什么是比特币挖矿？

显示全部楼层 · 发表于 2020-6-1 14:50:32

[md]怎样拥有属于自己的一枚比特币呢？是高价买币还是直接挖矿囤币呢？

## 比特币的挖矿

如何优雅地获得你人生中第一枚比特币？这是一个值得思考的问题。我们在第二堂课的时候简单讲过挖矿对于比特币价格和走势的影响，以及挖矿周边衍生出的各行各业。今天我们详细说说挖矿原理。

“挖矿”成功即是该节点成功获得当前区块记账权，也就是说其他节点就“照抄”该挖矿成功的节点的当前区块。获得记账权的节点会获取一定数量的比特币奖励，以此激励比特币网络中的所有积极参与记账工作。该奖励包含系统奖励和交易手续费两部分，系统奖励则作为比特币发行的手段。

最初每生产一个“交易记录区块”可以获得 50 比特币的系统奖励，为控制比特币发行数量，该奖励每 4 年就会减半，到 2140 年会基本发放完毕，最终整个系统中最多的只能有 2100 万个比特币。如果按照目前比特币的价格计算，比特币的总价值将在 2000 亿美金左右。

比特币系统大约每 10 分钟会记录一个数据块，这个数据块里包含了这 10 分钟内全网待确认的部分或全部交易。所谓的“挖矿”，就是争夺将这些交易打包成“交易记录区块”的权利。比特币系统会随机生成一道数学难题，后续会详细描述该数学难题，所有参与挖矿的节点一起参与计算这道数学难题。首先算出结果的节点奖获得记账权。

每个节点会将过去一段时间内发生的、尚未经过网络公认的交易信息进行收集、检验、确认，最后打包并加签名为一个无法被篡改的“交易记录区块”，并在获得记账权后将该区块进行广播，从而让这个区块被全部节点认可，让区块中的交易成为比特币网络上公认已经完成的交易记录，永久保存。

挖矿最主要的工作就是计算上文提到的数学难题，最先求出解的矿工即可获得该块的记账权。在介绍这个数学难题前，先简单介绍一下哈希算法。哈希算法的基本功能概括来说，就是把任意长度的输入值通过一定的计算，生成一个固定长度的字符串，输出的字符串即为该输入的哈希值。比特币系统中采用 SHA-256 算法，该算法最终输出的哈希值长度为 256bit。

1.5.1

## 挖矿的原理

讲到挖矿原理，首先我们要了解一种“植物”——Merkle 树

比特币科普之 Merkle 树是什么树？

Merkle 树通常称为 Merkle Hash Tree，是数据结构中所说的树，常用于高效汇总和验证大数据集的完整性。具有以下特点：

① 默克尔树常见的结构是二叉树，但它也可以是多叉树，它具有树结构的全部特点。

② 默克尔树的基础数据不是固定的，因为它只要数据经过哈希运算得到的 hash 值。

③ 默克尔树是从下往上逐层计算的，就是说每个中间节点是根据相邻的两个叶子节点组合计算得出的，而根节点是根据两个中间节点组合计算得出的，所以叶子节点是基础。

比特币中每个区块生成时，需要把上一个区块的哈希值、本区块的交易信息的默克尔树根、一个未知的随机数（nonce)拼在一起计算一个新的哈希值。为了保证 10 分钟产生一个区块，该工作必须具有一定难度，即哈希值必须以若干个 0 开头。哈希算法中，输入信息的任何微小改动即可引起哈希值的巨大变动，且这个变动不具有规律性。因为哈希值的位数是有限的，通过不断尝试随机数 nonce,总可以计算出一个符合要求的哈希值，且该随机数无法通过寻找规律计算出来。这意味着，该随机数只能通过暴力枚举的方式获得。挖矿中计算数学难题即为寻找该随机数的过程。

