比特币基础课程 5 - 什么是比特币挖矿挖矿？

第 0 章 简介

在上两篇文章中，我们重点讨论了比特币交易的概念。用户发起一笔比特币交易为什么比特币能够通过矿机挖到，依靠矿工挖矿，最终被纳入比特币区块链。那么什么是挖矿？

第一章比特币世界的会计

在了解什么是挖矿之前，我们先来了解一下我们日常经济活动中银行的一项业务。我们使用银行账户进行汇款、取现和网银支付，银行将账簿记入我们的账户，银行是我们的会计。正是因为银行可以帮助国民记账，人民币货币体系才能正常运转。帮助用户记账是银行最基本的功能。

比特币也是一种货币系统。用户使用比特币支付，谁来帮用户记账？谁将充当比特币世界的“银行”？答案是矿工。

我们知道，银行里面有一整套软件帮我们记账，雇了一堆会计师来对账，还买了很多电脑来运行这些软件，让会计师来操作对账。比特币世界的矿机本体是一个什么样的物理实体？他们不可能是怪物。

第 2 章 矿工长什么样

从本系列的第一篇文章中，我们了解到比特币是一个点对点的分布式计算系统。在那篇文章中，我们提到了一个简化的比特币模型，它由 10 台计算机组成一个点对点的分布式计算系统，这就是比特币系统。这里的 10 台电脑都是矿工，当然也都是用户。

也就是说，在最简化的比特币系统中（中本聪最开始发明比特币的时候，只有少数人用过比特币，那是最简化的比特币系统），矿机就是一台简单的PC。矿机的硬件是PC，软件是比特币钱包。不需要人工对账，一切由网络自己负责，永远不会出问题，完全不需要人工对账。

现在比特币系统已经发展到非常复杂，矿工不再是简单的电脑来玩，而是由专业的硬件开发商制作的矿机来玩。下图为矿机：

这些矿机本质上是计算设备。里面的电路板全是计算芯片。当他们工作时，他们会像我们电脑的 CPU 一样继续进行计算。我们稍后会讨论他们在做什么。

有人使用大量这样的矿机来建造巨大的矿场，如下图：

因为矿机需要消耗电力来计算，所以有人承包了一个水电站来挖矿，用一排排的工厂来放置矿机，这很疯狂。如果你以前没有见过矿机，现在去矿场参观，你会感到惊讶。

挖矿软件也变得更加复杂。最简单的比特币系统模型只需要一个钱包，但现在它需要一个矿池和一个钱包一起运行。

第三章 矿工在做什么？

在第 1 章中，我们讨论了矿工实际上是如何做一些类似于银行的事情——簿记。在本章中，我们将详细描述这些疯狂的硬件和软件矿工在做什么。

我们先来打个比方说一下我们生活中的一个类似案例。某公司的会计和出纳每天都会收集员工报销单据，然后整理填入账簿，堆放在公司的会计库房里。

同样，比特币世界也是如此。

我们大部分用户使用比特币发起交易，一笔交易本质上是200到50万左右的数据。用户将交易广播到比特币网络，矿工节点接收交易。矿工将他收到的交易打包成一个数据块，称为块。目前这个数据块的平均大小是1M，一般可以包含成百上千的交易。每一个新的区块都会与前一个区块进行拼接，这样整个区块数据块就形成了一条链，这就是区块链。

这就是矿工所做的，收集用户发起的交易，打包成区块，然后拼接成区块链。

该区块链是比特币系统中的总账。任何使用比特币交易的人都会被记录在这个账本中，而这个记录的工作将交给矿工来完成。采集、打包、拼接全过程由软件自动完成，无需人工干预。目前，这条区块链已经数杯超过130G的数据，从第一笔比特币交易到现在已经收集和记录了超过2.46亿笔交易。

当然，矿工也会验证交易的合法性。发起欺诈交易的人无法欺骗矿工。但矿工的核心工作是成为一名会计师。

第四章 矿工为什么要做会计？

如前所述，运行矿机需要用电，有的人甚至承包了整个水电站来运行矿机为什么比特币能够通过矿机挖到，非常昂贵。而且，矿机本身也很贵。如果我们买一台PC机，也就五六千元，图片上的矿机也是几千元。为什么有人会在挖矿上花这么多钱，对他有什么好处？

有很大的好处。

为了鼓励人们去挖矿，比特币系统制定了一个规则：只要你遵守规则，成功抢到书的权利，系统就会奖励你一些比特币。（这个“一些”从 2009 年的 50 个比特币开始，然后在四年半的时间里平均减半，到 2012 年变成了 25 个比特币，现在是 12.5 个比特币。）这叫做区块奖励。

参与挖矿的人为了抢块奖励购买大量矿机，甚至直接购买水电站进行挖矿。

此外，区块奖励也是比特币发行的策略。世界上所有的比特币都是从区块奖励中诞生的。并且由于奖励每四年半减半，到 2140 年，比特币总数理论上将无限接近 2100 万。当然，由于早期会有大量的人因为不在乎丢失比特币，所以最终的问题肯定不会达到 2100 万。

现在的问题是，系统如何决定将区块奖励发送给哪个矿工？

第五章 为什么要发放区块奖励？

我们根据学业成绩评估奖学金。为什么矿工会获得区块奖励？

说来也奇怪，很靠运气。

比特币系统的记账能力是有争议的。比赛的规则其实很简单，就是每个人掷硬币，谁掷出符合规则的硬币序列，谁就获胜。这是矿机计算的核心内容，而矿机计算的本质是抛硬币。

比特币矿工计算的技术术语是计算哈希值小于某个值的区块头信息的数量。它本质上是一个随机数。谁先计算出这个数字，谁就有权计算下一个比特币网络。您还可以获得区块奖励和相应的交易转账费用。

可以这样理解，在挖矿的计算过程中，比特币系统每隔10分钟就会给出一个问题。这个问题就是让大家抛硬币。获胜规则是连续抛头的次数为获胜。

因此，谁用计算设备抛硬币速度最快，谁就可以获得比特币区块奖励。这种抛硬币的速度称为算力。所以不能说靠运气，还要靠实力，虽然这种实力是由抛硬币等偶然机会构成的。

目前全世界玩这个抛硬币游戏的电脑的抛硬币能力是每秒抛1.6*10^18次幂。这是非常非常非常大的。

矿工抛硬币和系统验证你抛硬币是否正确的过程称为工作量证明，在比特币世界中通常称为 POW。我们下一篇科普文章将解释这个概念。

第六章结论

比特币是一个基于一系列概念和技术的系统。这并不难理解。只要慢慢理解一个概念，就可以了。