什么是比特币开采(bitcoin mining)？

比特币开采是新比特币进入流通的过程，但也是区块链账本维护和开发的关键组成部分。它是使用非常复杂的计算机来解决极其复杂的计算数学问题。

加密货币开采是艰苦的，昂贵的，而且只有零星的回报。尽管如此，采矿业对许多对加密货币感兴趣的投资者来说还是有吸引力的，因为事实上矿工们的工作会得到加密代币的奖励。这可能是因为企业家们把采矿看作是天上掉下来的一分钱，就像1849年的加利福尼亚淘金者一样。如果你有技术倾向，为什么不去做呢？

然而，在你投入时间和设备之前，请阅读本说明，看看采矿是否真的适合你。我们将主要关注比特币（自始至终，当我们将网络或加密货币作为一个概念时，我们将使用“比特币”，当我们指大量的单个代币时，我们将使用“比特币”）。

关键要点

• 通过挖掘，你可以赚取加密货币，而不必为它存钱。
• 比特币矿工获得比特币作为完成添加到区块链的验证交易“区块”的奖励。
• 采矿奖励支付给最先发现复杂散列难题解决方案的矿工，参与者发现解决方案的概率与网络上总采矿能力的比例有关。
• 您需要GPU（图形处理单元）或 专用集成电路 (（ASIC）以便安装采矿设备。

新的淘金潮

许多采矿业的主要吸引力在于获得比特币回报的前景。也就是说，你当然不必是一个矿工拥有加密货币代币。你也可以用法定货币购买加密货币；您可以使用另一种加密方式（例如，使用以太坊或NEO购买比特币）在类似比特邮票的交易所进行交易；你甚至可以通过购物、在以加密货币向用户付费的平台上发布博客文章、甚至建立赚取利息的加密账户来赚取。加密博客平台的一个例子是Steemit，它有点像媒体，只是用户可以用一种称为STEEM的专有加密货币来奖励博客作者。然后，STEEM可以在其他地方进行比特币交易。

矿工获得的比特币奖励是一种激励，激励人们帮助采矿的主要目的：合法化和监控比特币交易，确保其有效性。因为这些责任分散在世界各地的许多用户中，比特币是一种“分散”的加密货币，或者说它不依赖任何中央当局，比如中央银行或**来监督其监管。

如何挖掘比特币

矿工作为审计员的工作得到了报酬。他们正在做验证比特币交易合法性的工作。这个公约是为了保持比特币用户的诚实，是由比特币的创始人Satoshi Nakamoto构思的。通过核实交易，矿商正在帮助防止“双重支出问题”

双重消费是指比特币拥有者将同一比特币非法消费两次的情况。有了实物货币，这就不是问题了：一旦你递给某人一张20美元的钞票去买一瓶伏特加，你就再也没有了，所以你可以用这张20美元的钞票去买隔壁的乐透彩票也没有危险。虽然存在**假钞的可能性，但这并不完全等同于将同一美元花两次。然而，就数字货币而言，正如Investopedia字典所解释的那样，“有一种风险，即持有人可能复制一份数字代币，并将其发送给商户或另一方，同时保留原件。”

假设你有一张20美元的正版钞票和一张20美元的假钞，如果你想把真钞和假钞都花掉，那么有人费劲看了看这两张钞票的序列号，就会发现它们是同一个号码，因此其中一张一定是假的。比特币开采商所做的类似于他们检查交易，以确保用户没有非法尝试两次消费同一比特币。这不是一个完美的类比，我们将在下面详细解释。

一旦矿工验证了价值1 MB（兆字节）的比特币交易，即所谓的“区块”，这些矿工就有资格获得一定数量的比特币奖励（下文还将详细介绍比特币奖励）。1MB的限制是由Satoshi Nakamoto设定的，这是一个有争议的问题，因为一些矿商认为应该增加区块大小以容纳更多的数据，这实际上意味着比特币网络可以更快地处理和验证交易。

请注意，验证1兆的交易使一个硬币矿工有资格赚取比特币不是每个人谁验证交易将得到支付。

1MB的事务理论上可以小到一个事务（尽管这一点并不常见）或几千个。这取决于事务占用了多少数据。

“那么，在验证交易的所有工作之后，我可能还是找不到任何比特币来做吗？”