哈希值由 16 进制数字表示，即每一位有 16 种可能。根据哈希算法的特性，出现任何一个数字的概率是均等的，即每一位为“0”的概率为 1/16.要求某一位为“0”平均需要 16 次哈希运算，要求前 n 位为“0”，则需要进行哈希计算的平均次数为 16 的 n 次方。矿工为了计算出该随机数，需要花费一定的时间进行大量的哈希运算。某个矿工成功计算出该随机数后，则会进行区块打包并全网广播。

其他节点收到广播后，只需对包含随机数的区块按照同样的方法进行一次哈希运算即可，若哈希值以“0”开头的个数满足要求，且通过其他合法性校验，则接受这个区块，停止本地对当前区块随机数的寻找，开始下个区块随机数的计算。

随着技术的发展，进行一次哈希计算速度越来越快，同时随着矿工的逐渐增多，算出满足哈希值以一定数量“0”开头的随机数的时间越来越短。为保证比特币始终按照平均每 10 分钟一个区块的速度出块，必须不断调整计算出随机哈希计算的平均次数，即调整哈希值以“0”开头的数量要求，以此调整难度。比特币中，每生成 2016 个区块就会调整一次难度，即调整周期大约为两周（2016x10min=14 天）。也就是说，对比生成最新 2016 个区块花费的实际时间和按照每 10 分钟出一个块生成 2016 个块的期望时间，若实际时间大于期望时间则降低难度，若实际时间小于期望时间则增加难度。

同时，为防止难度变化波动太大，每个周期调整幅度必须小于一个因子（当前为 4 倍）。若幅度大于 4 倍，则按照 4 倍调整。由于按照该幅度调整，出块速度仍然不满足预期，因此会在下一个周期继续调整。

1.5.2

## 矿池的原理

随着区块链的日渐火爆，参与挖矿的人越来越多，按照比特币原本的设计模式，只有成功打包一个区块的人才能获取奖励。如果每个矿工都独立挖矿，在如此庞大的基数下，挖矿成功的概率几乎为 0，只有一个幸运儿可以获取一大笔财富，其他矿工投入的算力、电力资源就会白白亏损。或许投入一台矿机，持续挖矿好几年甚至更久才能挖到一个区块。

为了降低这种不确定性，矿池应运而生。假如有 10 万矿工参与挖矿工作，这 10 万矿工的算力和占这个网络的 10%，则这 10 万个矿工中的某个矿工成功挖到下个块的概率即为 1/10。即平均每个矿工成功挖到下个区块的概率为 1/1000000，即平均每个矿工要花费 19 年可以成功挖到一个区块，然后获得相应的比特币奖励。这种挖矿模式风险过大，几乎没人可以承受。但是假设这 10 万个矿工共同协作参与挖矿，则平均每 100 分钟即可成功挖到一个区块，然后按照每个矿工提供的算力分配该次收益。这 10 万个矿工的收益也会趋于稳定。

协调矿工进行计算的思路也非常简单，矿池将打包区块需要的交易等信息验证完成后发送给矿工，然后降低矿工的挖矿难度。比如某个时段比特币系统需要哈希值“0”开头的个数大于 50 个，矿池可以将难度降低到 40 个“0”开头，矿工找到一个 40 个“0”开头哈希值的方案后，即可提交给矿池。矿池收到一个满足哈希值“0”开头个数大于 50 个的方案时，即可提交至比特币网络。

当然，你也许会想：如果矿工计算得到一个“0”开头个数大于 50 的哈希值后，则直接提交给比特币网络，独享该区块的收益；如果计算得到一个“0”开头数在 40 到 50 之间的则提交到矿池，享受整个矿池分配的收益。该方案当然是行不通的，因为区块内容是由矿池发送给矿工的，即受益者地址已经包含在该区块中了，即使直接提交，最终受益的也是矿池。如果修改该地址，即意味着区块内容改变，则前面计算的哈希值也无效了。最后矿池按照矿工提交方案数量计算贡献的算力，最后根据算力分配收益。

当前的主流挖矿协议是 stratum,以前还有 GBT(getblocktemplate)、getwork 等几种协议，它们都过时了。可以用免费的 Cpuminer 软件把协议调通。

