十分钟区块链系列04：一文看懂比特币挖矿全过程

比特币的总量早就确定了，但比特币不是确定了数量就有了。

比特币好比埋在地下的黄金，需要矿工去挖掘，才能让比特币和大家见面。因为比特币数量一定，越挖越深，越来越难挖，直到最后被完全挖出。

区块链“挖矿”，其实就是一种“算法”：基于某个规则确定的计算规则。

我们知道有一个比特币客户端的东西，大家都可以使用，用来上传交易事务，进行数据的传输。在数据的传输过程中，所有的节点一起参与记账，数据同步。

为了保持效率，会选出个别节点去负责数据打包，验证交易事务，最后把信息广播出去，大家一起记录到账本中。因为数据打包的节点干的活比较多，所以会给予一定的积分奖励，这个奖励就是BTC。

有了奖励，节点都会去参与竞争，争夺打包权利，为了保证公平，会制定一个规则。

那么，规则是怎样的呢？如果区块同时满足规则会如何分配呢？什么是算力？带着这些问题，我们来看看。

1、挖矿在比特币挖矿中有什么用途？

主要作用有抢夺区块打包权、验证交易事务、奖励发行新币和广播新区块。

2、如何确定打包权？

以日常的掷骰子为例，摇出特定的点位就算赢，比特币客户端确定数据打包权也采用类似的规则。当然，比特币的打包权争夺会复杂不少。

在比特币软件当中有一个不断调整（大概两周调整一次）的难度系数，叫难度值。

比特币钱包中的交易数据会不断上传，并把数据放到缓存池中，缓存池中有各种未打包的交易事务数据。缓存池对各个挖矿程序是可见的。

通过前面的学习我们知道每一个交易区块头都有一个唯一代表区块的哈希值，挖矿程序会对缓存池的交易数据进行计算（SHA256，哈希算法的一种），计算涉及的参数有区块版本、难度、时间戳等组成，从而得到一个哈希值，再去对比挖矿的难度值。如果计算得到的哈希值小于目标哈希值，就算挖矿成功了！

上面这个过程其实就是区块链的工作量证明机制，PoW（Proof of Work）。

3、如何获得挖矿奖励呢？

通过上面打包权确定过程可以总结出，比特币挖矿其实挖矿程序不断计算缓存数据的哈希值，再去匹配目标哈希值的过程。

假如计算值小于目标值，这个客户端就可以把打包的新区块同步给其他的客户端，大家再一起验证，如果验证这个区块没有问题，就可以把数据写入公共账本，然后获得相应的比特币奖励。

4、奖励在哪呢？

赢得打包权的客户端，会获得奖励，奖励其实是写到新生成的区块的交易事务中，而且一般位于区块事务的第一条，类似转账记录。

5、奖励的数额如何确定？

因为比特币的量有限，数量会越来越少，奖励当然不会一直维持不定。比特币挖矿的奖励其实是以每21万个区块产量减半，奖励也跟着变少，2009年是50个，2012年11月变为25，如今是12.5，2020年会再次变为6.25。

大家平时说的比特币减半，一个意思也是挖矿奖励减半的意思。毫无疑问，奖励越来越少，竞争也越来越大！

6、区块广播（验证新区块）的过程

A客户端生成的哈希值达到要求，这时候就会把信息广播出去，相邻节点收到之后就会去验证，验证哈希值、时间戳等，验证通过就写入到自己的区块链账本里面。

挖矿节点收到新节点确认的信息，就会放弃当前的挖矿，转战下一个区块。

7、多个矿工同时符合计算结果怎么办？

矿工计算的哈希值都小于目标值，就意味着有打包权，那么，这种情况怎么处理呢？比特币的处理方式是让他们去广播信息，看那个区块的信息传播最广、处于的链最长。

假如这时候只有两个节点参与确认，两个节点选择了相反的区块，意见悬而未决，就会导致节点失效，这是挖矿可能面临的问题。

8、挖矿方式的演变

通过上面我们了解了，挖矿最关键一环就是计算哈希值，我们平时用excel表等做计算也知道，数据太多，对电脑的配置也会越高。

挖矿的竞争，最终变成了算力的竞争，算力越高，越有机会得到打包权，正所谓“得算力者得天下”。

硬件来说，挖矿的竞争也从CPU到GPU（显卡）再到ASIC（集成电路）等顶级矿机的演变。

作战方式，从单人挖矿演变到矿池，日趋复杂！

也因为算力挖矿，衍生出矿机等产业，目前来看，这些产业都需要不断提高设备的算力，而且因为耗电等问题，PoW挖矿方式确实看起来不是很环保。

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编译者/作者：爱因斯坦一撇

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