# 什么是比特币挖矿？比特币挖矿的历史

> 来源：梦飞idc云平台 | 原文：https://www.mfisp.com/4156.html | 发布：2022-02-16 | 更新：2022-03-24 | 分类：IDC云库

比特币挖矿是通过解决难题来创造新比特币的过程。它由配备专门芯片的计算系统组成，这些芯片竞相解决数学难题。第一个解决这个难题的比特币矿工（这些系统被称为）将获得比特币奖励。

比特币挖矿是通过解决难题来创造新比特币的过程。它由配备专门芯片的计算系统组成，这些芯片竞相解决数学难题。第一个解决这个难题的比特币矿工（这些系统被称为）将获得比特币奖励。挖掘过程还确认加密货币网络上的交易并使其值得信赖。

 

比特币推出后的短时间内，它是在具有常规中央处理器（CPU）的台式计算机上开采的。但这个过程极其缓慢。现在，加密货币是使用分布在许多地区的大型矿池生成的。比特币矿工聚集了消耗大量电力的采矿系统来开采加密货币。

 

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在使用化石燃料发电的地区，比特币开采被认为对环境有害。因此，许多比特币矿工已将业务转移到拥有可再生能源的地方，以减少比特币对气候变化的影响。

 

**关键要点**

 
 
- 比特币挖掘是通过解决计算难题来创造新比特币的过程。 
- 比特币挖掘对于维护比特币所基于的交易分类账是必要的。 
- 在过去的几年里，矿工变得非常老练，他们使用复杂的机械来加速采矿作业。 
- 比特币挖矿引起了争议，因为它不被认为是环保的。 

 

正如使用大型工具和机器从地球上开采黄金一样，比特币开采也使用类似于数据中心的大型系统。这些系统解决了比特币算法产生的数学难题，以产生新的硬币。

 

通过解决计算数学问题，比特币矿工还通过验证其交易信息使加密货币的网络值得信赖。他们验证价值 1 兆字节 (MB) 的交易——单个块的大小。这些事务理论上可以小到一个事务，但更常见的是几千个，具体取决于每个事务存储的数据量。验证比特币交易信息背后的想法是防止双花。对于印刷货币，伪造始终是一个问题。但一般来说，当您在商店消费 20 美元时，该账单就在店员手中。然而，对于数字货币，情况就不同了。

 

数字信息可以相对容易地复制，因此对于比特币和其他数字货币，消费者可能会复制他们的比特币并将其发送给另一方，同时仍保留原件。

 

比特币交易被聚合成块，这些块被添加到名为区块链的数据库中。比特币网络中的完整节点维护区块链的记录并验证其上发生的交易。比特币矿工下载区块链的整个历史并将有效交易组合成一个区块。如果组装交易的区块被其他矿工接受并验证，则矿工将获得区块奖励。

 

区块奖励每 210,000 个区块（或大约每四年）减半。2009年是50，2013年奖励金额下降到25，2016年变成12.5。在比特币最近的减半事件中，奖励改为 6.25。

 

比特币矿工参与该过程的另一个诱因是交易费用。除了奖励之外，矿工还从该交易块中包含的任何交易中收取费用。随着比特币达到其 2100 万的计划限制（预计在 2140年左右），矿工将获得处理网络用户将支付的交易的费用。这些费用确保矿工仍然有动力进行挖矿并保持网络运行。这个想法是，对这些费用的竞争将导致它们在减半事件结束后保持在低位。

 

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**什么是比特币挖矿数学难题？**

 

比特币挖矿的核心是一个数学难题，矿工应该解决这个难题才能获得比特币奖励。这个难题被称为工作量证明（PoW），指的是矿工为挖掘比特币所花费的计算工作。虽然它通常被称为复杂，但挖矿难题实际上相当简单，可以说是猜测。

 

比特币网络中的矿工试图提出一个 64 位十六进制数，称为哈希，它小于或等于 SHA256（比特币的 PoW 算法）中的目标哈希。矿工的系统以多个处理单元堆叠在一起的形式使用相当大的蛮力，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) )——根据单位，猜测所有可能的 64 位组合，直到找到解决方案。猜测小于或等于哈希的数字的系统将获得比特币奖励。

 

这里有一个例子来解释这个过程。假设您让朋友猜一个您想到并写在纸上的 1 到 100 之间的数字。您的朋友不必猜测确切的数字；他们只需成为第一个猜出小于或等于您的数字的数字的人。