接下来我们看看挖矿的具体流程吧~

**客户端首先向服务器发送 subscribe 指令**

{"id": 1, "method": "mining.subscribe", "params": ["cpuminer/2.5.0"]}

参数中指名矿工软件的名称和版本号。

**服务器端返回信息**

比特币挖矿实际上就是去寻找随机数 nonce，有时所有的随机数都试遍了，仍无法满足目标，就需要用到 extra nonce。

**客户端发送认证信息**

用户名是钱包的地址，我这里使用的是比特币测试网络的地址，并没有以 1 开头。

**服务器返回 true，表示用户验证通过**

{"id":2,"result":true,"error":null}

**服务器端发回难度设置消息**

{"id":null,"method":"mining.set_difficulty","params":[8]}

**服务器发送通知消息**

矿工可能用到了多线程，所以需要 job id 来区分不用的线程，后面是一堆用于区块生成的信息。

**客户端发现一个 nonce，提交给服务器**

**服务器返回结果**

返回 true 表示服务器认可客户端的工作。

什么是矿机？

矿机就是专门用来生产比特币的电脑，专用电脑。

什么是挖矿？

挖矿就是生产比特币的过程，采用哈希碰撞算法，来生产比特币。

我具体怎么挖币？

购买矿机以后，托管在专业矿场，有专门的工程技术人员，维护和操作矿机帮你挖币。

我怎么知道收益情况？

矿机上线正式开始挖矿以后会给一个监控地址，通过这个监控地址可以看到每天的挖矿情况，每天的收益情况。

我怎么使用监控地址？

直接手机上点击监控地址，打开浏览器，在浏览器里面可以直接看到。

挖到比特币以后，我怎么样把它兑换成人民币？

挖矿会有自己的钱包地址就像银行卡一样到大的交易所直接卖掉，会直接转换成人民币。

我怎么样知道当前的比特币的价格？

安装手机 app bitkan，可以显示全球各大比特币交易市场的价格。

按照哪一个交易市场的价格？

按照全球最大交易市场 bitfinex 的价格卖。

我购买矿机以后多久能上线开始挖矿？

按合同规定，在一个星期内矿机将上线挖矿，如果超过一个星期没有上机会进行违约赔偿。

为什么托管比自己在家里挖要好？

第一，因为矿机的耗电量惊人 3500 瓦，家里的居民用电是五毛钱左右一度，成本比较高，而在矿场托管，电费成本比较便宜，是两毛多钱。第二，比特币矿机的噪音特别巨大，有 90 分贝，单台矿机就可以把一家人给吵死了，如果在家里玩，除非做隔音处理。第三，使用比特币矿机挖矿需要连接矿池进行设置等，必须具备一些专业操作知识，一般人学习起来比较困难。第四，比特币矿机的运行状态，需要进行监控，需要 24 小时的进行监控处理。第五，比特币矿机在运行过程中会产生大量的热量，需要进行散热，自己在家里使用空调，非常不划算。

一台矿机一天可以挖出多少比特币？

昨天 2020.5.25 的挖矿记录作为参考，一台矿机一天可以挖到比特币的数量是，0.00062968，约合人民币 40.9 元。

目前一个比特币的价格是多少？

2020.5.25 日比特币的价格是，62000 块钱人民币左右。

购买矿机怎么个买法？

直接联系我，我带你到咱们武汉公司去签合同。外地客户可以通过邮寄合同的方式购买。也可以带好合同直接去矿场那边参观好再签约。

矿机的价格是多少？

现在主要是回本周期比较快的机型，这批机器为了回馈客户单台 6400 元，每一台矿机还有 150 块钱的物流费用，把矿机从深圳运到矿场的费用。也没有其它的预缴费用，电费先用后缴。

![矿场图.jpg](data/attachment/forum/202006/01/144941qhm7dww4amikmmm2.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/300 "矿场图.jpg")

想要具体了解挖矿可以联系小编微信 sherryxue1111.
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