什麼是比特幣挖礦？
比特幣挖礦是新比特幣進入流通的過程。這也是網絡確認新交易的方式，是區塊鏈賬本維護和開發的關鍵組成部分。“挖礦”使用複雜的硬件來解決極其複雜的計算數學問題。第一臺找到問題解決方案的計算機將收到下一個比特幣區塊，然後重新開始該過程。
加密貨幣挖礦既費力又費錢，而且回報也只是偶爾有。儘管如此，挖礦對許多對加密貨幣感興趣的投資者來說還是很有吸引力，因爲礦工可以通過挖礦獲得加密代幣作爲回報。這可能是因爲企業家們認爲挖礦是天上掉下來的錢，就像 1849 年的加州淘金者一樣。如果你有技術天賦，爲什麼不去挖礦呢？
礦工獲得的比特幣獎勵是一種激勵，它激勵人們協助挖礦的主要目的：使比特幣交易合法化並進行監控，確保其有效性。由於世界各地的許多用戶都承擔着這些責任，比特幣是一種“去中心化”的加密貨幣，或者說，它不依賴任何中央機構（如中央銀行或政府）來監督其監管。
然而，在你投入時間和設備之前，請先閱讀本文以瞭解挖礦是否真的適合您。
關鍵點
- 通過挖礦，您無需投入資金即可賺取加密貨幣。
- 比特幣礦工因完成已驗證交易的“區塊”而獲得比特幣作爲獎勵，這些交易會被添加到區塊鏈中。
- 挖礦獎勵支付給最先發現複雜哈希難題解決方案的礦工，參與者成爲發現解決方案的人的概率與網絡總挖礦能力的部分有關。
- 您需要一個圖形處理單元 (GPU) 或一個專用集成電路 (ASIC) 來設置採礦設備。
自始至終，當我們提到網絡或加密貨幣作爲一個概念時，我們使用大寫“B”的“比特幣”，而當我們提到一定數量的單個代幣時，則使用小寫“b”的“比特幣”。
爲什麼比特幣需要礦工
區塊鏈“挖礦”是指網絡中節點爲賺取新代幣而進行的計算工作。實際上，礦工實際上是作爲審計員獲得報酬。他們的工作是驗證比特幣交易的合法性。這一慣例旨在讓比特幣用戶保持誠實，由比特幣創始人中本聰(Satoshi Nakamoto)構想。通過驗證交易，礦工正在幫助防止“雙重支付問題”。
雙重支付是指比特幣持有者非法使用同一比特幣兩次。對於實物貨幣來說，這不是問題：當你把一張 20 美元的鈔票交給某人去買一瓶伏特加時，你就不再擁有這瓶伏特加了，所以你不會有使用同一張 20 美元鈔票在隔壁買彩票的風險。雖然僞造現金是可能的，但這與真正花掉同一美元兩次並不完全一樣。然而，對於數字貨幣，正如雅虎財經詞典所解釋的那樣，“存在這樣的風險，即持有者可以複製數字代幣並將其發送給商家或其他方，同時保留原件。”
假設你有一張 20 美元的真鈔和一張 20 美元的假鈔。如果你試圖同時花掉真鈔和假鈔，那麼如果有人仔細查看了兩張鈔票的序列號，就會發現它們是同一個號碼，因此其中一張一定是假的。區塊鏈礦工的工作與此類似——他們檢查交易以確保用戶沒有非法嘗試兩次使用同一個比特幣。這不是一個完美的類比——我們將在下文中詳細解釋。
單個比特幣區塊只能容納 1MB 的交易數據。1MB 的限制是由中本聰設定的，這引起了爭議，因爲一些礦工認爲區塊大小應該增加以容納更多數據，這實際上意味着比特幣網絡可以更快地處理和驗證交易。
爲什麼要挖掘比特幣？
除了讓礦工賺得盆滿鉢滿並支持比特幣生態系統之外，挖礦還有另一個重要目的：這是將新的加密貨幣投入流通的唯一途徑。換句話說，礦工基本上是在“鑄造”貨幣。例如，截至 2022 年 3 月，在比特幣總量 2100 萬中，流通中的比特幣數量略低於 1900 萬。
