比特币挖矿：完整指南
什么是比特币挖矿？⛏️
比特币挖矿是一个验证比特币交易并将新的比特币 (BTC)投入流通的过程。
比特币挖矿有助于：
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激励提出和验证比特币区块链新交易的矿工。
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保护比特币区块链免受攻击。
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管理首次进入市场的新比特币加密货币单位的创建和流动。
与物理开采黄金等贵金属类似，挖矿比特币需要专业的硬件、能源和一点运气。
然而，比特币矿工不是使用铲子和锅，而是使用专门构建的计算设备相互竞争。
每个矿工的目标是赢得基于密码学的竞争。每轮的赢家将获得一份备受追捧的区块奖励。他们还被授予提议一个新的待处理交易数据区块加入区块链的权利。
如果这些对你来说都是新的，请继续阅读我们下面的比特币挖矿完整指南。
但是，如果你想更深入和更技术性地理解，你可能会对查看我们的文章感兴趣，加密货币如何使用密码学？
为什么需要比特币挖矿？
在深入比特币的机制之前，了解比特币挖矿为什么会发生是很重要的。
比特币网络不是由中央银行、强大的亿万富翁或中介金融机构管理的。它是由分布在全球的志愿者共同管理的，任何人都可以加入。
这意味着比特币依赖于其用户的合作来运作和功能。作为对他们的计算能力用于验证交易的回报，协议用新的比特币加密货币单位奖励矿工。
通过激励合作，矿工们共同帮助保护网络，使恶意行为者获得多数控制权的成本变得极其高昂。
理解去中心化
为了更好地理解比特币的去中心化，我们来看看像优步这样的传统中心控制公司。
想象一下，如果优步是由其数百万的出租车司机和应用用户共同管理，而不是由一小部分高管管理。在这种更去中心化的优步模型中，所有相关方将共同商定司机的报酬以及打车应用的功能——而不是由执行团队为他们做出这些决定。
此外，公司的重要角色如管理和应用开发不再由公司管理，世界上任何人都可以使用自己的设备在家中帮助贡献这些角色。这可以为每个人创造一个更可及和透明的生态系统。
话虽如此，这种去中心化的程度可能会带来一些严重的问题；如果任何人都可以参与网络，并且没有单一的权威来监督其运作，如何能阻止不诚实的人试图破坏网络，如何能确保每个人有效合作？
这就是区块链共识机制的作用。
比特币挖矿是如何工作的？⚙️
简单来说，比特币挖矿是一场每十分钟左右重复一次的运气游戏。
它涉及矿工使用专用机器生成随机值。谁生成的值超过目标值，谁就赢。困难的部分是，矿工无法控制他们创造的值。他们只需不断生成新值，希望最终能偶然找到一个获胜的值。
一旦有人做到这一点，他们会将自己的值广播给网络中的其他矿工以检查其有效性。
理解这个过程的一个更简单的方法是想象成成千上万的人同时试图在蒙眼的情况下解魔方。
在开始时，每个人都有自己相同的打乱魔方。一旦比赛开始，所有人开始随机转动他们的魔方，直到监考人员宣布获胜者。其余的竞争者摘下眼罩，检查获胜者的魔方以验证其完成情况。然后，比赛重新开始。
到目前为止明白了吗？让我们深入一点。
更具体地说，矿工们通过使用专门构建的计算机来生成加密哈希——通常每秒数百万个每秒——希望能第一个猜出正确的哈希。
你可以把每个新的哈希看作是魔方的一个单独转动。
第一个猜出正确哈希的矿工有权将该区块添加到区块链中。作为他们工作的回报，矿工会获得区块奖励。
比特币工作量证明共识机制
区块链共识机制是一个计算机驱动的系统，确保去中心化网络中的参与者能够就进入区块链的新数据达成共识。
因为比特币区块及其内部的交易数据在添加到区块链后变得永久，所以确保这些信息的有效性至关重要。
例如，网络必须确保人们不会试图转移他们实际上没有的资金，或同时将相同的余额“重复消费”给两个不同的人。
共识机制帮助网络集体就这些问题达成一致，以确保新交易遵循协议的规则，然后再永久添加到区块链中。
在基于区块链的网络中，可以采用多种不同的共识机制，每种机制都有其特定的方法来过滤不诚实的用户。
比特币使用工作量证明（PoW）共识机制——一个涉及计算能力和能源的系统，以确保参与者在网络的最佳利益内行动。
这种方法利用了博弈论的原则，博弈论是研究人类相互作用的数学学科。通过要求参与者在游戏中有投入——购买设备并承担运行成本——工作量证明系统有助于劝阻不良行为者试图破坏网络。
你可以在我们的Kraken学习中心文章中了解更多关于工作量证明和其他类型的共识机制什么是区块链共识机制？。
什么是加密哈希？
哈希是当某人通过加密哈希函数运行任何类型的输入时创建的固定长度代码。
你可以把加密哈希函数想象成魔法代码机器，可以将从单个字母到百科全书的任何东西转化为完全独特且随机的固定长度代码。
多年来，各种类型的哈希算法相继出现。每种算法使用不同的方法将输入转化为随机代码。
比特币网络使用安全哈希算法256（SHA-256），该算法最初由美国国家安全局（NSA）开发。
SHA-256哈希是28个字符的固定长度十六进制代码，包含0-9的数字和A-F的字母的混合。
输入的大小无论多小或多大，始终会生成相同长度的代码。例如，通过SHA-256算法运行单词“Hello”或整本《指环王》书籍将产生两个独特的28个字符的哈希代码。
哈希在挖矿过程中至关重要，因为它们具有许多独特的特性。
