什么是比特币挖矿数学难题？比特币挖矿的历史

比特币挖矿是通过解决难题来创造新比特币的过程。 它由配备专用芯片的计算系统组成，这些芯片竞相解决数学难题。 第一个解决难题（这些系统的名称）的比特币矿工将获得比特币作为奖励。 挖掘过程还确认加密货币网络上的交易并使它们值得信赖。

在比特币推出后的短时间内，它是在配备传统中央处理器 (CPU) 的台式计算机上开采的。 但这个过程极其缓慢。 今天，加密货币是使用分布在许多地区的大型矿池生成的。 比特币矿工聚集了消耗大量电力的采矿系统来开采加密货币。

在使用化石燃料发电的地区比特币区块减半历史记录，比特币开采被认为对环境有害。 因此，许多比特币矿工将他们的业务转移到有可再生能源的地方，以减少比特币对气候变化的影响。

关键点

正如使用大型工具和机器从地球上开采黄金一样，比特币开采使用类似于数据中心的大型系统。 这些系统解决了比特币算法产生的数学难题，以产生新的硬币。

通过解决计算数学问题，比特币矿工还通过验证其交易信息使加密货币的网络值得信赖。 他们验证价值 1 兆字节 (MB) 的交易——单个块的大小。 这些事务理论上可以小到一个事务，但更常见的是数千个，具体取决于每个事务中存储的数据量。 验证比特币交易信息背后的想法是防止双重支出。 对于印刷货币来说，伪造一直是个问题。 但一般来说，当你在一家商店消费 20 美元时，账单是由店员支付的。 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，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。

比特币交易被聚合成块，这些块被添加到称为区块链的数据库中。 比特币网络中的完整节点维护区块链的记录并验证发生在其上的交易。 比特币矿工下载区块链的整个历史并将有效交易组合成一个区块。 如果组装交易的区块被其他矿工接受并验证，则该矿工将获得该区块的奖励。

区块奖励每 210,000 个区块（或大约每四年）减半。 2009年是50个，2013年减到25个，2016年变成12.5个。 在比特币最近的减半事件中，奖励更改为 6.25。

比特币矿工参与该过程的另一个动机是交易费用。 除了奖励之外，矿工还会从该交易区块中包含的任何交易中收取费用。 随着比特币达到其计划的 2100 万个上限（预计在 2140 左右），矿工将因处理网络用户支付的交易而获得报酬。 这些费用确保矿工仍然有动力开采并保持网络运行。 这个想法是，对这些费用的竞争将导致它们在减半事件后保持低位。

什么是比特币挖矿数学难题？

比特币挖矿的核心是一个数学难题，矿工应该解决这个难题才能获得比特币奖励。 这个难题被称为工作量证明 (PoW)，指的是矿工开采比特币所需的计算工作。 虽然它通常被称为复杂，但采矿难题实际上相当简单，可以说是猜测。

比特币网络中的矿工试图找出一个 64 位十六进制数，称为散列，它小于或等于 SHA256（比特币的 PoW 算法）中的目标散列。 矿工的系统以多个处理单元堆叠在一起的形式使用相当大的蛮力，并以不同的速率吐出哈希值——每秒兆哈希 (MH/s)、每秒千兆哈希 (GH/s) 或每秒兆哈希 (TH/s) - 根据单位，猜测所有可能的 64 位组合，直到找到解决方案。 猜出小于或等于哈希的数字的系统将获得比特币奖励。

这里有一个例子来解释这个过程。 假设你让朋友猜一个你想到的 1 到 100 之间的数字，并写在一张纸上。 您的朋友不必猜测确切的数字； 他们只需要第一个猜出小于或等于您的数字的数字即可。

如果你在想数字 19，而你的朋友猜出 21，他们就输了，因为 21 大于 19。但是如果有人猜 16，而另一个朋友猜 18，后者赢了，因为 18 比 16 更接近 19。在非常简单的术语比特币区块减半历史记录，比特币挖矿数学难题与上述相同，只是有 64 个十六进制数字和数千个计算系统。