除了通過創世區塊（創始人中本聰創建的第一個區塊）鑄造的硬幣外，每一個比特幣都是因爲礦工而產生的。如果沒有礦工，比特幣作爲一個網絡仍然存在並且可用，但永遠不會有任何額外的比特幣。然而，由於比特幣“開採”的速度隨着時間的推移而降低，最終的比特幣要到 2140 年左右纔會流通。這並不意味着交易將不再需要驗證。礦工將繼續驗證交易，並因此獲得費用，以保持比特幣網絡的完整性。
要賺取新的比特幣，您需要成爲第一個找到數字問題的正確答案或最接近答案的礦工。這個過程也稱爲工作量證明 (PoW) 。開始挖礦就是開始參與這種工作量證明活動以找到難題的答案。
實際上並不涉及任何高級數學或計算。您可能聽說過礦工正在解決困難的數學問題——這是真的，但並不是因爲數學本身很難。他們實際上在做的是試圖成爲第一個想出小於或等於目標哈希值的 64 位十六進制數（“哈希值”）的礦工。這基本上是猜測。
因此，這是一個隨機性問題，但對於每個問題，可能的猜測總數都達到數萬億，因此這是一項極其艱鉅的工作。而且，隨着每個礦工加入挖礦網絡，可能的解決方案數量（稱爲挖礦難度）只會增加。爲了首先解決問題，礦工需要大量的計算能力。要成功挖礦，您需要擁有較高的“哈希率”，以每秒千兆哈希 (GH/s) 和每秒太哈希 (TH/s) 爲單位。
除了新挖出的比特幣的短期收益外，作爲一名挖礦者，當比特幣網絡協議提出變更時，你還可以獲得“投票”權。這被稱爲比特幣改進協議 (BIP)。換句話說，礦工對分叉等問題的決策過程有一定程度的影響。你擁有的哈希算力越多，你對此類舉措的投票就越多。
礦工能賺多少錢
比特幣挖礦的獎勵大約每四年減少一半。2009 年首次開採比特幣時，開採一個區塊可獲得 50 BTC。2012 年，這一數字減半爲 25 BTC。到 2016 年，這一數字再次減半爲 12.5 BTC。2020 年 5 月 11 日，獎勵再次減半爲 6.25 BTC。
截至 2022 年 3 月，比特幣的價格約爲每比特幣 39,000 美元，這意味着完成一個區塊將爲您帶來 243,750 美元（6.25 x 39,000）的收入。這似乎是一個不錯的激勵，可以解決上述複雜的哈希問題。
要準確跟蹤這些減半發生的時間，您可以查閱比特幣時鐘，它會實時更新此信息。有趣的是，縱觀比特幣的發展歷史，其市場價格往往與新幣進入流通的減少密切相關。通貨膨脹率的降低增加了稀缺性，從歷史上看，價格也隨之上漲。
如果你想估算用你的挖礦設備的哈希率可以挖出多少比特幣， CryptoCompare網站提供了一個有用的計算器。其他網絡資源也提供類似的工具。
挖掘比特幣需要什麼
儘管在比特幣早期，個人能夠使用普通家用個人電腦來競爭區塊，但這種情況已不復存在。原因是比特幣挖礦難度會隨時間而變化。
爲了確保區塊鏈平穩運行並能夠處理和驗證交易，比特幣網絡的目標是每 10 分鐘左右生成一個區塊。但是，如果有 100 萬臺採礦設備競爭解決哈希問題，它們可能會比 10 臺採礦設備處理同一問題的情況更快地找到解決方案。因此，比特幣的設計是每 2,016 個區塊（大約每兩週）評估和調整一次採礦難度。
當有更多計算能力共同挖掘比特幣時，挖掘難度會增加，以保持區塊生產率穩定。計算能力越少，難度就越低。在今天的網絡規模下，一臺個人電腦挖掘比特幣幾乎肯定一無所獲。
挖礦硬件
所有這些都表明，爲了提高挖礦競爭力，礦工現在必須投資強大的計算機設備，例如圖形處理單元 (GPU)，或者更現實地說，專用集成電路 (ASIC) 。這些設備的價格從 500 美元到數萬美元不等。一些礦工（尤其是以太坊礦工）會購買單獨的顯卡，以低成本拼湊挖礦作業。
