什么是比特币开采(bitcoin mining)？

很可能你听到“比特币开采”这句话，你的思维开始徘徊在西方幻想的镐，泥土和打击它丰富。事实证明，这种类比并不遥远。

比特币挖掘是由解决复杂计算数学问题的高性能计算机执行的；这些问题非常复杂，无法用手来解决，而且非常复杂，甚至对功能强大得难以置信的计算机也征税。

关键要点

• 比特币挖掘是通过解决计算难题来创建新比特币的过程。
• 比特币开采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，矿工们已经变得非常老练，他们使用复杂的机械来加速采矿作业。

比特币挖掘的结果是双重的。首先，当计算机在比特币网络上解决这些复杂的数学问题时，它们会产生新的比特币（这与采矿作业从地下提取黄金时没有什么不同）。第二，通过解决计算数学问题，比特币矿工通过验证其交易信息，使比特币支付网络变得可信和安全。

当有人把比特币送到任何地方，这就叫做交易。在商店或网上进行的交易由银行、销售点系统和实物收据记录。比特币矿商通过将交易**在“区块”中，并将其添加到一个名为“区块链”的公共记录中，实现了同样的目的。节点随后会维护这些区块的记录，以便将来可以对其进行验证。

当比特币矿商向区块链添加新的交易区块时，他们的部分工作就是确保这些交易是准确的。尤其是，比特币矿商要确保比特币不会被复制，这是数字货币的一个独特怪癖，被称为“双重消费”。对于印刷货币来说，造假总是一个问题。但一般来说，一旦你在店里花了20美元，账单就在店员手里了。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，因此使用比特币和其他数字货币时，存在一种风险，即消费者可以复制他们的比特币，并将其发送给另一方，同时仍保留原件。

特别注意事项

奖励比特币矿工

由于一天内发生了多达30万笔买卖，核实每一笔交易对矿工来说都是一项艰巨的工作。 作为对他们努力的补偿，矿工只要向区块链添加新的交易块，就会获得比特币。

每开采一个区块释放的新比特币数量称为“区块奖励”。区块奖励每21万个区块减半一次（或大约每4年减半一次）。2009年为50，2013年为25，2018年为12.5，2020年5月减半至6.25。

比特币在2020年5月11日第三次成功地将其采矿奖励从12.5分减至6.25分。

这一系统将持续到2140年左右。 届时，矿工将获得处理网络用户将支付的交易费用的奖励。这些费用确保了矿工们仍然有开采的动力，并保持了网络的运转。这样做的目的是，这些费用的竞争将导致减半完成后，这些费用保持在较低水平。

这些减半降低了新硬币的**速度，从而降低了可用的供应量。这可能会给投资者带来一些影响，因为像黄金这样的其他低供给资产可能会有高需求，推高价格。按照这个减半的速度，比特币流通总量将达到2100万的上限，使得比特币完全有限，而且随着时间的推移，比特币的价值可能会越来越高。

验证比特币交易

为了让比特币矿商真正从验证交易中赚取比特币，必须发生两件事。首先，他们必须验证1兆字节（MB）的事务，理论上可以和一个事务一样小，但更多的时候是几千个，这取决于每个事务存储了多少数据。

第二，为了给区块链添加一个交易块，矿工们必须解决一个复杂的计算数学问题，也被称为“工作证明”。他们实际上所做的是试图得出一个64位的十六进制数，称为“哈希”，它小于或等于目标哈希。基本上，矿工的电脑会以不同的速率吐出散列值——每秒兆散列值（MH/s）、每秒千兆散列值（GH/s）或每秒兆散列值（TH/s）——取决于单位，猜测所有可能的64位数字，直到找到解决方案。换句话说，这是一场赌博。

截至2020年8月，最近一个区块的难度水平超过16万亿。也就是说，一台计算机产生低于目标值的哈希值的几率是16万亿分之一。从这个角度来看，你用一张彩票中Powerball头奖的几率是你用一次尝试选择正确散列的几率的44500倍。幸运的是，挖掘计算机系统抛出了许多散列可能性。然而，比特币的开采需要大量的能源和复杂的计算操作。

难度水平每2016个区块调整一次，或大约每2周调整一次，目标是保持采矿率不变。 也就是说，那里争夺解决方案的矿工越多，问题就越难解决。反之亦然。如果将计算能力从网络中移除，则难度将向下调整，以使挖掘更容易。

比特币开采类比

假设我告诉三个朋友我在想一个1到100之间的数字，我把这个数字写在一张纸上，然后封在信封里。我的朋友们不必猜出确切的数字，他们只要是第一个猜出任何小于或等于我想的数字的人。他们得到的猜测是没有限制的。

