什麼是比特幣開採(bitcoin mining)？

很可能你聽到“比特幣開採”這句話，你的思維開始徘徊在西方幻想的鎬，泥土和打擊它豐富。事實證明，這種類比並不遙遠。

比特幣挖掘是由解決複雜計算數學問題的高效能運算機執行的；這些問題非常複雜，無法用手來解決，而且非常複雜，甚至對功能強大得難以置信的計算機也徵稅。

關鍵要點

• 比特幣挖掘是透過解決計算難題來建立新比特幣的過程。
• 比特幣開採對於維護比特幣所基於的交易分類賬是必要的。
• 在過去的幾年裡，礦工們已經變得非常老練，他們使用複雜的機械來加速採礦作業。

比特幣挖掘的結果是雙重的。首先，當計算機在比特幣網路上解決這些複雜的數學問題時，它們會產生新的比特幣（這與採礦作業從地下提取黃金時沒有什麼不同）。第二，透過解決計算數學問題，比特幣礦工透過驗證其交易資訊，使比特幣支付網路變得可信和安全。

當有人把比特幣送到任何地方，這就叫做交易。在商店或網上進行的交易由銀行、銷售點系統和實物收據記錄。比特幣礦商透過將交易**在“區塊”中，並將其新增到一個名為“區塊鏈”的公共記錄中，實現了同樣的目的。節點隨後會維護這些區塊的記錄，以便將來可以對其進行驗證。

當比特幣礦商向區塊鏈新增新的交易區塊時，他們的部分工作就是確保這些交易是準確的。尤其是，比特幣礦商要確保比特幣不會被覆制，這是數字貨幣的一個獨特怪癖，被稱為“雙重消費”。對於印刷貨幣來說，造假總是一個問題。但一般來說，一旦你在店裡花了20美元，賬單就在店員手裡了。然而，對於數字貨幣，情況就不同了。

數字資訊可以相對容易地複製，因此使用比特幣和其他數字貨幣時，存在一種風險，即消費者可以複製他們的比特幣，並將其傳送給另一方，同時仍保留原件。

特別註意事項

獎勵比特幣礦工

由於一天內發生了多達30萬筆買賣，核實每一筆交易對礦工來說都是一項艱巨的工作。 作為對他們努力的補償，礦工只要向區塊鏈新增新的交易塊，就會獲得比特幣。

每開採一個區塊釋放的新比特幣數量稱為“區塊獎勵”。區塊獎勵每21萬個區塊減半一次（或大約每4年減半一次）。2009年為50，2013年為25，2018年為12.5，2020年5月減半至6.25。

比特幣在2020年5月11日第三次成功地將其採礦獎勵從12.5分減至6.25分。

這一系統將持續到2140年左右。 屆時，礦工將獲得處理網路使用者將支付的交易費用的獎勵。這些費用確保了礦工們仍然有開採的動力，並保持了網路的運轉。這樣做的目的是，這些費用的競爭將導致減半完成後，這些費用保持在較低水平。

這些減半降低了新硬幣的**速度，從而降低了可用的供應量。這可能會給投資者帶來一些影響，因為像黃金這樣的其他低供給資產可能會有高需求，推高價格。按照這個減半的速度，比特幣流通總量將達到2100萬的上限，使得比特幣完全有限，而且隨著時間的推移，比特幣的價值可能會越來越高。

驗證比特幣交易

為了讓比特幣礦商真正從驗證交易中賺取比特幣，必鬚髮生兩件事。首先，他們必須驗證1兆位元組（MB）的事務，理論上可以和一個事務一樣小，但更多的時候是幾千個，這取決於每個事務儲存了多少資料。

第二，為了給區塊鏈新增一個交易塊，礦工們必須解決一個複雜的計算數學問題，也被稱為“工作證明”。他們實際上所做的是試圖得出一個64位的十六進位制數，稱為“雜湊”，它小於或等於目標雜湊。基本上，礦工的電腦會以不同的速率吐出雜湊值——每秒兆雜湊值（MH/s）、每秒千兆雜湊值（GH/s）或每秒兆雜湊值（TH/s）——取決於單位，猜測所有可能的64位數字，直到找到解決方案。換句話說，這是一場賭博。

截至2020年8月，最近一個區塊的難度水平超過16萬億。也就是說，一臺計算機產生低於目標值的雜湊值的幾率是16萬億分之一。從這個角度來看，你用一張彩票中Powerball頭獎的幾率是你用一次嘗試選擇正確雜湊的幾率的44500倍。幸運的是，挖掘計算機系統拋出了許多雜湊可能性。然而，比特幣的開採需要大量的能源和複雜的計算操作。

難度水平每2016個區塊調整一次，或大約每2周調整一次，目標是保持採礦率不變。 也就是說，那裡爭奪解決方案的礦工越多，問題就越難解決。反之亦然。如果將計算能力從網路中移除，則難度將向下調整，以使挖掘更容易。

比特幣開採類比

假設我告訴三個朋友我在想一個1到100之間的數字，我把這個數字寫在一張紙上，然後封在信封裡。我的朋友們不必猜出確切的數字，他們只要是第一個猜出任何小於或等於我想的數字的人。他們得到的猜測是沒有限制的。