这是正确的。

要获得比特币，你需要满足两个条件。一是努力；一是运气问题。

1） 您必须验证约1MB的交易。这是最简单的部分。

2） 你必须是第一个找到正确答案或最接近答案的矿工。这个过程也被称为工作证明。

“你说‘数字问题的正确答案’是什么意思？”

好消息是：不涉及高等数学或计算。你可能听说过矿工们正在解决一些不完全正确的数学难题。他们实际上是想成为第一个提出一个小于或等于目标哈希值的64位十六进制数（hash）的矿工。基本上都是猜测。

坏消息是：这是猜测，但由于每一个问题的猜测总数都在数万亿左右，这是一项极其艰巨的工作。为了先解决一个问题，矿工需要大量的计算能力。要成功地挖掘，您需要有一个高的“哈希率”，它以每秒兆哈希（MH/s）、每秒千兆哈希（GH/s）和每秒兆兆哈希（TH/s）来衡量。

这是一个很大的散列。

如果你想用挖掘设备的散列率来估计你能挖掘多少比特币，Cryptocompare网站提供了一个有用的计算器。

采矿和比特币流通

除了为矿商兜兜风、支持比特币生态系统之外，采矿还有另一个重要目的：它是将新加密货币投放流通的唯一途径。换句话说，矿商基本上是在“铸造”货币。例如，截至2020年11月，比特币的流通量约为1850万枚。 除了通过创世币块（创办人中本聪创造的第一块）铸造的硬币外，每一枚比特币的诞生都是因为矿工。如果没有矿工，比特币作为一种网络将仍然存在并可用，但永远不会有任何额外的比特币。比特币开采终将结束；按照比特币协议，比特币总数将上限为2100万。 然而，由于比特币的“开采”率随着时间的推移而降低，最终的比特币要到2140年左右才会流通，这并不意味着交易将停止验证。矿商将继续核实交易，并将为此支付费用，以保持比特币网络的完整性。

除了短期的比特币收益外，当比特币网络协议被提议改变时，身为一个硬币矿工可以给你“投票”的权力。换言之，矿工对诸如分叉等问题的决策过程有一定程度的影响。

一个矿工挣多少钱

比特币开采的回报每四年减少一半。当比特币在2009年首次被开采时，开采一个区块将为你赢得50 BTC。2012年，这一数字减半至25 BTC。到2016年，这一数字再次减半至12.5 BTC。2020年5月11日，奖金再次减半至6.25 BTC。2020年11月，比特币的价格约为每比特币17900美元，这意味着你完成一个区块可以赚取111875美元（6.25 x 17900美元）。 解决上面详述的复杂散列问题似乎是一个不错的动机。

如果你想精确地追踪这些减半的时间，你可以咨询比特币时钟，它会实时更新这些信息。有趣的是，比特币的市场价格在其历史上一直倾向于与进入流通的新硬币的减少密切相关。通货膨胀率的降低增加了稀缺性，从历史上看，价格也随之上涨。

如果您感兴趣地看到到目前为止挖掘了多少块，那么有几个站点，包括Blockchain.info，这些站点将实时地提供这些信息。

我需要什么来开采比特币？

尽管在比特币的早期历史上，个人可能已经能够与一台普通的家用电脑竞争区块，但现在的情况已经不是这样了。究其原因，是挖掘比特币的难度随着时间的推移而变化。为了确保区块链的顺利运作及其处理和验证交易的能力，比特币网络的目标是每10分钟左右生产一个区块。然而，如果有100万台采矿设备竞相解决散列问题，他们很可能比10台采矿设备处理同一问题的情况更快地找到解决方案。因此，比特币的设计是每2016个区块，或者大约每两周评估和调整一次开采难度。当有更多的计算能力共同为比特币进行挖掘时，为了保持区块产量稳定，挖掘的难度就会增加。计算能力的降低意味着难度的降低。为了弄清楚计算能力到底有多大，比特币在2009年推出时，最初的难度只有一级。截至2019年11月，这一数字超过13万亿。

所有这些都意味着，为了有竞争力地开采，采矿者现在必须投资于强大的计算机设备，比如GPU（图形处理单元），或者更现实地说，专用集成电路（ASIC）。这些可以从500美元到数万美元不等。一些矿工，特别是以太坊矿工，购买单独的图形卡（GPU），作为一种低成本的方式来拼凑采矿作业。下面的照片是一个临时的，国产采矿机。图形卡是那些矩形块与呼呼的风扇。请注意将图形卡固定在金属杆上的三明治螺旋扎带。这可能不是最有效的采矿方式，而且正如你所猜测的，许多矿工从事采矿业既是为了乐趣和挑战，也是为了钱。

