加密货币挖矿：是什么以及如何运作？
加密货币挖矿是区块链交易排序和验证过程中的一个重要环节，同时也是新加密货币单位生成的源头。矿工们通过高强度的计算资源工作，确保区块链网络的安全性。他们收集待处理的交易，将其组织成区块，并向网络广播。如果区块获得验证节点的批准，矿工将获得区块奖励。加密货币挖矿的盈利能力取决于硬件效率、电力成本、市场波动性以及区块链协议的变化等因素。
什么是加密货币挖矿？
想象一下，全球数字账本上记录着每笔加密货币交易。挖矿确保这个账本的准确性和安全性。矿工们使用专门的计算机来解决谜题（本质上是猜测数字），以组织和确认待处理的交易。第一个解决谜题的矿工将获得加密货币奖励。
加密货币挖矿是确保像比特币（BTC）这样的加密货币安全的过程。它是用户交易被验证并添加到区块链公共账本的过程。挖矿是使比特币网络能够去中心化运行的关键元素之一，这意味着它可以在没有中央权威的情况下运作。
挖矿操作还负责向现有供应中添加新币。虽然这听起来像是印钞，但加密货币挖矿遵循一套硬编码的规则来管理这一过程，并防止任何人随意创造新币。这些规则被嵌入到底层协议中，并由分布式节点网络执行。
为了创造新的加密货币单位，矿工们使用他们的计算能力来解决复杂的加密谜题。第一个解决谜题的矿工有权将新的交易区块添加到区块链并向网络广播。
加密货币挖矿如何运作？
简要回答
1. 交易被分组成区块。 当有人发送或接收加密货币时，待处理的交易被分组到一个等待确认的“区块”中。
2. 矿工解决谜题。 矿工使用计算机来猜测一个特殊的数字，称为nonce，当它与区块数据结合时，会产生一个低于特定目标数字的结果。这就像一张涉及谜题的数字彩票。
3. 添加到区块链 最先解决谜题的矿工可以将他们的区块添加到区块链中。其他矿工会检查这个区块以确保其有效性。
4. 获得奖励 获胜的矿工将获得奖励，包括新创造的加密货币和他们挖掘的区块中的交易费用。
详细回答
随着新区块链交易的产生，它们被发送到一个称为内存池（或mempool）的池中。验证节点负责验证交易的有效性。矿工的工作是收集这些待处理的交易并将它们组织成区块。请注意，一些矿工也运行验证节点，但挖矿节点和验证节点在技术上是不同的。
你可以将一个区块视为区块链账本的一页，其中记录了若干交易（以及其他数据）。更具体地说，一个挖矿节点负责从内存池中收集未确认的交易并将它们组装成一个候选区块。
然后，矿工尝试将这个候选区块转换为确认区块。为此，他们必须解决一个需要大量计算资源的复杂数学问题。然而，对于每个成功挖掘的区块，矿工将获得一个区块奖励，包括新创造的加密货币加上交易费用。让我们更仔细地看一下。
步骤1：哈希交易
挖掘区块的第一步是从内存池中获取待处理的交易，并逐一通过哈希函数提交。每次数据通过哈希函数运行时，都会生成一个固定大小的输出，称为哈希。
在挖矿的背景下，每个交易的哈希由一串数字和字母组成，充当标识符。交易哈希代表该交易中包含的所有信息。
除了单独哈希和列出每个交易外，矿工还添加一个自定义交易，他们向自己发送区块奖励。这笔交易称为coinbase交易，是创建全新币的交易。在大多数情况下，这笔交易是新区块中首先记录的交易，其后是一组等待确认的待处理交易。
步骤2：创建Merkle树
在每个交易被哈希后，这些哈希被组织成一个称为Merkle树（也称为哈希树）的结构。Merkle树是通过将交易哈希成对组织并哈希它们来生成的。
