比特幣挖礦是通過(guò)解決難題來(lái)創(chuàng )造新比特幣的過(guò)程。它由配備專(zhuān)門(mén)芯片的計算系統組成，這些芯片競相解決數學(xué)難題。第一個(gè)解決這個(gè)難題的比特幣礦工（這些系統被稱(chēng)為）將獲得比特幣獎勵。挖掘過(guò)程還確認加密貨幣網(wǎng)絡(luò )上的交易并使其值得信賴(lài)。

比特幣推出后的短時(shí)間內，它是在具有常規中央處理器（CPU）的臺式計算機上開(kāi)采的。但這個(gè)過(guò)程極其緩慢?，F在，加密貨幣是使用分布在許多地區的大型礦池生成的。比特幣礦工聚集了消耗大量電力的采礦系統來(lái)開(kāi)采加密貨幣。

在使用化石燃料發(fā)電的地區，比特幣開(kāi)采被認為對環(huán)境有害。因此，許多比特幣礦工已將業(yè)務(wù)轉移到擁有可再生能源的地方，以減少比特幣對氣候變化的影響。

關(guān)鍵要點(diǎn)

• 比特幣挖掘是通過(guò)解決計算難題來(lái)創(chuàng )造新比特幣的過(guò)程。
• 比特幣挖掘對于維護比特幣所基于的交易分類(lèi)賬是必要的。
• 在過(guò)去的幾年里，礦工變得非常老練，他們使用復雜的機械來(lái)加速采礦作業(yè)。
• 比特幣挖礦引起了爭議，因為它不被認為是環(huán)保的。

正如使用大型工具和機器從地球上開(kāi)采黃金一樣，比特幣開(kāi)采也使用類(lèi)似于數據中心的大型系統。這些系統解決了比特幣算法產(chǎn)生的數學(xué)難題，以產(chǎn)生新的硬幣。

通過(guò)解決計算數學(xué)問(wèn)題，比特幣礦工還通過(guò)驗證其交易信息使加密貨幣的網(wǎng)絡(luò )值得信賴(lài)。他們驗證價(jià)值 1 兆字節 (MB) 的交易——單個(gè)塊的大小。這些事務(wù)理論上可以小到一個(gè)事務(wù)，但更常見(jiàn)的是幾千個(gè)，具體取決于每個(gè)事務(wù)存儲的數據量。驗證比特幣交易信息背后的想法是防止雙花。對于印刷貨幣，偽造始終是一個(gè)問(wèn)題。但一般來(lái)說(shuō)，當您在商店消費 20 美元時(shí)，該賬單就在店員手中。然而，對于數字貨幣，情況就不同了。

數字信息可以相對容易地復制，因此對于比特幣和其他數字貨幣，消費者可能會(huì )復制他們的比特幣并將其發(fā)送給另一方，同時(shí)仍保留原件。

比特幣交易被聚合成塊，這些塊被添加到名為區塊鏈的數據庫中。比特幣網(wǎng)絡(luò )中的完整節點(diǎn)維護區塊鏈的記錄并驗證其上發(fā)生的交易。比特幣礦工下載區塊鏈的整個(gè)歷史并將有效交易組合成一個(gè)區塊。如果組裝交易的區塊被其他礦工接受并驗證，則礦工將獲得區塊獎勵。

區塊獎勵每 210,000 個(gè)區塊（或大約每四年）減半。2009年是50，2013年獎勵金額下降到25，2016年變成12.5。在比特幣最近的減半事件中，獎勵改為 6.25。

比特幣礦工參與該過(guò)程的另一個(gè)誘因是交易費用。除了獎勵之外，礦工還從該交易塊中包含的任何交易中收取費用。隨著(zhù)比特幣達到其 2100 萬(wàn)的計劃限制（預計在 2140年左右），礦工將獲得處理網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)將支付的交易的費用。這些費用確保礦工仍然有動(dòng)力進(jìn)行挖礦并保持網(wǎng)絡(luò )運行。這個(gè)想法是，對這些費用的競爭將導致它們在減半事件結束后保持在低位。