哈希是：
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确定性 - 相同的输入将始终产生完全相同的哈希代码。
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单向 - 虽然将输入转换为哈希很简单，但从输出中无法知道输入是什么。
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随机 - 哈希代码与其输入没有任何相似之处。
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唯一 - 没有两个哈希是相同的。
这些特性特别之处在于，如果一个人仅修改输入的一小部分，它将产生完全不同的输出。
例如，如果你在《指环王》书中更改一个字母，它将产生一个全新的哈希代码，与第一个完全不同。
任何人都可以通过将任何输入运行通过加密哈希函数来创建哈希。你甚至可以使用免费的在线哈希计算器自己尝试。
比特币矿工如何赢得区块奖励？🏆
为了赢得比特币挖矿竞赛并获得区块奖励，矿工必须创建一个哈希，其值等于或低于比特币协议自动设定的目标。这个值被称为目标哈希。
每个目标哈希在前面会有一定数量的零。根据当前的挖矿难度，该难度也是由协议自动设定的，前面可能只有几个零或很多。
目标哈希前面的零越多，矿工击败它的难度就越大，反之亦然。
例如，一个典型的比特币目标哈希可能看起来像这样。
00000000000a28ba41fe240e0b37
一个更容易击败的目标哈希可能看起来像这样。
000agh3h5g6711deabcc650918d9
你注意到它前面的零显著减少了吗？
虽然这看起来微不足道，但在前面加上一个额外的零使得竞争变得困难了数百倍。
你可以把它看作是抛硬币和连续三次正面朝上与连续二十次正面朝上的区别。
每个新交易区块的目标哈希首先作为前一个区块的一部分广播到网络。这些信息存储在区块头中，区块头是比特币区块的一部分，存储着几条重要的识别信息。
区块头内部还有一个值称为nonce，是“一次性使用的数字”的缩写。
在创建一个击败目标哈希的哈希时，所有矿工都取前一个区块的区块头，将nonce更改为一个新数字，并通过SHA-256哈希算法运行它。每次更改nonce值时，都会产生一个全新的哈希。
由于矿工无法知道哪些输入会产生哪些哈希，因此击败目标哈希仅仅是试错的问题。
猜测和检查的过程持续进行，直到一个矿工成功创建出一个在前面有与当前目标哈希相同或更多零的哈希。
获胜的矿工随后向区块链上的所有其他矿工提议一个新的交易数据区块，以便他们独立验证。这些没有赢得挖矿比赛的其他矿工独立验证提议的区块，以确保其有效性。
赢得比特币区块奖励有多难？🎛️
赢得挖矿竞争和获得区块奖励的难易程度取决于三个关键因素：
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哈希率。
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挖矿难度。
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设备。
哈希率
哈希率是用于跟踪区块链网络中所有矿工总计算能力的指标。简而言之，它结合了每个矿工使用其机器每秒产生的哈希数量。
该测量提供了对区块链挖矿网络总规模及其抵御多数攻击的安全性洞察。
随着网络的哈希率上升，通常会导致挖矿难度增加，反之亦然。
回到魔方的例子，竞争解决魔方的人越多，获胜的机会就越小。
挖矿难度
比特币协议具有一个内置功能，自动调整挖矿竞争的难度，以确保矿工继续以尽可能接近10分钟区块时间目标的速度发现新块。
如上所述，每当矿工成功击败目标哈希并获得添加新块到区块链的权利时，新铸造的比特币通过区块奖励进入流通。
为了确保新币不会在网络随着不断增加的新矿工而泛滥，算法难度调整系统在比特币的协议中由其创造者中本聪在其发布之前编码，以管理这个问题。
比特币挖矿难度算法是这样的：在每2,016个区块（大约每两周）之后，协议检查矿工发现每个区块的获胜哈希所需的时间，并将该时间与应需的20,160分钟（10 x 2,016）进行比较。
如果突然有大量人挖掘比特币，并且新块被发现得太快，算法将增加目标哈希的难度（增加前面的零的数量）以减缓矿工的速度。
相反，如果矿工数量减少或他们发现新块的时间过长，算法将使后续目标哈希更容易（通过减少前面的零的数量）。
可以把它想象成通过增加或减少魔方的行数来调整完成魔方的难度。
例如，3x3的魔方比5x5的魔方要容易得多，依此类推。
设备
为了在网络中获得竞争优势，许多矿工使用专用集成电路（ASIC）矿机。这些机器每秒能够生成数亿个哈希，并且可以并行运行，从而给拥有者更大的机会赢得区块奖励。
包括Riot Platforms、Marathon Digital和CleanSpark Inc.在内的几家大型上市公司目前运营着包含数千台ASIC矿机的巨大加密货币挖矿设施。
这些大型公司的参与显著提高了比特币的整体哈希率，使得发现新块变得越来越困难。
任何人都可以使用多个免费的在线哈希率图表查看当前比特币的哈希率。
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