 

如果你在想数字 19，而一个朋友想出 21，他们会输，因为 21 大于 19。但如果有人猜 16，另一个朋友猜 18，那么后者会赢，因为 18 比 16 更接近 19。非常简单的术语，比特币挖掘数学难题与上面描述的情况相同，除了 64 位十六进制数字和数千个计算系统。

 

**什么是挖矿难度？**

 

您在比特币挖矿文献中经常遇到的术语之一是挖矿难度。挖矿难度是指解决数学难题和生成比特币的难度。挖矿难度会影响比特币的生成速度。

 

挖矿难度每 2,016 个区块或大约每两周更改一次。随后的难度级别取决于矿工在前一个周期中的效率。它还受到加入比特币网络的新矿工数量的影响，因为它增加了哈希率或部署用于挖掘加密货币的计算能力。2013 年和 2014 年，随着比特币价格上涨，更多矿工加入其网络，发现一个交易区块的平均时间从 10 分钟下降到 9 分钟。

 

但相反的情况也可能成立。也就是说，越多的矿工竞争解决方案，问题就会变得越困难。如果计算能力从网络中移除，难度会向下调整以使挖掘更容易。

 

2022年2月的挖矿难度为26.69万亿。也就是说，计算机产生低于目标的概率是 26.69 万亿分之一。换个角度来看，你用一张彩票赢得强力球大奖的可能性大约是你一次尝试选择正确哈希的可能性的 91,655 倍。

 

**开采比特币的经济学是什么？**

 

归根结底，比特币挖矿是一项商业冒险。其产出——比特币——产生的利润取决于对其投入的投资。

 

比特币挖矿的三个主要成本：

 

电力：这是 24/7 全天候运行您的采矿系统的电力。它可以达到巨额账单。当您考虑到该过程消耗的电力与某些国家一样多时，成本可能会相当大。

 

挖矿系统：与流行的叙述相反，台式电脑和常规游戏系统不适合或不适合比特币挖矿。该过程可能会使此类系统升温并导致家庭网络出现带宽问题。专用集成芯片（ASIC）系统是比特币挖矿的定制机器，是比特币矿工的主要基础设施投资。此类机器的价格范围从 4,000 美元到 12,000 美元不等。即使成本如此之高，单个配备 ASIC 的系统生成的比特币也少于单个比特币。比特币矿工将数千个 ASIC 系统组织成 24/7 运行的矿池，以生成解决哈希难题所需的 64 位十六进制数。

 

网络基础设施：网络速度对比特币挖掘过程没有显着影响。但是，拥有 24/7 不间断的 Internet 连接非常重要。该连接还应该有来自附近矿池的延迟。专用网络减少了外部依赖并确保将延迟降至最低。离线并不一定会停止同步交易的过程。但它会使该过程耗时，并且可能在连接恢复后容易出错。

 

这三种投入的总成本应该低于矿工从他们的风险中获得利润的产出——在这种情况下是比特币价格。考虑到比特币价格飞涨，铸造自己的加密货币的想法听起来可能是一个有吸引力的提议。

 

然而，尽管比特币的支持者告诉你，挖掘加密货币并不是任何一种爱好。这是一项昂贵的冒险，失败的可能性很高。如挖矿难度部分所述，即使花费大量费用和精力，也无法保证您一定会获得比特币奖励。聚合采矿系统来经营一家开采比特币的小型企业可能会提供一条出路。然而，即使是这样的企业也受到加密货币价格波动的摆布。如果加密货币的价格像 2018 年那样暴跌，那么运行比特币挖矿系统将变得不经济，小型矿工将被迫停业。每四年授予矿工的比特币数量下降，使得这项活动更加没有吸引力。

 

鉴于开采比特币的经济学固有的相当大的困难，该活动现在由业务遍及多个大陆的大型矿业公司主导。AntPool 是全球最大的比特币挖矿公司，在多个国家运营矿池。许多比特币矿业公司也上市了，尽管它们的估值相对适中。

 

**比特币挖矿过程使用多少电力？**

 