新的哈希输出然后被成对组织并再次哈希，这个过程重复进行，直到生成一个单一的哈希。这个最后的哈希被称为根哈希（或Merkle根），基本上是代表所有用于生成它的前一个哈希的哈希。
步骤3：寻找有效的区块头（区块哈希）
区块头作为每个独立区块的标识符，这意味着每个区块都有一个唯一的哈希。在创建新区块时，矿工将前一个区块的哈希与他们的候选区块的根哈希结合起来生成一个新的区块哈希。他们还必须添加一个称为nonce的任意数字。
因此，在尝试确认他们的候选区块时，矿工需要将根哈希、前一个区块的哈希和一个nonce结合起来，并将它们全部通过哈希函数处理。他们的目标是反复这样做，直到他们能够创建一个有效的哈希。
根哈希和前一个区块的哈希不能更改，因此矿工必须多次更改nonce值，直到找到一个有效的哈希。为了被认为是有效的，输出（区块哈希）必须小于由协议确定的某个目标值。在比特币挖矿中，区块哈希必须以一定数量的零开头——这个目标值被称为挖矿难度。
步骤4：广播挖掘的区块
正如我们所见，矿工必须使用不同的nonce值反复哈希区块头。他们这样做直到找到一个有效的区块哈希。当一个矿工找到一个有效的区块哈希时，他们将这个区块广播到网络上。然后，所有其他验证节点将检查区块是否有效，如果是的话，将新区块添加到他们的区块链副本中。
此时，候选区块成为确认区块，所有矿工继续挖掘下一个区块。未能及时找到有效哈希的矿工将丢弃他们的候选区块，因为新的挖矿竞赛开始了。
如果同时挖出两个区块会怎样？
有时，两个矿工同时广播一个有效区块，网络最终会出现两个竞争区块。然后，矿工们开始基于他们首先接收到的区块挖掘下一个区块，导致网络暂时分裂成区块链的两个不同版本。
这些区块之间的竞争将持续到下一个区块在其中一个竞争区块之上被挖出。当一个新区块被挖出时，无论之前哪个区块在它之前，都被认为是赢家。然后被放弃的区块被称为孤儿区块或陈旧区块，这导致所有选择该区块的矿工切换回挖掘赢家区块的链条。
什么是挖矿难度？
挖矿难度由协议定期调整，以确保新区块创建的速度恒定，从而导致新币发行的稳定和可预测。难度与网络上投入的计算能力（哈希率）成比例调整。
每当新矿工加入网络并增加竞争时，哈希难度会增加，这防止平均区块时间减少。相反，如果许多矿工离开网络，哈希难度会降低，使得挖掘新区块变得更容易。这些调整保持平均区块时间恒定，无论网络的总哈希能力如何。
加密货币挖矿的类型
CPU挖矿
中央处理单元（CPU）挖矿涉及使用计算机的CPU来执行工作量证明（PoW）模型所需的哈希函数。在比特币的早期，挖矿成本和进入门槛低，其难度可以由普通CPU处理。任何人都可以尝试挖掘加密货币。
然而，随着更多人开始挖掘BTC和网络哈希率的增加，盈利性挖矿变得越来越困难。专门的挖矿硬件的出现和更大的处理能力最终使得CPU挖矿几乎不可能。如今，CPU挖矿可能不再是一个可行的选择，因为大多数矿工使用专门的硬件。
GPU挖矿
图形处理单元（GPU）设计用于同时处理广泛的应用程序。虽然它们通常用于视频游戏或图形渲染，但它们也可以用于挖矿。
GPU相对便宜且比高度专业化的挖矿硬件更灵活。GPU可以用来挖掘一些替代币，但它们的效率取决于挖矿难度和算法。
ASIC挖矿
专用集成电路（ASIC）设计用于服务于单一特定目的。在加密货币中，该术语指的是专门为挖矿设计的硬件。ASIC挖矿以其高效著称，但相对昂贵。
