挖矿加密货币：这是什么以及它是如何工作的

小心！很多文字。

• 加密货币挖矿用于验证和确认区块链中的交易，以及创造新的加密货币单位。

• 矿工的工作需要大量的计算资源，但它对于确保区块链网络的安全至关重要。

什么是加密货币挖矿

加密货币挖矿是一个基本过程，它确保基于工作量证明共识机制的加密货币的安全性和去中心化 (PoW)。在这个过程中，矿工验证用户交易并将其添加到区块链的公共账本中。正是由于挖矿，比特币等加密货币才能在没有中央管理机构的情况下运作。

挖矿的关键功能：

1. 检查和确认交易
2. 维护网络安全
3. 新币发行

加密货币的挖矿严格遵循一套规则，这些规则防止随意创建新币。这些规则嵌入在加密货币的基本协议中，并在数千个节点的整个网络中传播。

加密货币的挖矿是如何运作的？

挖矿过程可以分为几个连续的阶段。首先，所有新的交易都被发送到内存池(mempool)。矿工的任务是验证这些交易的有效性并将它们合并成一个区块。

区块可以被视为区块链账本中的一页，其中记录了若干笔交易的信息。挖矿节点从内存池中收集未确认的交易并形成候选区块。

在候选区块形成后，矿工试图通过解决一个复杂的数学问题将其转化为确认的区块，这需要大量的计算资源。每成功创建一个区块，矿工都会获得以新币和交易手续费的形式的奖励。

第一步：交易哈希

在第一阶段，矿工从内存池中提取未处理的交易并对其进行哈希处理。哈希处理是将任意大小的输入数据转换为固定长度的输出数据的过程(哈希)。

每笔交易的哈希是一个独特的字母数字字符串，作为标识符。重要的是要注意，哈希以压缩形式包含了交易的所有信息。

除了对用户交易进行哈希处理外，矿工还会添加自己的交易，称为 coinbase，在其中将奖励发送给自己。这笔交易生成新的硬币，通常位于新区块的首位。

第2步：创建梅克尔树

在对所有交易进行哈希处理后，得到的哈希被组织成一种称为梅克尔树或哈希树的结构。该结构是通过连续合并成对的交易哈希并对其进行重新哈希形成的。

过程持续进行，直到只剩下一个哈希值——根哈希 (根梅克尔)。该哈希包含区块中所有交易的信息，从而有效地验证数据的完整性。

第3步。查找有效的区块标题

区块标题是链中每个区块的唯一标识符。在创建新区块时，矿工会将其合并：

• 候选区块的根哈希
• 链中前一个区块的哈希
• 任意数字 (nonce)

然后矿工对这些数据组合进行哈希。矿工的目标是找到一个 nonce 值，使得生成的哈希符合特定要求，例如，以一定数量的零开始。这一要求被称为挖矿难度。

由于无法预测哈希结果，矿工们不得不遍历不同的nonce值，进行数百万次计算以寻找合适的哈希.

( 第4步。将区块传输到网络

当矿工成功找到一个有效的区块哈希时，他会将这个区块传递到网络中。其他节点会验证区块的正确性，如果一切正确，就会将其添加到自己区块链的副本中。

此时，区块候选人成为已确认的区块，所有矿工开始着手下一个区块，使用新的已确认区块作为基础。

解决同时挖矿区块的冲突

有时两个矿工同时找到有效区块并将其传递到网络。在这种情况下，区块链会出现暂时的分歧，一部分矿工继续基于一个区块进行工作，而另一部分则基于另一个区块。

冲突在链的一个选项变得比另一个长时解决。根据共识规则，网络始终将最长的链视为有效。处于被拒绝链中的区块称为孤儿区块或分叉区块，而在其上工作的矿工则切换到主链上。

挖矿的难度及其监管

挖矿难度是一个参数，用于确定找到有效区块哈希的难度。协议会自动调整难度，以确保新块的创建时间稳定。

当新的矿工连接到网络并且总计算能力)哈希率###增加时，难度也会增加，以保持区块生成时间不变。相反，如果矿工离开网络，难度会降低。

这种自动调节确保了新币的可预测发行和网络的稳定运行，无论矿工数量如何。

加密货币的主要挖矿类型

在加密货币存在的时间里，出现了几种挖矿方式。我们来看看其中最常见的几种：

( 中央处理器挖矿 )CPU###

在比特币存在的头几年，挖矿只需要普通的计算机处理器。任何人都可以使用家用电脑挖掘BTC。

然而，随着加密货币的日益普及和挖矿难度的增加，CPU挖矿变得不再高效。今天，这种方法几乎不再用于流行的加密货币，因为电力成本超过了潜在的利润。

( 图形处理器挖矿 )GPU###

图形处理器最初是为处理图形而开发的，但它们的架构在加密货币挖矿中也表现出了高效性。GPU能够执行大量并行计算，这使得它们在哈希任务中远比CPU更具生产力。

GPU挖矿的优势：

• 相对可接受的设备成本
• 通用性 ( 可用于各种加密货币 )
• 设备再出售用于其他目的的可能性

GPU挖矿仍然用于某些替代币的开采，尽管对于许多加密货币来说，这种方法已经不再具有盈利性。

( 在专用集成电路上进行挖矿 )ASIC###

ASIC矿机是专门为挖掘特定加密货币而设计的设备。与CPU和GPU这类通用计算设备不同，ASIC则专门用于解决特定的哈希算法。

ASIC矿机挖矿的特点：

• 最大的效率和生产力
• 设备成本高
• 模型快速过时
• 缺乏通用性 (每个ASIC都是为特定算法设计的)

目前，ASIC矿机在比特币和其他一些使用SHA-256算法的加密货币的挖矿中占主导地位。

( 矿池

由于单个矿工独自找到区块的概率极低，因此创建了矿池——矿工的联合体，共同使用他们的计算能力。

当矿池找到区块时，奖励会根据参与者对总计算能力的贡献进行分配。这使得矿工能够获得更稳定但较少的收入。

然而，大型矿池中的计算能力集中会导致网络集中化风险。如果一个矿池控制超过51%的总算力，它理论上可以对网络发起攻击。

比特币挖矿的特点

比特币使用由中本聪创建的工作量证明机制 )PoW###。这个机制定义了网络如何在没有中心化中介的参与下，就区块链的状态达成一致。

比特币挖矿的特点：

• SHA-256哈希算法
• 区块生成目标时间 - 大约 10 分钟
• 每2016个区块调整一次难度 (大约每两周一次)
• 每四年左右减半的区块奖励 (减半)

自2009年比特币创建以来，其挖矿难度已经增长了数百万倍。如今，只有使用专门的ASIC设备，并通常在矿池中，才能有效地挖掘BTC。

尽管竞争激烈和成本高昂，比特币挖矿仍然是生态系统的重要组成部分，为世界上第一个也是最知名的加密货币提供安全性和去中心化。