如今，比特幣挖礦硬件幾乎全部由 ASIC 機器組成，在這種情況下，這些機器只做一件事：挖比特幣。如今的 ASIC 比 CPU 或 GPU 強大許多個數量級，隨着新芯片的開發和部署，每隔幾個月就會獲得更高的哈希能力和能源效率。如今的礦工可以以每太赫茲 27.5 焦耳的速度產生近 200 TH/s 的算力。
類比
假設我告訴三個朋友，我正在想一個介於 1 到 100 之間的數字，我將這個數字寫在一張紙上，然後封進信封。我的朋友不必猜出確切的數字；他們只需第一個猜出小於或等於這個數字的任何數字即可。而且他們猜的次數沒有限制。
假設我正在思考數字 19。如果朋友 A 猜 21，他們就輸了，因爲 21 > 19。如果朋友 B 猜 16，朋友 C 猜 12，那麼他們理論上都得出了可行的答案，因爲 16 < 19 且 12 < 19。朋友 B 沒有“額外加分”，儘管 B 的答案更接近目標答案 19。現在想象一下，我提出“猜猜我在思考什麼數字”的問題，但我不只是問三個朋友，我思考的也不是 1 到 100 之間的數字。相反，我問的是數百萬名潛在的礦工，我在思考一個 64 位十六進制數。現在你會發現猜出正確答案將極其困難。如果 B 和 C 同時回答，那麼系統就會崩潰。
用比特幣術語來說，同時出現的答案經常出現，但最終只有一個答案會獲勝。當同時出現的多個答案等於或小於目標數字時，比特幣網絡將通過簡單多數（51%）來決定哪個礦工會獲勝。
通常，礦工是工作量最大的人，換句話說，是驗證交易最多的人。失敗的區塊將成爲“孤塊”。孤塊是指未添加到區塊鏈的區塊。成功解決哈希問題但未驗證最多交易的礦工不會獲得比特幣獎勵。
採礦過程
什麼是“64 位十六進制數”？
以下是此類數字的一個例子：
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上面的數字有 64 位。到目前爲止很容易理解。您可能已經注意到，該數字不僅由數字組成，還包含字母。這是爲什麼呢？
爲了理解這些字母在數字中間的作用，讓我們來解析“十六進制”這個詞。
十進制以 100 爲基數（例如 1% = 0.01）。這反過來意味着多位數字的每一位都有 100 種可能，即從 0 到 99。在計算中，十進制被簡化爲以 10 爲基數，即從 0 到 9。
另一方面，“十六進制”表示以 16 爲基數，因爲“hex”源自希臘語中的“六”，而“deca”源自希臘語中的“十”。在十六進制系統中，每個數字都有 16 種可能。但我們的數字系統只提供 10 種表示數字的方式（從零到九）。這就是爲什麼你必須添加字母，具體來說是字母 A、B、C、D、E 和 F。
如果你正在挖掘比特幣，則無需計算該 64 位數字（哈希值）的總值。我再說一遍：你不需要計算哈希值的總值。
“64位十六進制數”和比特幣挖礦有什麼關係？
還記得那個類比嗎？數字 19 寫在一張紙上，然後放進一個密封的信封裏。在比特幣挖礦術語中，信封中那個隱喻性的未公開數字被稱爲目標哈希值。
礦工們用這些巨大的計算機和幾十個冷卻風扇所做的就是猜測目標哈希值。礦工們通過儘可能快地隨機生成儘可能多的“隨機數”來進行這些猜測。隨機數是“只使用一次的數字”的縮寫，隨機數是生成我一直提到的這些 64 位十六進制數字的關鍵。在比特幣挖礦中，隨機數的大小爲 32 位——比哈希值（256 位）小得多。第一個隨機數生成小於或等於目標哈希值的礦工將獲得完成該區塊的榮譽，並獲得 6.25 BTC 的戰利品。
理論上，你可以通過投擲 16 面骰子 64 次來得到隨機數，從而實現同樣的目標，但你究竟爲什麼要這麼做呢？
