什麼是比特幣挖礦？
比特幣是一種需要挖礦過程的數位貨幣。比特幣挖礦是一種全網絡競爭，用於生成符合特定條件的加密解決方案。當達到正確的解決方案時，首個達到該解決方案的礦工（或礦工團隊）將獲得比特幣和工作完成費用作為獎勵。
這個獲獎過程將一直持續到2100萬比特幣流通為止。一旦達到這個數字，比特幣獎勵預計將停止，比特幣礦工將通過支付的手續費獲得報酬。
關鍵要點
- 驗證交易資訊、保持區塊鏈的完整性和打開新的區塊是挖礦的目的，而比特幣獎勵是挖礦的激勵。
- 比特幣挖礦是保持比特幣基礎上的交易賬本完整的必要過程。
- 礦工們在過去幾年內變得非常複雜，使用複雜的機器並組成小組以加快挖礦速度。
- 比特幣挖礦已經引起爭議，因為它不被認為是環保友好的。
比特幣挖礦是如何運作的？
這裡有一個簡化的例子來解釋這個過程。假設你讓朋友猜一個1到100之間的數字。你的朋友不需要猜出確切的數字；他們只需是第一個猜的數字小於或等於你想的數字。如果你想的數字是19，而朋友提出21，另一位說55，還有一位說83，他們都輸了，因為他們猜的數字都大於19。但是他們可以再次猜測，下一次的猜測是16、41和67。猜到16的那位贏了，因為他是第一個猜到小於或等於19的數字。
在這個例子中，你選擇的數字19代表了比特幣網絡為區塊創建的目標哈希，而你朋友的隨機猜測是礦工的猜測。
比特幣挖礦過程一樣，但規模大得多。它使用了密碼學、加密、分佈式計算和技術來驗證和保護交易。這裡是挖礦的主要思想，使其能夠運作。
哈希
比特幣挖礦的核心是哈希。哈希是一個64位十六進制數，是區塊內的信息發送到SHA256哈希演算法後的結果。這個過程需要很少的時間來完成——實際上，你可以在不到一秒內生成一個哈希，只需將一部分內容粘貼到在線SHA256哈希生成器中。這就是比特幣用於創建區塊哈希的加密方法。然而，將哈希解碼回你粘貼的內容是困難的部分：64位的哈希可以用現代硬體解碼需要幾個世紀。
一個哈希可能看起來像這樣（這是上一段通過哈希生成器生成的）：
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如果你改變這個內容中的一個值，例如將一個”t”換成一個”a”，哈希就會變化。以下是同一段內容，但第一個詞拼錯成了”Aa”而不是”At”：
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這個數字稱為區塊哈希，它用於下一個區塊的標題作為加密信息的一部分。每個區塊使用前一個區塊的哈希來鏈接它們，因此創造了「區塊鏈」這個術語。
目標哈希
用來確定挖礦難度的目標哈希是礦工在挖礦時試圖解決的數字。這個數字是網絡生成的哈希。
因此，區塊哈希可能看起來像這樣（區塊786,729）：
00000000000000000005a849c28eb24b8a5e04fcecc1ccb3eb2998e4730a456e
目標哈希看起來像這樣：
0x175c739
這個數字是難度目標的壓縮表示方式：
0…000005c73900000…0
因此，礦工們需要生成一個小於或等於上述數字的數字。
挖礦
比特幣挖礦需要挖礦程序生成哈希並附加另一個稱為隨機數或”唯一使用一次的數字”的數字。當礦工開始時，它總是將此數字從零開始。隨機數每次嘗試增加一個——首先是0，然後是1、2、3，依此類推。如果礦工生成的哈希和隨機數超過網絡設定的目標哈希，嘗試失敗，礦工再次嘗試。
網絡上的每個礦工都會這樣做，直到生成了一個小於或等於目標哈希的哈希和隨機數組合。首個達到該目標的礦工，其建議的區塊將被添加到鏈中，並獲得獎勵和費用，新的區塊將被打開。當該區塊的信息（約一兆字節）填滿時，它將被關閉、加密並挖礦。
比特幣網絡由數以千計的設備組成，這些設備每天24小時進行挖礦。由於獲得挖礦獎勵的礦工是首個解決問題的人，他們都在競爭。這種競爭導致礦工創建礦池，以獲得對其他礦工的優勢，因為他們需要更多的計算能力來增加贏得的機會。
工作證明
挖礦過程就是你聽到的所謂的工作證明（PoW）——生成獲勝哈希所做的工作被視為礦工驗證了區塊中的交易，因此稱為工作證明。
工作證明有時也被稱為共識機制，但工作證明只是共識的一部分。共識在礦工將區塊添加到區塊鏈後達成，網絡的其餘部分使用哈希進行驗證（達成共識）。這不需要大量的能源或計算能力，因為每個挖礦節點在挖礦最新區塊時也會進行這些操作。隨著新區塊的添加，網絡會確認它們。
確認
每個區塊包含上一個區塊的哈希值——因此在生成下一個區塊的哈希值時，包括了前一個區塊的哈希值。請記住，如果哪怕一個字符改變，哈希值也會改變，因此每個後續區塊的哈希值也會改變。
