什么是比特币挖矿？了解加密货币是如何产生的

小灯窗外喧哗

2024-10-21

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什么是比特币挖矿？了解加密货币是如何产生的

比特币是最古老且最有价值的区块链网络，也是加密货币领域的基石。比特币是一种去中心化的价值存储数字资产，占据了加密生态系统的大部分市值。比特币的设计模仿了黄金的特性，具有稀缺性，需要大量资源来生成新的单位。这一资源密集型过程使网络安全运行，被恰当地称为“挖矿”，与传统的贵金属开采相似。

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通过挖矿比特币参与网络有助于其持续运行，并允许个人直接参与web 3.0中最具影响力的网络之一。本篇文章是比特币挖矿的入门知识，提供有关如何成为这项关键技术一部分的见解。

在本文中，我们会探讨什么是比特币挖矿，分解其工作原理以及参与其中所需的条件。

什么是比特币网络？

比特币是有史以来第一个区块链网络，由一个神秘的人物或团体中本聪 (Satoshi Nakamoto)推出。比特币于 2009 年推出，旨在解决数字交易中的一个关键问题：双重支付。双重支付是指数字资产可能被复制并多次使用，但这会损害任何货币体系的完整性。而中本聪的突破性创新是开发一种去中心化的解决方案来解决这个问题，而不依赖银行等中央机构来维护安全的账本。

比特币网络的核心是区块链——一种去中心化的分布式账本，记录跨多台计算机（称为节点）的交易。这种结构确保了安全性、透明度和不变性。网络上的每笔交易都由节点（矿工）验证并添加到区块中，这些区块以加密方式链接到之前的区块，形成了一个连续的记录链，或区块链，其中包含有史以来每笔比特币交易的历史记录。

什么是比特币挖矿？

比特币网络采用加密哈希和一种称为工作量证明的共识机制来维护数据完整性并防止未经授权的更改。每笔交易都被分组到一个“区块”中，并与前一个区块链接，形成一条不可更改的链条。这种设计使所有交易的历史记录永久可见，并可供所有网络参与者验证。

比特币网络周期

要了解比特币网络的运作方式，就需要了解其循环的过程：

交易发起：用户通过将比特币从一个钱包转移到另一个钱包来发起交易。
交易广播：交易被广播到网络，到达多个节点。
交易池：未确认的交易被收集到内存池中并等待验证。
区块形成：矿工从内存池中选择交易以包含在新区块中，优先考虑交易费用较高的交易。
工作量证明：矿工们竞相解决需要大量计算能力的复杂数学难题。这个过程通常被称为比特币挖矿。
区块验证：一旦矿工解决了难题，解决方案（nonce）就会广播到网络。其他节点会验证解决方案的正确性。
将区块添加到区块链：经过验证后，新区块将添加到区块链，使包含的交易永久生效。
奖励矿工：成功的矿工将获得比特币的区块奖励以及与该区块交易相关的交易费用。
网络更新：更新后的区块链在网络共享，确保所有节点都拥有最新版本。
循环持续：随着新交易的发起和矿工竞争下一个区块，该过程重复进行。

这种循环过程确保比特币网络在没有中央管理机构的情况下保持安全、去中心化和正常运行。在下一节中，我们将探讨工作量证明的概念，这是比特币挖矿工作的基础。

比特币挖矿如何运作？

工作量证明 (PoW) 是比特币运行的一个基本概念，是其共识机制的支柱。它要求参与者执行计算工作来验证交易并向区块链添加新区块，从而确保网络的安全性和完整性。

比特币挖矿背后的博弈论

比特币挖矿的核心是博弈论，它协调网络参与者的激励措施以维持去中心化和无需信任。

无需信任：在没有中央权威的去中心化网络中，参与者无需相互信任即可进行交易，这一点至关重要。PoW 通过允许矿工通过计算工作来验证交易，从而确保只有合法交易才会添加到区块链中，从而实现了这一点。
去中心化： PoW 使网络能够将控制权分散到众多参与者而非单个实体。这种去中心化对于比特币网络的弹性和抗审查性至关重要。
参与游戏：矿工投入大量资源在硬件和电力上来参与网络。这种投资可以阻止恶意行为，因为攻击网络会导致巨大的经济损失，而且无法保证成功。

矿工在工作量证明挖矿中做什么

矿工在保护比特币网络方面发挥着关键作用。他们的主要任务是解决复杂的数学难题，将新区块添加到区块链中。

解决复杂问题：矿工竞相寻找一个随机数（nonce），该随机数与区块数据一起进行哈希运算后，产生的哈希值符合网络难度标准。这个过程需要大量资源，需要大量的计算能力。
比特币代币经济学：网络通过区块奖励和交易费激励矿工。最初，矿工每成功开采一个区块都会获得固定数量的比特币。
区块奖励和减半：大约每四年，网络就会经历一次“减半”，即区块奖励减少一半。这种机制控制着新比特币的发行率，导致比特币稀缺。发行率为每区块 3.125 BTC，上次更新时间为 2024 年 4 月。
流动性、奖励和网络难度的相互作用：随着区块奖励减少，交易费成为矿工更重要的收入来源。网络每 2,016 个区块（大约每两周）调整一次挖矿难度，以确保大约每 10 分钟挖出一个区块，从而平衡矿工的流入和可用的奖励。