下面的截圖取自 Blockchain.info 網站，可能有助於您一目瞭然地將所有這些信息彙總在一起。您正在查看第 490163 號區塊被挖掘時發生的所有事情的摘要。生成“獲勝”哈希的隨機數是 731511405。目標哈希顯示在頂部。術語“由 AntPool 中繼”是指這個特定區塊是由最成功的採礦池之一 AntPool 完成的（有關採礦池的更多信息，請參見下文）。
如您所見，他們對比特幣社區的貢獻是他們確認了該區塊的 1,768 筆交易。如果您確實想查看該區塊的所有 1,768 筆交易，請轉到此頁面並向下滾動到交易部分。
來源：Blockchain.info
我如何猜測目標哈希？
所有目標哈希都以一串前導零開頭。沒有最小目標，但比特幣協議設定了最大目標。任何目標都不能大於此數字：
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比特幣礦工的獲勝哈希值至少具有挖礦難度定義的最小前導零數量。
以下是一些隨機哈希的示例以及它們是否會幫助礦工成功的標準：
要找到這樣的哈希值，你必須擁有一臺快速的挖礦設備，或者更現實地說，加入一個挖礦池——一羣挖礦者，他們結合自己的計算能力，分割開採的比特幣。挖礦池類似於強力球俱樂部，其成員集體購買彩票，並同意分享任何獎金。大量區塊是由礦池開採的，而不是由單個礦工開採的。
換句話說，這實際上只是一個數字遊戲。您無法猜測模式或根據之前的目標哈希值做出預測。在今天的難度級別下，找到單個哈希值的獲勝值的幾率是數十萬億分之一。如果您獨自工作，即使擁有非常強大的採礦設備，幾率也不大。
礦工不僅要考慮解決哈希問題所需的昂貴設備的成本，還必須考慮挖礦設備在尋找解決方案時生成大量隨機數所需的大量電力。總而言之，截至撰寫本文時，比特幣挖礦對大多數個人礦工來說基本上是無利可圖的。CryptoCompare網站提供了一個有用的計算器，允許您輸入哈希速度和電力成本等數字來估算成本和收益。
來源：CryptoCompare
什麼是採礦池？
最先發現難題解決方案的礦工將獲得挖礦獎勵，參與者成爲解決方案的概率等於網絡總挖礦算力的比例。
擁有少量挖礦算力的參與者獨自發現下一個區塊的機會非常小。例如，花費幾千美元購買的挖礦卡僅佔網絡挖礦算力的 0.001% 以下。找到下一個區塊的機會如此之小，礦工可能需要很長時間才能找到區塊，而難度的上升使情況更加糟糕。礦工可能永遠無法收回他們的投資。解決這個問題的答案就是挖礦池。
礦池由第三方運營，負責協調礦工羣體。通過在礦池中共同工作並在所有參與者之間分享收益，礦工可以從激活礦機的那天起獲得穩定的比特幣流。部分礦池的統計數據可在Blockchain.info上查看。
比特幣挖礦的鎬頭策略
如上所述，獲取比特幣的最簡單方法是在衆多比特幣交易所之一購買。或者，您可以隨時利用“鎬策略”。這是基於一句老話：在 1849 年加州淘金熱期間，明智的投資不是淘金，而是製造用於採礦的鎬。
用現代術語來說，就是投資那些製造鎬的公司。在加密貨幣的背景下，鎬的等價物是製造用於比特幣挖礦的設備的公司。例如，你可以考慮研究製造 ASIC 設備或 GPU 的公司。
挖礦的弊端
挖礦的風險通常來自財務和監管方面。如上所述，比特幣挖礦和一般挖礦一樣，都存在財務風險，因爲人們可能花費大量精力購買價值數百或數千美元的挖礦設備，卻得不到任何投資回報。也就是說，加入礦池可以降低這種風險。如果您正在考慮挖礦，但居住在禁止挖礦的地區，您應該重新考慮。在投資挖礦設備之前，最好先研究一下您所在國家/地區的法規和對加密貨幣的總體看法。
