一位都有 100 种可能，即从 0 到 99。在计算中，十进制被简化为以 10 为基数，即从 0 到 9。
另一方面，“十六进制”表示以 16 为基数，因为“hex”源自希腊语中的“六”，而“deca”源自希腊语中的“十”。在十六进制系统中，每个数字都有 16 种可能。但我们的数字系统只提供 10 种表示数字的方式（从零到九）。这就是为什么你必须添加字母，具体来说是字母 A、B、C、D、E 和 F。
如果你正在挖掘比特币，则无需计算该 64 位数字（哈希值）的总值。我再说一遍：你不需要计算哈希值的总值。
“64位十六进制数”和比特币挖矿有什么关系？
还记得那个类比吗？数字 19 写在一张纸上，然后放进一个密封的信封里。在比特币挖矿术语中，信封中那个隐喻性的未公开数字被称为目标哈希值。
矿工们用这些巨大的计算机和几十个冷却风扇所做的就是猜测目标哈希值。矿工们通过尽可能快地随机生成尽可能多的“随机数”来进行这些猜测。随机数是“只使用一次的数字”的缩写，随机数是生成我一直提到的这些 64 位十六进制数字的关键。在比特币挖矿中，随机数的大小为 32 位——比哈希值（256 位）小得多。第一个随机数生成小于或等于目标哈希值的矿工将获得完成该区块的荣誉，并获得 6.25 BTC 的战利品。
理论上，你可以通过投掷 16 面骰子 64 次来得到随机数，从而实现同样的目标，但你究竟为什么要这么做呢？
下面的截图取自 Blockchain.info 网站，可能有助于您一目了然地将所有这些信息汇总在一起。您正在查看第 490163 号区块被挖掘时发生的所有事情的摘要。生成“获胜”哈希的随机数是 731511405。目标哈希显示在顶部。术语“由 AntPool 中继”是指这个特定区块是由最成功的采矿池之一 AntPool 完成的（有关采矿池的更多信息，请参见下文）。
如您所见，他们对比特币社区的贡献是他们确认了该区块的 1,768 笔交易。如果您确实想查看该区块的所有 1,768 笔交易，请转到此页面并向下滚动到交易部分。
来源：Blockchain.info
我如何猜测目标哈希？
所有目标哈希都以一串前导零开头。没有最小目标，但比特币协议设定了最大目标。任何目标都不能大于此数字：
00000000ffff0000000000000000000000000000000000000000000000000000
比特币矿工的获胜哈希值至少具有挖矿难度定义的最小前导零数量。
以下是一些随机哈希的示例以及它们是否会帮助矿工成功的标准：
要找到这样的哈希值，你必须拥有一台快速的挖矿设备，或者更现实地说，加入一个挖矿池——一群挖矿者，他们结合自己的计算能力，分割开采的比特币。挖矿池类似于强力球俱乐部，其成员集体购买彩票，并同意分享任何奖金。大量区块是由矿池开采的，而不是由单个矿工开采的。
换句话说，这实际上只是一个数字游戏。您无法猜测模式或根据之前的目标哈希值做出预测。在今天的难度级别下，找到单个哈希值的获胜值的几率是数十万亿分之一。如果您独自工作，即使拥有非常强大的采矿设备，几率也不大。
矿工不仅要考虑解决哈希问题所需的昂贵设备的成本，还必须考虑挖矿设备在寻找解决方案时生成大量随机数所需的大量电力。总而言之，截至撰写本文时，比特币挖矿对大多数个人矿工来说基本上是无利可图的。CryptoCompare网站提供了一个有用的计算器，允许您输入哈希速度和电力成本等数字来估算成本和收益。
来源：CryptoCompare
什么是采矿池？
最先发现难题解决方案的矿工将获得挖矿奖励，参与者成为解决方案的概率等于网络总挖矿算力的比例。
拥有少量挖矿算力的参与者独自发现下一个区块的机会非常小。例如，花费几千美元购买的挖矿卡仅占网络挖矿算力的 0.001% 以下。找到下一个区块的机会如此之小，矿工可能需要很长时间才能找到区块，而难度的上升使情况更加糟糕。矿工可能永远无法收回他们的投资。解决这个问题的答案就是挖矿池。
矿池由第三方运营，负责协调矿工群体。通过在矿池中共同工作并在所有参与者之间分享收益，矿工可以从激活矿机的那天起获得稳定的比特币流。部分矿池的统计数据可在Blockchain.info上查看。
比特币挖矿的镐头策略