结论

成功挖掘比特币网络涉及驾驭其动态环境，其中哈希率和网络难度起着关键作用。

哈希率：这表示矿工在网络中使用的总计算能力。更高的哈希率可增强网络安全性并增加矿工的竞争力。
最佳哈希率的重要性：维持最佳哈希率对于网络的安全性和效率至关重要。它确保网络能够抵御潜在攻击，同时促进交易的顺利处理。
当前形势：截至 2024 年，比特币网络难度已达到历史最高水平，使得挖矿比以往任何时候都更具挑战性。这一增长反映了挖矿参与度的不断提高以及挖矿硬件技术的进步。

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在接下来的部分中，我们将更深入地探讨比特币挖矿，并研究开始参与比特币网络所需的条件。

如何挖掘比特币

要开始比特币挖矿，了解其代币经济学至关重要。比特币的最大供应量为 2100 万枚，引入了确保稀缺性的硬上限。新比特币通过预定的通胀计划流通，主要通过矿工的区块奖励。

比特币网络大约每四年经历一次“减半”事件，区块奖励减少一半。这种机制控制通货膨胀并模拟贵金属的稀缺性。比特币的共识机制是工作量证明 (PoW)，要求矿工解决复杂的数学难题来验证交易并保护网络安全。

挖矿的硬件要求

挖掘比特币需要专用硬件，即专用集成电路 (ASIC)。

ASIC 是专为特定计算任务而设计的设备，在本例中，ASIC 使用 SHA-256 哈希算法来挖掘比特币。与 CPU 或 GPU 等通用硬件相比，ASIC 的专业性提高了效率和哈希率。

热门 ASIC 型号如下：Bitmain Antminer S19 Pro：提供高达 110 TH/s 的哈希率，同时提高能源效率。
MicroBT Whatsminer M30S++：提供约 112 TH/s 的哈希率，以可靠性著称。
Canaan AvalonMiner 1246：提供 90 TH/s 的哈希率，并因其强大的构建质量而受到认可。

挖矿软件

除了硬件之外，挖矿还需要特定的软件将你的 ASIC 连接到比特币网络和挖矿池。

挖矿软件促进了硬件和比特币网络之间的通信。它通过向矿工提供工作、收集结果并将完成的任务提交给区块链来管理挖矿过程。

可用的软件：

CGMiner：一个兼容各种 ASIC 的开源程序，为经验丰富的矿工提供高级功能。
BFGMiner：与CGMiner类似，但专注于定制并支持多种挖掘算法。
EasyMiner：提供适合进入采矿领域的初学者的用户友好界面。

建立采矿业务的成本

建立比特币挖矿业务涉及多项成本和注意事项：

初始投资：硬件成本： ASIC 矿机的成本从几千美元到几万美元不等，具体取决于型号和数量。
附加设备：电源、冷却系统以及可能的基础设施改造，以满足电力需求。
运营费用：电力成本：采矿是能源密集型行业。电价因地而异，对盈利能力有重大影响。
冷却和通风：保持最佳工作温度对于硬件效率和寿命来说是必要的。
维护：需要定期保养以保持设备平稳运行。

美国预计费用

成本项目	预计费用（美元）
固定成本（初始投资）
ASIC 矿机（例如 Antminer S19 Pro）	5,000 - 10,000 美元
电源和电缆	200 - 500 美元
冷却系统（风扇、空调机组）	500 至 2,000 美元
基础设施改造	1,000 - 5,000 美元
总固定成本	6,700 美元 - 17,500 美元
运营费用（每月）
电力成本	每月 200 - 400 美元
冷却和通风	每月 50 - 150 美元
维护	每月 50 - 100 美元
互联网服务	每月 50 - 100 美元
总运营费用	每月 350 - 750 美元

其他注意事项

特定地点因素：法规和法律考虑：遵守当地法律可能涉及许可或检查的额外费用。
税收：不同的州和联邦税法会影响整体盈利能力。
能源可用性：一些地区提供可再生能源使用激励措施，这可以降低电力成本。

盈亏平衡时间表

盈利潜力：考虑到比特币当前的挖矿难度和市场价格，准确计算潜在盈利至关重要。
盈利能力计算器：利用在线工具输入你的具体成本并估算盈亏平衡点，范围可能为 12 至 24 个月或更长时间。

虽然初期投资和运营成本相当高，但挖矿比特币提供了参与保护全球认可和广泛采用的数字资产的机会。精心规划和高效运营可以优化盈利能力，尽管网络难度和竞争日益激烈，但比特币仍是矿工的一个有吸引力的选择。

比特币挖矿还能盈利吗？

现在，挖矿变得比以往任何时候都更具挑战性。随着 2024 年减半将区块奖励降至 3.125 BTC，而比特币的哈希率创下历史新高，竞争也随之加剧。

这意味着矿工必须大量投资高性能 ASIC 硬件，并获得低成本电力才能保持盈利。此外，虽然比特币的价格徘徊在 55,000 至 60,000 美元左右（当前已涨至65000美元以上），但仍低于之前的牛市，这降低了挖矿的盈利能力与前几年相比。奖励减少、网络难度增加和运营成本高，这些因素结合在一起，使得比特币挖矿的盈利能力低于前几个周期。