比特幣挖礦（以及其他 PoW 系統）增長帶來的另一個潛在風險是運行挖礦算法的計算機系統所需的能源消耗不斷增加。儘管 ASIC 芯片的微芯片效率已大幅提高，但網絡本身的增長速度超過了技術進步的速度。因此，人們擔心比特幣挖礦對環境的影響和碳足跡。
然而，人們正在努力減輕這種負面外部性，比如爲挖礦尋找更清潔、更綠色的能源（如地熱或太陽能），以及利用碳補償額度。另一種策略是轉向能源密集程度較低的共識機制，如以太坊已經轉向的權益證明 (PoS) ；然而，PoS 也有其自身的缺點和低效率，比如鼓勵囤積而不是使用代幣，以及共識控制集中化的風險。
挖礦是將新比特幣引入系統的一種比喻，因爲它需要（計算）工作，就像開採黃金或白銀需要（物理）努力一樣。當然，礦工找到的代幣是虛擬的，只存在於比特幣區塊鏈的數字賬本中。
比特幣爲什麼需要開採？
由於它們是完全數字化的記錄，因此存在多次複製、僞造或重複使用同一枚硬幣的風險。挖礦解決了這些問題，因爲嘗試做這些事情或以其他方式“破解”網絡的成本非常高，而且需要大量資源。事實上，作爲礦工加入網絡比試圖破壞網絡更具成本效益。
挖礦如何確認交易？
除了將新的 BTC 引入流通之外，挖礦還發揮着確認和驗證比特幣區塊鏈上新交易的關鍵作用。這一點很重要，因爲沒有中央機構（例如銀行、法院、政府或其他任何機構）來決定哪些交易有效，哪些交易無效。相反，挖礦過程通過工作量證明 (PoW) 實現去中心化共識。
爲什麼挖礦要消耗這麼多電力？
在比特幣的早期，任何人都可以通過個人電腦或筆記本電腦輕鬆運行挖礦程序。但隨着網絡規模擴大，越來越多的人對挖礦感興趣，挖礦算法也變得越來越困難。這是因爲比特幣代碼的目標是平均每 10 分鐘找到一個新區塊。如果參與的礦工越多，有人能更快解決正確哈希值的可能性就越大，因此要恢復 10 分鐘的目標難度就會增加。現在想象一下，如果有數千倍甚至數百萬倍的挖礦能力加入網絡。這將需要大量新機器消耗能源。
比特幣挖礦合法嗎？
比特幣挖礦的合法性完全取決於您的地理位置。比特幣的概念可能會威脅法定貨幣的主導地位和政府對金融市場的控制。因此，比特幣在某些地方是完全非法的。
在大多數國家，比特幣所有權和挖礦都是合法的。根據 2018 年的一份報告，比特幣在阿爾及利亞、埃及、摩洛哥、玻利維亞、厄瓜多爾、尼泊爾和巴基斯坦等地都是非法的。自 2018 年以來，其他國家也禁止比特幣挖礦，包括孟加拉國、中國、多米尼加共和國、北馬其頓、卡塔爾和越南。總體而言，比特幣的使用和挖礦在全球大部分地區仍然合法。
加密挖掘會損壞你的 GPU/計算機嗎？
由於區塊鏈挖礦非常耗費資源，因此會給您的 GPU 或其他挖礦硬件帶來巨大壓力。事實上，GPU 爆炸或挖礦設備起火的情況並不罕見。但是，只要保持設備以中等速度運行並提供足夠的電力，一般來說就很安全。
你能在 iPhone 上挖掘比特幣嗎？
不。如今的比特幣挖礦需要大量的計算能力和電力才能具有競爭力。在移動設備上運行礦機，即使它是礦池的一部分，也可能不會產生任何收益。
綜述
比特幣“挖礦”在驗證和確認區塊鏈上的新交易以及防止惡意行爲者進行雙重支付方面發揮着至關重要的作用。這也是將新比特幣引入系統的方式。這項任務基於一個複雜的難題，涉及生成工作量證明 (PoW)，這本身就需要大量能源。然而，這種能源體現在比特幣和比特幣系統的價值中，並使這個去中心化的系統保持穩定、安全和值得信賴。