當你挖掘並關閉了一個區塊時，它還未被確認。該區塊只有在五個區塊之後才被確認，這意味著它已經通過了六次驗證。也就是說，在達到六次驗證之前，有可能改變區塊中的信息，但這種情況非常罕見，因為網絡必須由試圖修改信息的人控制才行。
獎勵
成功驗證一個區塊的獎勵是比特幣。2009年，挖掘一個區塊的獎勵是50個比特幣。但每21萬個區塊（大約每四年）獎勵就會減半，因此2013年獎勵數量下降到25，然後是12.5，再到6.25。在2024年4月的比特幣最後一次減半事件中，獎勵變成了3.125。
比特幣區塊鏈的第一個區塊叫做創世區塊。它包含了第一個50個比特幣的獎勵。
參與過程的另一個動機是交易費用。除了獎勵外，礦工還會獲得該區塊中包含的任何交易的費用。當比特幣達到計劃的2100萬上限時（預計在2140年），礦工將通過網絡用戶支付的處理交易費用獲得報酬。這些費用確保礦工仍有挖礦的動機，並保持區塊鏈網絡的運行。這種競爭將使費用保持在較低的水平，即使獎勵減半事件結束。
難度
挖礦難度是指生成一個小於目標哈希的數字需要多少工作。挖礦難度每2016個區塊（大約每兩個星期）改變一次。下一個難度級別取決於上一週期內礦工的效率以及參與的礦工數量。
比特幣網絡會隨著參與挖礦的礦工數量的增減而增減哈希率（所需的計算能力）。參與解決方案的礦工越多，問題就會越困難。如果計算能力從區塊鏈網絡中取出，難度會調整降低，以便挖礦變得容易。這是為了保持區塊時間平均約10分鐘。
2024年5月1日的挖礦難度級別是88.1兆倍。也就是說，生成一個小於目標哈希的數字的機會是1/88.1兆。換句話說，你大約285,000倍可能只用單張彩票贏得Powerball大獎，而不是在單次嘗試中正確選擇哈希。
比特幣挖礦經濟學
比特幣挖礦是一項商業冒險。其產出——比特幣——的利潤取決於對投入的投資。
比特幣挖礦涉及三個主要成本：
電力
這是運行你的挖礦系統24/7所需的電力。挖礦可以產生相當大的賬單。當你考慮到這個過程（全網絡）消耗的電力與某些國家相當，成本可以很高。還需要考慮冷卻挖礦系統所在區域的成本。挖礦會產生大量的熱量——你擁有的設備越多，它們產生的熱量就越多。這些設備需要冷卻，所需的空調也會增加成本。
挖礦系統
與普遍的說法相反，臺式電腦和常規遊戲系統可以通過加入挖礦池來進行挖礦。但是因為大多數礦池根據每個礦工貢獻的工作量來分配獎勵，所以回報有限。這些系統無法與ASIC挖礦機抗衡，但可以在考慮能耗後僅有數百美元的回報。如果你想要有競爭力，你需要購買多個ASIC挖礦機並加入一個礦池——每臺機器花費約4,000到12,000美元。它們挖礦越快，費用越高。
網絡基礎設施
網絡速度不顯著影響比特幣挖礦過程，但延遲會影響。延遲是指與網絡其餘部分通信所需的時間。此外，礦業場需要多個內部連接將每臺挖礦機連接到具有網際網路連接的主路由器或服務器。然而，如果你使用遊戲機進行挖礦並加入礦池，你不應該需要任何額外的帶寬——只需要低延遲到你加入的礦池。
這三項投入的總成本應該少於產出——在這種情況下，是比特幣的價格——才能使你的冒險獲利。考慮到比特幣價格波動——經常上漲——造自己的加密貨幣的想法可能看起來很有吸引力。
但鑒於比特幣挖礦的經濟困難，你可能不得不接受較低的利潤，以及在購買設備後更長的回本時間來參與這個已成為彩票的比特幣。
FoundyUSA和AntPool是兩個流行的挖礦池，持有全球約50%的比特幣挖礦能力。
比特幣挖礦的歷史
兩個發展促成了比特幣挖礦的進化和形成。首先，自定義製造的比特幣挖礦機構使網絡集中化。由於比特幣挖礦本質上是猜測，快於其他礦工達到正確答案幾乎完全取決於你的設備產生哈希的速度。
在比特幣的早期，普通CPU的臺式電腦主導了比特幣挖礦。隨著算法難度級別隨著時間的增加，這些電腦開始花費很長時間來在區塊鏈網絡上找到解決方案。根據一些估計，在2015年早期的難度級別下，用CPU找到有效區塊「平均需要數十萬年」。
GPU挖礦
隨著時間的推移，礦工意識到圖形處理單元（GPU）或顯卡在挖礦方面更有效且更快。然而它們需要大量的功率，並且沒有設計為重度挖礦。最終，廠商開始限制它們的挖礦能力，因為對GPU需求的增加使其價格飛漲，供應減少。
ASIC挖礦
許多礦工現在使用自定義挖礦機器，稱為應用特定集成電路（ASIC）礦機，它們配備專用晶片以更快和更有效地進行比特幣挖礦。它們的價格從幾百到幾萬美元不等。今天，比特幣挖礦競爭很激烈，只有最新的ASICs才能滿足利潤需求。但即使你擁有最新的設備，一臺通常也無法單獨與挖礦池和