什么是比特幣挖礦數學(xué)難題？

比特幣挖礦的核心是一個(gè)數學(xué)難題，礦工應該解決這個(gè)難題才能獲得比特幣獎勵。這個(gè)難題被稱(chēng)為工作量證明（PoW），指的是礦工為挖掘比特幣所花費的計算工作。雖然它通常被稱(chēng)為復雜，但挖礦難題實(shí)際上相當簡(jiǎn)單，可以說(shuō)是猜測。

比特幣網(wǎng)絡(luò )中的礦工試圖提出一個(gè) 64 位十六進(jìn)制數，稱(chēng)為哈希，它小于或等于 SHA256（比特幣的 PoW 算法）中的目標哈希。礦工的系統以多個(gè)處理單元堆疊在一起的形式使用相當大的蠻力，并以不同的速率吐出哈希值 - 每秒兆哈希 (MH/s)、每秒千兆哈希 (GH/s) 或每秒兆哈希 (TH/s) )——根據單位，猜測所有可能的 64 位組合，直到找到解決方案。猜測小于或等于哈希的數字的系統將獲得比特幣獎勵。

這里有一個(gè)例子來(lái)解釋這個(gè)過(guò)程。假設您讓朋友猜一個(gè)您想到并寫(xiě)在紙上的 1 到 100 之間的數字。您的朋友不必猜測確切的數字；他們只需成為第一個(gè)猜出小于或等于您的數字的數字的人。

如果你在想數字 19，而一個(gè)朋友想出 21，他們會(huì )輸，因為 21 大于 19。但如果有人猜 16，另一個(gè)朋友猜 18，那么后者會(huì )贏(yíng)，因為 18 比 16 更接近 19。非常簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)，比特幣挖掘數學(xué)難題與上面描述的情況相同，除了 64 位十六進(jìn)制數字和數千個(gè)計算系統。

什么是挖礦難度？

您在比特幣挖礦文獻中經(jīng)常遇到的術(shù)語(yǔ)之一是挖礦難度。挖礦難度是指解決數學(xué)難題和生成比特幣的難度。挖礦難度會(huì )影響比特幣的生成速度。

挖礦難度每 2,016 個(gè)區塊或大約每?jì)芍芨囊淮?。隨后的難度級別取決于礦工在前一個(gè)周期中的效率。它還受到加入比特幣網(wǎng)絡(luò )的新礦工數量的影響，因為它增加了哈希率或部署用于挖掘加密貨幣的計算能力。2013 年和 2014 年，隨著(zhù)比特幣價(jià)格上漲，更多礦工加入其網(wǎng)絡(luò )，發(fā)現一個(gè)交易區塊的平均時(shí)間從 10 分鐘下降到 9 分鐘。

但相反的情況也可能成立。也就是說(shuō)，越多的礦工競爭解決方案，問(wèn)題就會(huì )變得越困難。如果計算能力從網(wǎng)絡(luò )中移除，難度會(huì )向下調整以使挖掘更容易。

2022年2月的挖礦難度為26.69萬(wàn)億。也就是說(shuō)，計算機產(chǎn)生低于目標的概率是 26.69 萬(wàn)億分之一。換個(gè)角度來(lái)看，你用一張彩票贏(yíng)得強力球大獎的可能性大約是你一次嘗試選擇正確哈希的可能性的 91,655 倍。

開(kāi)采比特幣的經(jīng)濟學(xué)是什么？

歸根結底，比特幣挖礦是一項商業(yè)冒險。其產(chǎn)出——比特幣——產(chǎn)生的利潤取決于對其投入的投資。

比特幣挖礦的三個(gè)主要成本：

電力：這是 24/7 全天候運行您的采礦系統的電力。它可以達到巨額賬單。當您考慮到該過(guò)程消耗的電力與某些國家一樣多時(shí)，成本可能會(huì )相當大。

挖礦系統：與流行的敘述相反，臺式電腦和常規游戲系統不適合或不適合比特幣挖礦。該過(guò)程可能會(huì )使此類(lèi)系統升溫并導致家庭網(wǎng)絡(luò )出現帶寬問(wèn)題。專(zhuān)用集成芯片（ASIC）系統是比特幣挖礦的定制機器，是比特幣礦工的主要基礎設施投資。此類(lèi)機器的價(jià)格范圍從 4,000 美元到 12,000 美元不等。即使成本如此之高，單個(gè)配備 ASIC 的系統生成的比特幣也少于單個(gè)比特幣。比特幣礦工將數千個(gè) ASIC 系統組織成 24/7 運行的礦池，以生成解決哈希難題所需的 64 位十六進(jìn)制數。

