如何进行加密货币挖矿

最后更新17 二月 2025

一个最受欢迎和最著名的例子是Bitcoin的挖矿。通过这一加密货币的例子，可以更好地理解如何开采硬币，如何确保网络的安全性，以及为什么挖矿是整个加密货币系统运作不可或缺的一部分。

为了什么原则上需要加密矿业？

挖矿在实现区块链共识和通过确认交易以及保护系统免受攻击方面发挥着关键作用。对于安全地运行Bitcoin或其他以类似方式挖掘的加密货币，这是一个重要的过程。为了理解为什么挖矿如此必要，让我们看看区块链本身是如何运作的。

Bitcoin网络是一个公开的去中心化账本，其中包含数亿笔带有时间戳的交易记录。例如，区块链中的一条记录可能包含信息，即参与者1在星期三晚上9点向参与者2发送了5 BTC。这个账本并不是存储在某一个地方。它被上传到被称为节点的计算机上。这种方法允许网络中的每个参与者访问BTC的完整所有权历史及其当前状态，从而确保完全透明。

区块链的结构是没有任何集中机构来决定哪些交易应该被添加到新块中。相反，所有节点共同决定哪些交易信息是正确的，遵循既定规则。所有节点存储交易历史，验证其真实性，并将更新传递给网络中的其他参与者。当所有节点收到相同的信息时，就会形成对每个人拥有多少比特币的共识。

此外，还有一组被称为矿工的节点，他们竞争创造新的交易区块的权利。这个权利是通过一种称为工作量证明（Proof of Work）的过程获得的，在这个过程中，矿工们解决复杂的计算问题，以超越“对手”赢得创建新区块的权利，并因此获得新的BTC作为奖励。

什么是“工作量证明”，它有什么用？

使用工作量证明（Proof of Work，PoW）保护系统的挖矿是一种证明区块链参与者确实积极维护其运作的方式。为此，他们必须执行复杂的计算，这些计算需要大量资源，包括能源。

为什么需要这种证明？关键在于，这样的计算是需要花费金钱的，要参与挖矿，需要消耗真实资源。这使得对网络的攻击非常昂贵，并且对恶意攻击者来说不划算，因为它们需要巨大的计算能力。换句话说，PoW保护了Bitcoin免受黑客攻击或操纵，因为攻击对那些想要进行攻击的人来说成本太高。

加密挖矿的工作原理

尽管PoW是一个技术上复杂的过程，但通过逐步分析它的执行，将更容易理解。我们将探讨Bitcoin的挖矿是如何工作的，尽管这一原则也适用于其他以工作量证明算法为基础的区块链。

阶段 1：新交易的出现

每笔交易在Bitcoin网络中最初被赋予未确认状态。当两个用户进行交易时，例如一个用户向另一个用户发送加密货币时，新的未确认交易会出现在区块链中。这笔交易本身包含有关该交易的详细信息，即：发送者和接收者的地址、发送的币量、时间等。因此，这笔交易会在整个区块链网络中传播。

Этап 2: 添加新交易到“待处理区”

每个参与维护网络运行的矿工都在不断监控网络内部新活动的出现。在管理挖矿过程的计算机上，有一个特定的时间区域——mempool。在网络中出现后，未确认的交易会被添加到这里。每个矿工都有自己的mempool，因此这并不是一个所有人的统一“存储库”。尽管mempool的基本大小不能超过300 MB，但不同矿工的大小会有所不同。这都是因为节点之间的构建存在差异，未确认的交易并非同时添加到它们中，而是在不同时间添加。

阶段 3：将未确认的交易转移到候选区块

矿工从 mempool 中获取未确认的交易并将其添加到候选区块中——一个新的、但尚未被网络确认的区块，它试图成为区块链中的那个区块，从而获得奖励。比特币网络中的候选区块大小约为 2 MB：这个内存容量大约包括 2000 笔交易。

Этап 4: 解决加密问题

从这里实际上开始了基于PoW的挖矿过程。通过使用专用设备，矿工向候选区块添加一个特殊的随机数（nonce）。之后，所有信息（包括区块数据和nonce）通过SHA-256算法，生成一个哈希（结果运算得到的唯一代码组合）。

矿工的目标是找到一个符合特定条件的哈希（例如，开头有特定数量的零）。这是一个复杂的任务，需要高计算能力，因为如果哈希不符合网络条件，矿工会更改数字并重新尝试，重复这个过程数百万次。

第一个找到合适哈希的人会将区块添加到区块链中。在这种情况下，候选区块被视为“已解决”，并获得完全通过网络验证的状态。只有在此之后，区块才会被添加到区块链中，成为链中的完整链接，包含登记册中的下一条记录。率先超越其他网络参与者并解决新区块的矿工将获得一笔固定金额的加密货币作为奖励。目前该奖励为3.125 BTC。

根据这一点可以得出结论，设备的计算能力越大（哈希率——每秒计算的哈希数量），在添加新块的竞赛中成为第一个的概率就越高。在Bitcoin区块链中，这个过程大约每10分钟重复一次。在获胜块出现后，矿工们停止解决他们当前的候选块，移除mempool中交易的信息，并开始形成新的候选块——这一切重新开始并持续进行。

矿业难度调整

每增加 2016 个区块（平均约需 2 周），PoW 算法的难度级别会自动调整。这是为了保持新区块的平均挖掘速度为 10 分钟。

在调整难度时，会考虑到当前用于哈希算法的所有计算能力——即所谓的哈希算力。当算力增加时，挖矿过程对所有参与者来说变得更加困难。如果算力减少，那么挖掘加密货币就更容易，因为难度降低。

与黄金开采不同，增加开采者的数量并不会导致比特币的开采量增加。对于黄金矿山来说，当参与开采的人数增加时，市场上黄金的供应量也会增加。随着供应的增加，贵金属的价格会下降。

与 Bitcoin 的情况完全不同：网络协议设定了确切的 BTC 数量，最多可发行 2100 万个。而这个数字不会因挖矿人员的数量或他们设备的性能而改变。为了维持挖矿的稳定性，其难度会自动调整。这意味着，无论有多少矿工连接到区块链，市场上新出现的 BTC 总量保持不变。这使得网络的运作稳定，并有助于避免数字资产的“通货膨胀”，就像物理资源一样。