什么是挖矿难度？

您在比特币挖矿文献中经常遇到的一个术语是挖矿难度。 挖矿难度是指解决数学难题并产生比特币的难度。 挖矿难度会影响比特币的生成速度。

挖矿难度每 2,016 个区块或大约每两周变化一次。 随后的难度级别取决于矿工在前一个周期中的效率。 它还受到加入比特币网络的新矿工数量的影响，因为它增加了哈希率或部署用于挖掘加密货币的计算能力。 在 2013 年和 2014 年，随着比特币价格上涨和更多矿工加入其网络，找到交易区块的平均时间从 10 分钟下降到 9 分钟。

但反之亦然。 也就是说，越多的矿工争夺解决方案，问题就越难解决。 如果从网络中移除计算能力，则难度会向下调整以使挖矿更容易。

2022年2月挖矿难度为26.69万亿。 也就是说，计算机产生低于目标的错误的概率为 26.69 万亿分之一。 从正确的角度来看，与一次尝试选择正确的哈希值相比，您用一张彩票赢得强力球头奖的可能性大约高 91,655 倍。

开采比特币的经济学是什么？

归根结底，比特币挖矿是一项商业冒险。 它的输出——比特币——根据对其进行的投资产生利润。

比特币挖矿的三个主要成本：

电力：这是让您的采矿系统 24/7 全天候运行的电力。 它可能会产生巨额账单。 当您考虑到该过程消耗的电力与某些国家/地区一样多时，成本可能会相当可观。

挖矿系统：与流行的说法相反，台式电脑和常规游戏系统不适合或适合比特币挖矿。 该过程会使此类系统升温并导致家庭网络出现带宽问题。 专用集成芯片 (ASIC) 系统是为比特币挖矿定制的机器，是比特币矿工的主要基础设施投资。 此类机器的价格从 4,000 美元到 12,000 美元不等。 即使成本如此之高，单个配备 ASIC 的系统产生的比特币数量也少于单个比特币。 比特币矿工将数千个 ASIC 系统组织到 24/7 全天候运行的矿池中，以生成解决哈希难题所需的 64 位十六进制数。

网络基础设施：网络速度对比特币挖矿过程没有重大影响。 但是，拥有 24/7 不间断的互联网连接非常重要。 该连接还应该有来自附近矿池的延迟。 专用网络减少了外部依赖性并确保最小延迟。 下线并不一定会停止同步交易的过程。 但这会使过程耗时并且在连接恢复后可能容易出错。

这三个投入的总成本应低于矿工从其风险中获利的产出——在本例中为比特币价格。 鉴于比特币的价格飞涨，铸造自己的加密货币的想法听起来可能是一个很有吸引力的提议。

然而，尽管比特币支持者告诉你，挖掘加密货币并不是任何一种爱好。 这是一项代价高昂的冒险，失败的可能性很高。 正如挖矿难度部分所述，即使付出大量费用和努力，也无法保证您会获得比特币奖励。 聚合挖矿系统以运行小型企业挖比特币可能会提供一条出路。 然而，即使是这样的企业也会受到加密货币价格波动的影响。 如果加密货币的价格像 2018 年那样暴跌，运行比特币挖矿系统将变得不经济，小型矿工将被迫停业。 每四年奖励给矿工的比特币数量下降，使得这项活动的吸引力更小。

鉴于开采比特币的经济学固有的相当大的困难，该活动现在由在多个大陆开展业务的大型矿业公司主导。 AntPool是全球最大的比特币矿业公司，在多个国家经营矿池。 许多比特币矿业公司也已上市，尽管估值相对适中。

比特币挖矿过程用了多少电？

在比特币短暂的大部分历史中，其开采过程一直是能源密集型过程。 自推出以来的十年里，比特币挖矿一直集中在中国这个依赖煤炭等化石燃料产生大部分电力的国家。 毫不奇怪，比特币开采的天文能源成本引起了气候变化活动家的注意，他们将排放量增加归咎于该活动。 据估计，加密货币的开采过程消耗的电力相当于整个国家的电力消耗。 但比特币支持者发布的研究称，这种加密货币主要由可再生能源提供动力。

