詳解加密貨幣挖礦是什麼？

摘要

加密貨幣挖礦是一個驗證區塊鏈交易的過程，也是創建加密貨幣新幣的過程。 礦工需要大量計算資源，這也保障了區塊鏈網絡的安全。 誠實成功的礦工能够賺取新創建的加密貨幣和交易手續費獎勵。

導語

挖礦是驗證用戶間加密貨幣交易並將其添加到區塊鏈公共帳本的過程。 挖礦工作也負責將新幣引入現有流通供應量中。

挖礦是允許比特幣區塊鏈作為分佈式帳本使用的關鍵因素。 所有交易均記錄在點對點網絡中，無需中央機构介入。 本文將探討比特幣網絡中的挖礦過程，但是對於採用相同挖礦機制的山寨幣而言，挖礦過程也是類似的。

挖礦的工作原理

新的區塊鏈交易達成後，會被發送到礦池中，我們稱之為記憶體池。 礦工的工作是驗證這些待處理交易的有效性，並將其綜合成區塊。 您可以把區塊看作區塊鏈帳本的頁面，其中記錄了若干交易（以及其他數據）。

具體來說，挖礦節點負責從記憶體池中收集未經確認的交易，並綜合成候選區塊。 隨後，礦工嘗試將該候選區塊轉化為有效確認的區塊。 但他們需要能够解答複雜的數學問題。 這需要大量計算資源，但每個成功挖出的區塊都會給礦工發放一個區塊獎勵，包括新創建的加密貨幣和交易手續費。 下麵我們來詳細瞭解一下挖礦過程。

第1步-雜湊運算交易

要想挖取區塊，第1步需從記憶體池中通過雜湊函數逐個操作待處理交易並提交。 我們每次通過雜湊函數提交一份數據，就會生成一個固定長度的輸出，稱為雜湊。 在挖礦過程中，每筆交易的雜湊值由一串數位和字母組成，作為識別字使用。 交易雜湊值代表該交易中包含的所有資訊。

除了對每筆交易進行雜湊處理和單列外，礦工還添加了自定義交易，可向自己發送區塊獎勵。 這筆交易稱為Coinbase交易，能够創建新幣。 多數情况下，Coinbase交易是第一個記錄在新區塊中的交易，隨後是它們想要驗證的待處理交易。

第2步-創建默克爾樹

每筆交易經過雜湊處理後，這些雜湊綜合成一種稱作默克爾樹的結構。 默克爾樹也稱作雜湊樹，通過將交易雜湊整合成對，然後對其進行雜湊處理。 將新的雜湊輸出綜合成對，再次進行雜湊處理，整個過程不斷重複，直到創建一個單一雜湊。 最後一個雜湊也稱作根雜湊（或默克爾根），基本代表以前所有用於生成根雜湊的雜湊。

第3步-找到有效區塊頭（區塊雜湊值）

區塊頭作為每個獨立區塊的識別字，代表每個區塊擁有專屬雜湊值。 創建新區塊時，礦工將前一個區塊的雜湊與候選區塊的根哈希結合，生成新的區塊雜湊。 除這兩個元素外，他們還需要添加一個稱作nonce的隨機數值。

囙此，當礦工嘗試驗證他們的候選區塊時，需要將根雜湊、以前的區塊雜湊及隨機數值結合，並通過雜湊函數提交。 其目標是為了創建一個被認為有效的雜湊。

根哈希與前一個區塊的雜湊不能更改，囙此礦工需要對隨機數值進行多次更改，直到找到有效雜湊。

輸出（區塊雜湊值）必須小於協定確定的某個目標值，才能被認為是有效的。 在比特幣挖礦中，區塊雜湊值的前幾比特必須是零。 這就是我們所稱的挖礦難度。

第4步-傳播挖出的區塊

如我們所見，礦工需要使用不同的隨機數值反復對區塊頭進行雜湊處理。 他們不斷重複這項工作，直到找到有效區塊雜湊值。 找到的礦工就會將他的區塊傳播到網絡。 所有其他節點將檢查該區塊及其雜湊值是否有效，如有效，則將新區塊添加到區塊鏈副本中。

在這一點上，候選區塊會變成已確認區塊，所有礦工轉而去挖下一個區塊。 無法及時找到有效雜湊的礦工會丟棄他們的候選區塊，然後繼續投入挖礦。

挖礦難度調整

挖礦難度由協定定期調整，確保新區塊創建的速率保持不變。 這就是新幣發行穩定且可預測的原因。 難度調整與投入網絡的算力（雜湊率）成比例。

囙此，每當有新礦工加入網絡，競爭就會加劇，雜湊運算難度也會提升，平均區塊時間無法减少。 相反，如果許多礦工决定離開網絡，雜湊運算難度就會降低，挖掘新區塊的難度也會降低。 這種調整能够讓區塊時間不受網絡雜湊算力的影響，始終保持不變。