網(wǎng)絡(luò )基礎設施：網(wǎng)絡(luò )速度對比特幣挖掘過(guò)程沒(méi)有顯著(zhù)影響。但是，擁有 24/7 不間斷的 Internet 連接非常重要。該連接還應該有來(lái)自附近礦池的延遲。專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )減少了外部依賴(lài)并確保將延遲降至最低。離線(xiàn)并不一定會(huì )停止同步交易的過(guò)程。但它會(huì )使該過(guò)程耗時(shí)，并且可能在連接恢復后容易出錯。

這三種投入的總成本應該低于礦工從他們的風(fēng)險中獲得利潤的產(chǎn)出——在這種情況下是比特幣價(jià)格?？紤]到比特幣價(jià)格飛漲，鑄造自己的加密貨幣的想法聽(tīng)起來(lái)可能是一個(gè)有吸引力的提議。

然而，盡管比特幣的支持者告訴你，挖掘加密貨幣并不是任何一種愛(ài)好。這是一項昂貴的冒險，失敗的可能性很高。如挖礦難度部分所述，即使花費大量費用和精力，也無(wú)法保證您一定會(huì )獲得比特幣獎勵。聚合采礦系統來(lái)經(jīng)營(yíng)一家開(kāi)采比特幣的小型企業(yè)可能會(huì )提供一條出路。然而，即使是這樣的企業(yè)也受到加密貨幣價(jià)格波動(dòng)的擺布。如果加密貨幣的價(jià)格像 2018 年那樣暴跌，那么運行比特幣挖礦系統將變得不經(jīng)濟，小型礦工將被迫停業(yè)。每四年授予礦工的比特幣數量下降，使得這項活動(dòng)更加沒(méi)有吸引力。

鑒于開(kāi)采比特幣的經(jīng)濟學(xué)固有的相當大的困難，該活動(dòng)現在由業(yè)務(wù)遍及多個(gè)大陸的大型礦業(yè)公司主導。AntPool 是全球最大的比特幣挖礦公司，在多個(gè)國家運營(yíng)礦池。許多比特幣礦業(yè)公司也上市了，盡管它們的估值相對適中。

比特幣挖礦過(guò)程使用多少電力？

在比特幣短暫的大部分歷史中，其采礦過(guò)程一直是一個(gè)能源密集型過(guò)程。在它推出后的十年里，比特幣挖礦集中在中國，這個(gè)國家依靠煤炭等化石燃料來(lái)生產(chǎn)大部分電力。毫不奇怪，比特幣開(kāi)采的天文能源成本引起了氣候變化活動(dòng)家的注意，他們指責該活動(dòng)導致排放量增加。根據一些估計，加密貨幣的采礦過(guò)程消耗的電力與整個(gè)國家一樣多。但比特幣支持者發(fā)布的研究聲稱(chēng)，這種加密貨幣主要由可再生能源提供動(dòng)力。

關(guān)于這些研究要記住的一件事是，它們基于猜想和來(lái)自礦池的自我報告數據。例如，2019 年的 Coinshares 報告對比特幣挖礦生態(tài)系統評估中包含的礦工電源做出了幾個(gè)假設。

比特幣挖礦的歷史

兩項發(fā)展促成了今天比特幣挖礦的演變和組成。第一個(gè)是為比特幣制造定制礦機。因為比特幣挖掘本質(zhì)上是猜測，所以在另一個(gè)礦工之前得到正確答案幾乎與你的計算機產(chǎn)生哈希的速度有關(guān)。在比特幣的早期，具有普通 CPU 的臺式電腦主導著(zhù)比特幣挖礦。但隨著(zhù)算法的難度級別隨著(zhù)時(shí)間的推移而增加，他們開(kāi)始花費很長(cháng)時(shí)間來(lái)發(fā)現加密貨幣網(wǎng)絡(luò )上的交易。根據一些估計，在 2015 年初的難度級別上，使用 CPU 需要“平均數十萬(wàn)年”才能找到有效區塊。