由于ASIC矿机处于挖矿技术的前沿，一个单位的成本远高于CPU或GPU。此外，ASIC技术的不断进步可以迅速使旧的ASIC型号变得无利可图。这使得ASIC挖矿成为最昂贵的挖矿方式之一，但它是最有效的，如果大规模进行，可以盈利。
挖矿池
由于每个区块奖励只给予第一个成功的矿工，挖掘一个区块的概率极低。拥有少量挖矿能力的矿工独自发现下一个区块的机会非常小。挖矿池为这个问题提供了一个解决方案。
挖矿池是一群矿工，他们将资源（哈希能力）集中起来，以增加赢得区块奖励的机会。当池成功找到一个区块时，池中的矿工根据他们各自贡献的工作量分享奖励。
挖矿池可以从硬件和电力成本方面为个体矿工带来好处，但它们在挖矿中的主导地位引发了关于集中化和潜在51%攻击的担忧。
云挖矿
云挖矿者不是购买设备，而是从云挖矿提供商那里租用计算能力。这是一种更简单的开始挖矿的方式，但它带来了像诈骗或较低盈利能力的风险。如果你决定尝试云挖矿，确保选择一个信誉良好的提供商。
什么是比特币挖矿以及它如何运作？
比特币是最受欢迎和最成熟的可挖掘加密货币的例子；比特币挖矿基于PoW共识算法。
PoW是最初由中本聪创建的区块链共识机制，并在2008年的比特币白皮书中引入。简而言之，PoW决定了区块链网络如何在所有分布式参与者之间达成共识，而无需第三方中介。它通过要求在电力和计算能力上的重大投资来阻止坏行为者。
正如我们所见，PoW网络上的待处理交易由矿工排序并添加到区块中，矿工们使用专门的挖矿硬件竞争解决谜题。第一个找到有效解决方案的矿工可以将他们的区块广播到区块链上，如果验证节点接受他们的区块，矿工将获得区块奖励。
区块奖励中的加密货币数量因区块链而异。例如，在比特币区块链上，截至2024年12月，矿工可以获得3.125 BTC的区块奖励。由于比特币的减半机制，每210,000个区块（约每四年）区块奖励中的BTC数量减半。
加密货币挖矿是否有利可图？
虽然通过挖掘加密货币赚钱是可能的，但它需要仔细考虑、风险管理和研究。它还涉及投资和风险，如硬件成本、加密货币价格波动和加密货币协议变化。为了减轻这些风险，矿工们通常会从事风险管理实践，同时评估潜在的成本和收益。
加密货币挖矿的盈利能力取决于几个因素。其中之一是加密货币价格的变化。当加密货币价格上涨时，挖矿奖励的法定价值也会增加。相反，随着价格的下降，盈利能力可能会下降。
挖矿硬件的效率也是决定挖矿盈利能力的关键因素。挖矿硬件可能很昂贵，因此矿工必须平衡硬件成本与其可能产生的奖励。另一个需要考虑的因素是电力成本；如果电力成本过高，可能会超过收益，使挖矿变得无利可图。
此外，挖矿硬件可能需要经常升级，因为它们往往很快就会过时。新型号将优于旧型号，如果矿工没有预算升级他们的机器，他们可能会难以保持竞争力。
最后但同样重要的是，协议层面可能会发生重大变化。例如，比特币的减半会影响挖矿盈利能力，因为它将挖掘一个区块的奖励减半。在其他情况下，挖矿过程可能会被其他验证方法所取代。例如，以太坊在2022年9月完全从PoW切换到权益证明（PoS）共识机制，这使得挖矿变得不必要。
结语
加密货币挖矿是比特币和其他PoW区块链的重要组成部分，因为它有助于保持网络的安全性和新币发行的稳定性。
挖矿有一定的优点和缺点。最明显的优点是来自区块奖励的潜在收入。然而，这受电力成本和市场价格等多种因素的影响。在你开始加密货币挖矿之前，你应该自己进行研究（DYOR）并评估所有潜在风险。