关于这些研究要记住的一件事是，它们是基于猜想和来自矿池的自我报告数据。 例如，2019 年 Coinshares 报告对比特币挖矿生态系统评估中包含的矿工算力做出了多项假设。

比特币挖矿史

两项发展促成了当今比特币挖矿的演变和组成。 首先是为比特币打造定制的矿机。 因为比特币挖矿本质上是猜测，在另一个矿工之前获得正确答案几乎与您的计算机生成哈希的速度有关。 在比特币早期，普通 CPU 的台式电脑主导着比特币挖矿。 但随着算法的难度级别随着时间的推移而增加，他们开始花很长时间来发现加密货币网络上的交易。 据一些估计，在 2015 年初的难度级别，使用 CPU 找到一个有效区块需要“平均数十万年”。

随着时间的推移，矿工们意识到显卡（也称为图形处理单元 (GPU)）在挖矿时效率更高、速度更快。 但是它们为单个硬件系统消耗了大量电力，而这并不是挖掘加密货币所真正需要的。 现场可编程门阵列 (FPGA) 是一种 GPU，是一种改进，但它们具有与 GPU 相同的缺点。

如今，矿工们使用定制的称为 ASIC 的矿机，这些机器配备了专用芯片，可以更快、更高效地开采比特币。 它们的价格从几百到几万美元不等。 今天，只有使用最新的 ASIC，比特币挖矿才具有很强的竞争力和利润。 当使用台式电脑、GPU 或旧型号 ASIC 时，能源消耗成本实际上可能超过产生的收入。 即使您拥有最新的设备，单台计算机也不足以与矿池竞争——矿池是一群矿工，他们结合他们的计算能力并将开采的比特币分配给他们。

比特币分叉也会影响比特币矿工网络的组成。 在 16 万亿分之一的几率、可扩展的难度级别和验证交易的大型用户网络之间，大约每 10 分钟验证一次交易块。 但重要的是要记住，10 分钟是一个目标，而不是规则。

比特币网络目前每秒可以处理少于四笔交易，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 65,000 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 分钟内可处理的交易数量。 届时，除非对比特币协议进行更改，否则交易的等待时间将开始并继续变长。

比特币协议的一个核心问题被称为缩放。 虽然比特币矿工普遍认为必须采取措施来解决扩容问题，但对于如何做到这一点却没有达成共识。 已经提出了两个主要解决方案来解决缩放问题。 开发人员建议创建第二个比特币“链下”层以允许更快的交易，稍后可以由区块链验证，或者增加每个块可以存储的交易数量。 由于每个区块要验证的数据较少，第一种解决方案将使矿工的交易速度更快、成本更低。 第二个将通过增加块大小来处理扩展，以允许每 10 分钟处理更多消息。

2017 年 7 月，代表大约 80% 到 90% 网络计算能力的比特币矿工和矿业公司投票批准了一项计划，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过程称为隔离见证，或 SegWit。 该术语是隔离（意思是分开）和见证的组合，它指的是比特币交易的签名。 因此，隔离见证意味着将交易签名与区块分离并将它们附加为扩展区块。 虽然在比特币协议中添加单个程序似乎不是解决方案，但据估计，签名数据占每个交易块中处理的数据的 65%。

不到一个月后，即 2017 年 8 月，一群矿工和开发人员发起了一次硬分叉，让比特币网络使用与比特币相同的代码库创建一种新货币。 虽然该小组同意需要解决扩容问题，但他们担心采用 SegWit 技术不会完全解决扩容问题。

相反，他们采用了第二种解决方案，即增加每个区块可以存储的交易数量。 由此产生的货币，称为比特币现金，将块大小增加到 8MB 以加快验证过程，从而实现每天约 200 万笔交易。

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