隨著(zhù)時(shí)間的推移，礦工們意識到顯卡，也稱(chēng)為圖形處理單元 (GPU)，在挖礦時(shí)更有效、更快。但它們消耗了大量的電力，用于挖掘加密貨幣并不真正需要的單個(gè)硬件系統?，F場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 是一種 GPU，是一種改進(jìn)，但它們也存在與 GPU 相同的缺點(diǎn)。

如今，礦工使用定制的礦機，稱(chēng)為 ASIC 礦機，這些礦機配備了專(zhuān)用芯片，可以更快、更高效地挖掘比特幣。它們的成本從幾百到幾萬(wàn)美元不等。今天，比特幣挖礦競爭非常激烈，只有使用最新的 ASIC 才能實(shí)現盈利。當使用臺式計算機、GPU 或舊型號的 ASIC 時(shí)，能耗成本實(shí)際上超過(guò)了產(chǎn)生的收入。即使有最新的設備可供您使用，一臺計算機也很少足以與礦池競爭——礦池是一群結合他們的計算能力并在他們之間分割開(kāi)采的比特幣的礦工。

比特幣分叉也影響了比特幣礦工網(wǎng)絡(luò )的構成。在 16 萬(wàn)億分之一的幾率、可擴展的難度級別和驗證交易的龐大用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )之間，大約每 10 分鐘驗證一個(gè)交易塊。但重要的是要記住，10 分鐘是一個(gè)目標，而不是規則。

比特幣網(wǎng)絡(luò )目前每秒可以處理不到四筆交易，每 10 分鐘在區塊鏈中記錄一次交易。相比之下，Visa 每秒可以處理大約 65,000 筆交易。然而，隨著(zhù)比特幣用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )的不斷增長(cháng)，10 分鐘內完成的交易數量最終將超過(guò) 10 分鐘內可處理的交易數量。屆時(shí)，交易的等待時(shí)間將開(kāi)始并繼續變長(cháng)，除非對比特幣協(xié)議進(jìn)行更改。

比特幣協(xié)議的核心問(wèn)題被稱(chēng)為擴展。盡管比特幣礦工普遍同意必須采取措施解決擴容問(wèn)題，但關(guān)于如何做到這一點(diǎn)的共識較少。已經(jīng)提出了兩種主要的解決方案來(lái)解決縮放問(wèn)題。開(kāi)發(fā)人員建議要么創(chuàng )建第二個(gè)比特幣“鏈下”層，以允許稍后可以由區塊鏈驗證的更快交易，要么增加每個(gè)區塊可以存儲的交易數量。由于每個(gè)區塊要驗證的數據更少，第一個(gè)解決方案將使礦工的交易更快、更便宜。第二個(gè)將通過(guò)增加塊大小允許每 10 分鐘處理更多信息來(lái)處理擴展。

2017 年 7 月，代表該網(wǎng)絡(luò )大約 80% 至 90% 計算能力的比特幣礦工和采礦公司投票通過(guò)了一項計劃，該計劃將減少驗證每個(gè)區塊所需的數據量。

礦工投票添加到比特幣協(xié)議的程序稱(chēng)為隔離見(jiàn)證，或 SegWit。這個(gè)術(shù)語(yǔ)是隔離的（意思是分開(kāi)的）和見(jiàn)證的合并，指的是比特幣交易上的簽名。因此，隔離見(jiàn)證意味著(zhù)將交易簽名與區塊分離，并將它們作為擴展區塊附加。盡管在比特幣協(xié)議中添加單個(gè)程序似乎不是一個(gè)解決方案，但據估計，簽名數據占每個(gè)交易塊中處理的數據的 65%。

不到一個(gè)月后，也就是 2017 年 8 月，一群礦工和開(kāi)發(fā)人員發(fā)起了一次硬分叉，讓比特幣網(wǎng)絡(luò )使用與比特幣相同的代碼庫創(chuàng )建一種新貨幣。盡管該小組同意需要解決擴展問(wèn)題，但他們擔心采用 SegWit 技術(shù)并不能完全解決擴展問(wèn)題。

相反，他們采用了第二種解決方案，即增加每個(gè)區塊可以存儲的交易數量。由此產(chǎn)生的貨幣，稱(chēng)為比特幣現金，將塊大小增加到 8MB，以加速驗證過(guò)程，以實(shí)現每天約 200 萬(wàn)筆交易。

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