“像我五岁一样解释”的版本

比特币开采的来龙去脉很难理解。考虑一下这个关于散列问题工作原理的示例：我告诉三个朋友我想到的是一个1到100之间的数字，然后我把这个数字写在一张纸上，然后把它封在信封里。我的朋友不用猜确切的数字；他们必须是第一个猜出任何小于或等于我所想数字的人。他们得到的猜测是没有限制的。

假设我在想19号。如果朋友A猜21，他们会因为21>19而输掉。如果朋友B猜16，C朋友猜12，那么他们理论上都得到了可行的答案，因为16<19和12<19。朋友B没有“额外的学分”，尽管B的答案接近19的目标答案。现在想象一下，我提出的“猜猜我在想什么数字”的问题，但我并不是只问三个朋友，我也没有想到1到100之间的数字。相反，我在问数百万的准矿工，我在想一个64位十六进制数字。现在你看到了，要想猜出正确的答案将是非常困难的。

如果B和C同时回答，那么ELI5的类比就失败了。

用比特币的术语来说，同步答案经常出现，但归根结底，只能有一个中奖答案。当同时给出多个等于或小于目标数字的答案时，比特币网络将以51%的简单多数来决定该向哪个矿工致敬。通常，是矿工完成了最多的工作，或者换句话说，是验证了最多交易的人。丢失的块变成“孤立块”。孤立块是那些没有添加到区块链的块。成功解决散列问题但未验证大多数交易的矿工不会获得比特币奖励。

什么是“64位十六进制数”(a "64-digit hexadecimal number")？

好吧，下面是这样一个数字的例子：

上面的数字有64位。到目前为止很容易理解。正如你可能注意到的，这个数字不仅由数字组成，还包括字母表中的字母。为什么？

为了理解这些字母在数字中间的作用，让我们解开“十六进制”这个词

如你所知，我们使用“十进制”系统，这意味着它是以10为基数的，这又意味着一个多位数字的每一位都有10种可能，从0到9。

另一方面，“十六进制”的意思是以16为基数，因为“十六进制”是从希腊单词派生出来的，表示6，“十进制”是从希腊单词派生出来的，表示10。在十六进制系统中，每个数字有16种可能。但是我们的数字系统只提供10种表示数字的方法（从零到九）。这就是为什么你必须把字母贴进去，特别是字母a、b、c、d、e和f。

如果您正在挖掘比特币，则不需要计算该64位数字（散列）的总值。我重复一遍：您不需要计算散列的总值。

那么，“64位十六进制数字”与比特币挖掘有什么关系呢？

记得ELI5的比喻吗，我把数字19写在一张纸上，然后把它放在一个密封的信封里？

在比特币挖掘术语中，信封中的隐喻性未公开数字称为目标哈希。

矿工们正在用那些巨大的电脑和几十个冷却风扇做什么，只是在猜测目标散列。矿工们通过尽可能快地随机生成尽可能多的“nonce”来进行这些猜测。nonce是“只使用一次的数字”的缩写，nonce是生成这些我一直在谈论的64位十六进制数字的关键。在比特币挖掘中，nonce的大小是32位，比hash的256位小得多。第一个矿工的nonce生成的散列值小于或等于目标散列值，将获得完成该区块的学分，并获得6.25 BTC的战利品。

理论上，你可以通过滚动16面骰子64次得到随机数来达到同样的目的，但你到底为什么要这样做呢？

下面的截图摘自Blockchain.info网站，可能有助于您将所有这些信息一目了然地放在一起。你看到的是开采490163号区块时发生的一切的摘要。生成“获胜”散列的nonce是731511405。目标哈希显示在顶部。术语“由Antpool中继”指的是这个特定区块是由Antpool完成的，Antpool是较为成功的采矿池之一（下文将详细介绍采矿池）。正如你在这里看到的，他们对比特币社区的贡献是他们确认了这个区块的1768笔交易。如果您确实想查看此块的所有1768个事务，请转到此页并向下滚动到标题“事务”

（来源：Blockchain.info）

“那我怎么猜目标散列呢？”