如上所述，获取比特币的最简单方法是在众多比特币交易所之一购买。或者，您可以随时利用“镐策略”。这是基于一句老话：在 1849 年加州淘金热期间，明智的投资不是淘金，而是制造用于采矿的镐。
用现代术语来说，就是投资那些制造镐的公司。在加密货币的背景下，镐的等价物是制造用于比特币挖矿的设备的公司。例如，你可以考虑研究制造 ASIC 设备或 GPU 的公司。
挖矿的弊端
挖矿的风险通常来自财务和监管方面。如上所述，比特币挖矿和一般挖矿一样，都存在财务风险，因为人们可能花费大量精力购买价值数百或数千美元的挖矿设备，却得不到任何投资回报。也就是说，加入矿池可以降低这种风险。如果您正在考虑挖矿，但居住在禁止挖矿的地区，您应该重新考虑。在投资挖矿设备之前，最好先研究一下您所在国家/地区的法规和对加密货币的总体看法。
比特币挖矿（以及其他 PoW 系统）增长带来的另一个潜在风险是运行挖矿算法的计算机系统所需的能源消耗不断增加。尽管 ASIC 芯片的微芯片效率已大幅提高，但网络本身的增长速度超过了技术进步的速度。因此，人们担心比特币挖矿对环境的影响和碳足迹。
然而，人们正在努力减轻这种负面外部性，比如为挖矿寻找更清洁、更绿色的能源（如地热或太阳能），以及利用碳补偿额度。另一种策略是转向能源密集程度较低的共识机制，如以太坊已经转向的权益证明 (PoS) ；然而，PoS 也有其自身的缺点和低效率，比如鼓励囤积而不是使用代币，以及共识控制集中化的风险。
挖矿是将新比特币引入系统的一种比喻，因为它需要（计算）工作，就像开采黄金或白银需要（物理）努力一样。当然，矿工找到的代币是虚拟的，只存在于比特币区块链的数字账本中。
比特币为什么需要开采？
由于它们是完全数字化的记录，因此存在多次复制、伪造或重复使用同一枚硬币的风险。挖矿解决了这些问题，因为尝试做这些事情或以其他方式“破解”网络的成本非常高，而且需要大量资源。事实上，作为矿工加入网络比试图破坏网络更具成本效益。
挖矿如何确认交易？
除了将新的 BTC 引入流通之外，挖矿还发挥着确认和验证比特币区块链上新交易的关键作用。这一点很重要，因为没有中央机构（例如银行、法院、政府或其他任何机构）来决定哪些交易有效，哪些交易无效。相反，挖矿过程通过工作量证明 (PoW) 实现去中心化共识。
为什么挖矿要消耗这么多电力？
在比特币的早期，任何人都可以通过个人电脑或笔记本电脑轻松运行挖矿程序。但随着网络规模扩大，越来越多的人对挖矿感兴趣，挖矿算法也变得越来越困难。这是因为比特币代码的目标是平均每 10 分钟找到一个新区块。如果参与的矿工越多，有人能更快解决正确哈希值的可能性就越大，因此要恢复 10 分钟的目标难度就会增加。现在想象一下，如果有数千倍甚至数百万倍的挖矿能力加入网络。这将需要大量新机器消耗能源。
比特币挖矿合法吗？
比特币挖矿的合法性完全取决于您的地理位置。比特币的概念可能会威胁法定货币的主导地位和政府对金融市场的控制。因此，比特币在某些地方是完全非法的。
在大多数国家，比特币所有权和挖矿都是合法的。根据 2018 年的一份报告，比特币在阿尔及利亚、埃及、摩洛哥、玻利维亚、厄瓜多尔、尼泊尔和巴基斯坦等地都是非法的。自 2018 年以来，其他国家也禁止比特币挖矿，包括孟加拉国、中国、多米尼加共和国、北马其顿、卡塔尔和越南。总体而言，比特币的使用和挖矿在全球大部分地区仍然合法。
加密挖掘会损坏你的 GPU/计算机吗？
由于区块链挖矿非常耗费资源，因此会给您的 GPU 或其他挖矿硬件带来巨大压力。事实上，GPU 爆炸或挖矿设备起火的情况并不罕见。但是，只要保持设备以中等速度运行并提供足够的电力，一般来说就很安全。
你能在 iPhone 上挖掘比特币吗？
不。如今的比特币挖矿需要大量的计算能力和电力才能具有竞争力。在移动设备上运行矿机，即使它是矿池的一部分，也可能不会产生任何收益。
归纳总结
比特币“挖矿”在验证和确认区块链上的新交易以及防止恶意行为者进行双重支付方面发挥着至关重要的作用。这也是将新比特币引入系统的方式。这项任务基于一个复杂的难题，涉及生成工作量证明 (PoW)，这本身就需要大量能源。然而，这种能源体现在比特币和比特币系统的价值中，并使这个去中心化的系统保持稳定、安全和值得信赖。