假設我想到了數字19。如果朋友A猜到21，他們就輸了，因為21>19。如果朋友B猜到16，朋友C猜到12，那麼他們理論上都得出了可行的答案，因為16<19和12<19。朋友B沒有“額外的功勞”，儘管B的答案更接近目標答案19。

現在想象一下，我提出了一個“猜猜我在想什麼數字”的問題，但我並不是隻問三個朋友，也不是在想一個1到100之間的數字，而是問了數百萬個想成為礦工的人，我在想一個64位的十六進位制數。現在你知道要猜出正確的答案是非常困難的。

比特幣礦商不僅必須想出正確的雜湊方法，而且必須是第一個這樣做的人。

因為比特幣開採本質上是一種猜測，在另一個採礦者發現正確答案之前，你的計算機能以多快的速度產生雜湊值幾乎是所有事情。就在十年前，比特幣挖掘還可以在普通臺式電腦上進行競爭。然而，隨著時間的推移，礦工們意識到通常用於影片遊戲的圖形卡更加有效，他們開始主導遊戲。2013年，比特幣開採商開始使用專門為盡可能高效地開採加密貨幣而設計的計算機，稱為專用積體電路（ASIC）。這些可以執行從幾百美元到數萬美元，但他們在挖掘比特幣的效率是優越的。

如今，比特幣開採競爭如此激烈，只有最新的asic才能盈利。當使用臺式計算機、GPU或舊型號的ASIC時，能源消耗的成本實際上超過了產生的收入。即使你擁有最新的裝置，一臺電腦也不足以與礦工們所說的“礦坑”抗衡

採礦池是一群礦工，他們將自己的計算能力結合起來，在參與者之間分割開採出來的比特幣。不成比例的大量區塊由礦坑開採，而不是由單個礦工開採。在比特幣的計算能力中，採礦池和公司佔了很大比例。

比特幣與傳統貨幣

消費者傾向於相信印刷貨幣。這是因為美元是由一個叫做美聯儲的美國中央銀行支援的。除了一系列其他責任外，美聯儲還監管新貨幣的生產，聯邦**起訴使用**。 

即使是使用美元的數字支付也有一個中央機構的支援。例如，當您使用借記卡或信用卡進行線上購買時，該交易由支付處理公司（如萬事達卡或Visa）處理。除了記錄您的交易歷史記錄外，這些公司還會驗證交易是否具有欺詐性，這也是您的借記卡或信用卡在旅行期間可能被暫停的原因之一。

而比特幣則不受中央當局的監管。取而代之的是，比特幣得到了全世界數百萬臺被稱為“節點”的計算機的支援。這種計算機網路的功能與美聯儲（Federal Reserve）、維薩卡（Visa）和萬事達卡（Mastercard）相同，但有幾個關鍵區別。節點儲存有關先前事務的資訊，並幫助驗證其真實性。然而，與那些中央當局不同的是，比特幣節點分佈在世界各地，並將交易資料記錄在任何人都可以訪問的公共列表中。

比特幣開採史

在16萬億分之一的賠率、縮放難度和龐大的使用者驗證交易網路之間，大約每10分鐘驗證一個交易塊。 但重要的是要記住，10分鐘是一個目標，而不是一個規則。

截至2020年8月，比特幣網路目前每秒處理不到4筆交易，每10分鐘在區塊鏈中記錄一次交易。 相比之下，Visa每秒可以處理大約65000筆交易。 然而，隨著比特幣使用者網路的不斷增長，10分鐘內完成的交易數量最終將超過10分鐘內可以處理的交易數量。屆時，交易的等待時間將開始並繼續延長，除非比特幣協議有所改變。

比特幣協議的核心問題被稱為“縮放”。雖然比特幣礦商普遍認為必須採取措施解決縮放問題，但對如何做到這一點卻沒有達成共識。有兩個主要的解決方案提出瞭解決縮放問題。開發者建議要麼（1）為比特幣建立第二個“鏈外”層，允許更快的交易，稍後由區塊鏈驗證；要麼（2）增加每個區塊可以儲存的交易數量。由於每個區塊需要驗證的資料較少，解決方案1將使礦工的交易更快、更便宜。解決方案2將透過增加塊大小，允許每10分鐘處理更多的資訊來處理縮放問題。

2017年7月，約佔網路計算能力80%至90%的比特幣礦商和礦業公司投票透過了一項計劃，該計劃將減少驗證每個區塊所需的資料量。

礦工投票加入比特幣協議的程式被稱為“隔離證人”（SegWit）。這個術語是分離的（意思是“分離”）和見證（意思是“比特幣交易上的簽名”）的合併。分離見證則是指將交易簽名從塊中分離出來，並將其作為擴充套件塊附加。雖然向比特幣協議中新增一個程式似乎並不像解決方案那樣簡單，但據估計，簽名資料佔每個交易塊處理資料的65%。

不到一個月後的2017年8月，一批礦商和開發商發起了硬分叉，讓比特幣網路使用與比特幣相同的程式碼庫建立新貨幣。儘管該小組同意需要一種解決縮放問題的方法，但他們擔心採用分離的見證技術並不能完全解決縮放問題。

取而代之的是，他們採用瞭解決方案2，這種被稱為“比特幣現金”（bitcoin cash）的貨幣將區塊大小增加到8MB，以加速驗證過程，從而實現每天約200萬筆交易的效能。2020年8月16日，比特幣現金的價值約為302美元，而比特幣的價值約為11800美元。