所有目标散列都以零开始—至少8个零，最多63个零。

比特币协议没有最小目标，但有一个最大目标。目标不能大于此数字：

00000000FFFF0000000000000000000000000000000000

以下是一些随机散列的例子以及它们是否会为矿工带来成功的标准：

“如何在其他人之前最大限度地提高猜测目标哈希的机会？”

你必须要有一个快速的采矿设备，或者更现实地说，加入一个采矿池——一组硬币矿工，他们结合他们的计算能力，把开采的比特币分割开来。采矿池与那些俱乐部的成员集体购买彩票并同意分享任何奖金的俱乐部相比。大量的区块由水池开采，而不是由个别矿工开采。

换句话说，这只是一个数字游戏。您无法猜测模式或根据以前的目标哈希进行预测。在撰写本文时，最新块的难度水平约为17.59万亿，这意味着任何给定的nonce产生低于目标值的散列的几率是17.59万亿分之一。如果你自己工作的话，即使是用一个非常强大的采矿设备，几率也不大。

“我如何决定比特币是否会为我盈利？”

矿工不仅要考虑到昂贵设备的成本，才能有机会解决散列问题。他们还必须考虑到在大量非集中发电中，电力开采钻机的大量使用，以寻求解决方案。总之，比特币采矿业在很大程度上对大多数个体矿工来说是无利可图的。该网站加密比较提供了一个有用的计算器，允许您**数字，如散列速度和电力成本，以估计成本和效益。

（来源：Cryptocompare）

什么是投币池(coin mining pools)？

采矿奖励是付给矿工谁发现了一个解决方案的谜题，并且参与者将是一个发现解决方案的概率等于总采矿权在网络上的部分。采矿权占很小比例的参与者很难自己发现下一块。例如，一张可以花几千美元购买的采矿卡，将不到网络采矿权的0.001%。由于找到下一块的机会如此之小，矿工可能需要很长时间才能找到一块，而上楼的困难使事情变得更糟。矿工可能永远也无法收回他们的投资。这个问题的答案是挖掘池。采矿池由第三方运营，并协调矿工小组。通过在一个水池中合作，并在所有参与者中分享报酬，矿工们可以从激活矿工的那天起，获得稳定的比特币流量。有关某些挖掘池的统计信息可以在Blockchain.info上看到。

“我算过了。别管采矿了。有没有一种不那么繁重的加密货币盈利方式？”

如上所述，获取比特币最简单的方法就是在众多交易所中的一家进行购买。另外，你也可以利用“镐战略”，这是基于一个古老的观点，即在1849年加州淘金热期间，明智的投资不是淘金，而是将镐用于采矿。或者，用现代的话来说，投资那些**镐的公司。在加密货币的背景下，pickaxe等价物将是一家生产比特币开采设备的公司。例如，您可以考虑寻找生产ASICs设备或gpu的公司。

比特币开采合法吗？

比特币开采的合法性完全取决于你的地理位置。比特币的概念可能威胁到法定货币的主导地位和**对金融市场的控制。因此，比特币在某些地方是完全非法的。

比特币的所有权和采矿在更多国家都是合法的。阿尔及利亚、埃及、摩洛哥、玻利维亚、厄瓜多尔、尼泊尔和巴基斯坦是非法的一些例子。 总体而言，比特币的使用和采矿在全球大部分地区都是合法的。

采矿风险

采矿业的风险通常是金融风险和监管风险。如前所述，比特币开采和一般的开采都是一种金融风险。一个人可以尽一切努力购买价值数百或数千美元的采矿设备，却没有任何投资回报。也就是说，这种风险可以通过加入采矿池来缓解。如果您正在考虑采矿，并且居住在禁止采矿的区域，您应该重新考虑。在投资采矿设备之前，最好先研究一下贵国的法规和对加密货币的总体看法。

比特币开采（以及其他工作证明系统）增长带来的另一个潜在风险是，运行挖掘算法的计算机系统所需的能源使用量不断增加。虽然ASIC芯片的微芯片效率大幅提高，但网络本身的增长速度超过了技术进步。因此，人们担心比特币开采对环境的影响和碳足迹。然而，通过为采矿作业寻找更清洁和绿色的能源（如地热或太阳能）以及利用碳抵消信贷，人们正在努力减轻这种负外部性。另一个策略是转向以太坊计划采用的低能耗共识机制，如股权证明（PoS）；然而，PoS也有其自身的缺点和低效性。