如果同時挖出來兩個區塊怎麼辦？

有時兩個礦工同時傳播一個有效區塊，網絡最終會出現兩個相互競爭的區塊。 礦工會在先收到的區塊基礎上開始挖掘下一個區塊。 這導致網絡暫時分為兩種不同版本的區塊鏈。

這些區塊間的競爭會持續到礦工在任意一個區塊基礎上挖出新區塊為止。 最先挖出新區塊的那個區塊將被視為贏家。 被放弃的區塊稱為孤塊或陳腐區塊，所有選擇這一區塊的礦工會轉到獲勝區塊所在的鏈上繼續挖礦。

所有加密貨幣都可以挖掘嗎？

比特幣是所有可供挖掘的加密貨幣中最熱門、最完善的，但並不是所有加密貨幣都可以挖掘。 比特幣挖礦依據一種稱作工作量證明（PoW）的共識算灋。

工作量證明（PoW）

工作量證明（PoW）是由中本聰創建的傳統區塊共識機制。 這個概念首次出現在2008年發佈的比特幣白皮書中。 簡而言之，工作量證明决定了區塊鏈網絡如何在沒有協力廠商中間機构的情况下在所有分佈式參與者之間達成共識。 它需要大量的算力才能達成共識，並以此來封锁惡意行為。

如我們所見，在工作量證明網絡中，交易由礦工驗證。 為了獲得開採下一個區塊的權利，礦工使用專門的挖礦硬體解决複雜的加密難題來參與競爭。 首位成功找到有效解決方案的礦工可以將他們的交易區塊傳播到區塊鏈中，賺取區塊獎勵。

不同區塊鏈中區塊獎勵的加密貨幣數量有所不同。 例如，截至2021年12月，礦工從比特幣區塊鏈中可賺取6.25枚比特幣區塊獎勵。 根據减半機制，區塊獎勵中的比特幣數量每21萬個區塊减少一半（約每4年一次）。

不同的加密貨幣挖掘方法

挖掘加密貨幣的方法並不是唯一的。 隨著新硬體和共識算灋不斷湧現，設備和流程也在優化。 礦工通常使用專門的計算裝置來解决複雜的加密方程式。 我們以最常見的幾種挖礦方法為例。

中央處理器（CPU）挖礦

中央處理器（CPU）挖礦是指使用電腦的CPU來執行工作量證明所需的雜湊函數。 在比特幣早期階段，挖礦的成本和門檻很低。 挖礦難題可以由普通CPU處理，囙此任何人都可以嘗試挖比特幣和其他加密貨幣。

然而，隨著越來越多人開始挖礦，網絡的雜湊率也在新增，挖礦獲利變得越來越困難。 此外，隨著算力更强的專業挖礦硬體崛起，CPU挖礦幾近成為歷史。 如今CPU挖礦不再可行，因為礦工都使用專門的硬體。

圖形處理器（GPU）挖礦

圖形處理器專為並行處理一系列應用而設計。 它常用於視頻遊戲或渲染圖形，也可用於挖礦。

與流行的專用集成電路（ASIC）挖礦硬體相比，GPU相對便宜，也更為靈活。 部分山寨幣可以使用GPU挖礦，但效率取決於挖礦難度和算灋。

ASIC挖礦

專用集成電路（ASIC）專為單一特定目標設計。 在加密貨幣中，它是指為挖礦開發的專用硬體。 ASIC挖礦效率高，但價格昂貴。

挖礦競爭激烈。 要想挖礦獲利，需要配備具有競爭力的挖礦硬體。 ASIC礦機擁有最前沿的挖礦科技，設備成本比CPU或GPU高很多。 另外，ASIC技術進步飛快，舊型號已無利可圖，這意味著礦機需要經常更換。 這使ASIC挖礦成為最昂貴的挖礦管道，而且還沒算電力成本。

礦池

由於區塊獎勵會授予最先成功的礦工，囙此找到正確雜湊值的概率極小。 如果礦工的挖礦能力較弱，很難依靠自己發現下一個區塊機會。 礦池解决了這一問題。

礦池是由礦工組成的團體，他們將自己的資源（雜湊算力）集中起來，提高贏得區塊獎勵的概率。 當礦池成功找到區塊時，礦工將按個人對礦池的貢獻平分獎勵。

礦池可以使個體礦工在硬體和電力成本方面受益，但他們在挖礦方面的主導地位讓人們擔心網絡可能會出現51%攻擊。

總結

加密貨幣挖礦是比特幣和其他PoW區塊鏈的重要力量，也是保持網路安全和新幣穩定發行的重要因素。 挖礦有一定利弊，最大的益處是可以從區塊獎勵中獲得潜在收益。 然而，挖礦利潤受到電力成本和市價等多重因素影響。 挖礦並不保證一定能够獲利，在加密貨幣挖礦之前，應該自己做好調研（DYOR）並評估所有潛在風險。