在比特币短暂的大部分历史中，其采矿过程一直是一个能源密集型过程。在它推出后的十年里，比特币挖矿集中在中国，这个国家依靠煤炭等化石燃料来生产大部分电力。毫不奇怪，比特币开采的天文能源成本引起了气候变化活动家的注意，他们指责该活动导致排放量增加。根据一些估计，加密货币的采矿过程消耗的电力与整个国家一样多。但比特币支持者发布的研究声称，这种加密货币主要由可再生能源提供动力。

 

关于这些研究要记住的一件事是，它们基于猜想和来自矿池的自我报告数据。例如，2019 年的 Coinshares 报告对比特币挖矿生态系统评估中包含的矿工电源做出了几个假设。

 

**比特币挖矿的历史**

 

两项发展促成了今天比特币挖矿的演变和组成。第一个是为比特币制造定制矿机。因为比特币挖掘本质上是猜测，所以在另一个矿工之前得到正确答案几乎与你的计算机产生哈希的速度有关。在比特币的早期，具有普通 CPU 的台式电脑主导着比特币挖矿。但随着算法的难度级别随着时间的推移而增加，他们开始花费很长时间来发现加密货币网络上的交易。根据一些估计，在 2015 年初的难度级别上，使用 CPU 需要“平均数十万年”才能找到有效区块。

 

随着时间的推移，矿工们意识到显卡，也称为图形处理单元 (GPU)，在挖矿时更有效、更快。但它们消耗了大量的电力，用于挖掘加密货币并不真正需要的单个硬件系统。现场可编程门阵列 (FPGA) 是一种 GPU，是一种改进，但它们也存在与 GPU 相同的缺点。

 

如今，矿工使用定制的矿机，称为 ASIC 矿机，这些矿机配备了专用芯片，可以更快、更高效地挖掘比特币。它们的成本从几百到几万美元不等。今天，比特币挖矿竞争非常激烈，只有使用最新的 ASIC 才能实现盈利。当使用台式计算机、GPU 或旧型号的 ASIC 时，能耗成本实际上超过了产生的收入。即使有最新的设备可供您使用，一台计算机也很少足以与矿池竞争——矿池是一群结合他们的计算能力并在他们之间分割开采的比特币的矿工。

 

比特币分叉也影响了比特币矿工网络的构成。在 16 万亿分之一的几率、可扩展的难度级别和验证交易的庞大用户网络之间，大约每 10 分钟验证一个交易块。但重要的是要记住，10 分钟是一个目标，而不是规则。

 

比特币网络目前每秒可以处理不到四笔交易，每 10 分钟在区块链中记录一次交易。相比之下，Visa 每秒可以处理大约 65,000 笔交易。然而，随着比特币用户网络的不断增长，10 分钟内完成的交易数量最终将超过 10 分钟内可处理的交易数量。届时，交易的等待时间将开始并继续变长，除非对比特币协议进行更改。

 

比特币协议的核心问题被称为扩展。尽管比特币矿工普遍同意必须采取措施解决扩容问题，但关于如何做到这一点的共识较少。已经提出了两种主要的解决方案来解决缩放问题。开发人员建议要么创建第二个比特币“链下”层，以允许稍后可以由区块链验证的更快交易，要么增加每个区块可以存储的交易数量。由于每个区块要验证的数据更少，第一个解决方案将使矿工的交易更快、更便宜。第二个将通过增加块大小允许每 10 分钟处理更多信息来处理扩展。

 

2017 年 7 月，代表该网络大约 80% 至 90% 计算能力的比特币矿工和采矿公司投票通过了一项计划，该计划将减少验证每个区块所需的数据量。

 

矿工投票添加到比特币协议的程序称为隔离见证，或 SegWit。这个术语是隔离的（意思是分开的）和见证的合并，指的是比特币交易上的签名。因此，隔离见证意味着将交易签名与区块分离，并将它们作为扩展区块附加。尽管在比特币协议中添加单个程序似乎不是一个解决方案，但据估计，签名数据占每个交易块中处理的数据的 65%。

 

不到一个月后，也就是 2017 年 8 月，一群矿工和开发人员发起了一次硬分叉，让比特币网络使用与比特币相同的代码库创建一种新货币。尽管该小组同意需要解决扩展问题，但他们担心采用 SegWit 技术并不能完全解决扩展问题。

 

相反，他们采用了第二种解决方案，即增加每个区块可以存储的交易数量。由此产生的货币，称为比特币现金，将块大小增加到 8MB，以加速验证过程，以实现每天约 200 万笔交易。

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