假设我想到了数字19。如果朋友A猜到21，他们就输了，因为21>19。如果朋友B猜到16，朋友C猜到12，那么他们理论上都得出了可行的答案，因为16<19和12<19。朋友B没有“额外的功劳”，尽管B的答案更接近目标答案19。

现在想象一下，我提出了一个“猜猜我在想什么数字”的问题，但我并不是只问三个朋友，也不是在想一个1到100之间的数字，而是问了数百万个想成为矿工的人，我在想一个64位的十六进制数。现在你知道要猜出正确的答案是非常困难的。

比特币矿商不仅必须想出正确的散列方法，而且必须是第一个这样做的人。

因为比特币开采本质上是一种猜测，在另一个采矿者发现正确答案之前，你的计算机能以多快的速度产生哈希值几乎是所有事情。就在十年前，比特币挖掘还可以在普通台式电脑上进行竞争。然而，随着时间的推移，矿工们意识到通常用于视频游戏的图形卡更加有效，他们开始主导游戏。2013年，比特币开采商开始使用专门为尽可能高效地开采加密货币而设计的计算机，称为专用集成电路（ASIC）。这些可以运行从几百美元到数万美元，但他们在挖掘比特币的效率是优越的。

如今，比特币开采竞争如此激烈，只有最新的asic才能盈利。当使用台式计算机、GPU或旧型号的ASIC时，能源消耗的成本实际上超过了产生的收入。即使你拥有最新的设备，一台电脑也不足以与矿工们所说的“矿坑”抗衡

采矿池是一群矿工，他们将自己的计算能力结合起来，在参与者之间分割开采出来的比特币。不成比例的大量区块由矿坑开采，而不是由单个矿工开采。在比特币的计算能力中，采矿池和公司占了很大比例。

比特币与传统货币

消费者倾向于相信印刷货币。这是因为美元是由一个叫做美联储的美国中央银行支持的。除了一系列其他责任外，美联储还监管新货币的生产，联邦**起诉使用**。 

即使是使用美元的数字支付也有一个中央机构的支持。例如，当您使用借记卡或信用卡进行在线购买时，该交易由支付处理公司（如万事达卡或Visa）处理。除了记录您的交易历史记录外，这些公司还会验证交易是否具有欺诈性，这也是您的借记卡或信用卡在旅行期间可能被暂停的原因之一。

而比特币则不受中央当局的监管。取而代之的是，比特币得到了全世界数百万台被称为“节点”的计算机的支持。这种计算机网络的功能与美联储（Federal Reserve）、维萨卡（Visa）和万事达卡（Mastercard）相同，但有几个关键区别。节点存储有关先前事务的信息，并帮助验证其真实性。然而，与那些中央当局不同的是，比特币节点分布在世界各地，并将交易数据记录在任何人都可以访问的公共列表中。

比特币开采史

在16万亿分之一的赔率、缩放难度和庞大的用户验证交易网络之间，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，而不是一个规则。

截至2020年8月，比特币网络目前每秒处理不到4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65000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分钟内可以处理的交易数量。届时，交易的等待时间将开始并继续延长，除非比特币协议有所改变。

比特币协议的核心问题被称为“缩放”。虽然比特币矿商普遍认为必须采取措施解决缩放问题，但对如何做到这一点却没有达成共识。有两个主要的解决方案提出了解决缩放问题。开发者建议要么（1）为比特币创建第二个“链外”层，允许更快的交易，稍后由区块链验证；要么（2）增加每个区块可以存储的交易数量。由于每个区块需要验证的数据较少，解决方案1将使矿工的交易更快、更便宜。解决方案2将通过增加块大小，允许每10分钟处理更多的信息来处理缩放问题。

2017年7月，约占网络计算能力80%至90%的比特币矿商和矿业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。

矿工投票加入比特币协议的程序被称为“隔离证人”（SegWit）。这个术语是分离的（意思是“分离”）和见证（意思是“比特币交易上的签名”）的合并。分离见证则是指将交易签名从块中分离出来，并将其作为扩展块附加。虽然向比特币协议中添加一个程序似乎并不像解决方案那样简单，但据估计，签名数据占每个交易块处理数据的65%。

不到一个月后的2017年8月，一批矿商和开发商发起了硬分叉，让比特币网络使用与比特币相同的代码库创建新货币。尽管该小组同意需要一种解决缩放问题的方法，但他们担心采用分离的见证技术并不能完全解决缩放问题。

取而代之的是，他们采用了解决方案2，这种被称为“比特币现金”（bitcoin cash）的货币将区块大小增加到8MB，以加速验证过程，从而实现每天约200万笔交易的性能。2020年8月16日，比特币现金的价值约为302美元，而比特币的价值约为11800美元。