从零开始搞懂比特币挖矿，一篇来自知乎式的全面解析

“比特币如何挖矿？”——这个问题，自比特币诞生以来，一直是无数人，尤其是对新兴技术和数字财富感兴趣的新手们，心中的一个巨大问号，在知乎等知识分享平台上，比特币如何挖矿”的提问层出不穷，回答也是五花八门，从简单的比喻到复杂的数学公式，让人眼花缭乱，我们就尝试用一种“知乎”式的风格，由浅入深,系统地为大家梳理一下比特币挖矿的那些事儿。

比特币挖矿，到底在“挖”什么？（通俗理解）

想象一下，在一个没有中央银行记账的村庄里，大家需要互相转账，怎么确保没人赖账，或者偷偷多给自己记账呢？大家约定：谁先解决一道非常复杂的数学题，谁就有权记录一段时间内的所有交易，并把这笔记录打包成一个“账本页”（也就是我们常说的“区块”），然后添加到村子的总账本（也就是“区块链”）上，作为奖励,解决这道题的人会得到一些比特币。

比特币挖矿，本质上就是这样一个“解题”和“记账”的过程。

• “挖”的不是土，是“区块”：矿工们通过大量的计算尝试找到一个特定的数值（称为“Nonce”），使得将当前待打包的交易数据、上一个区块的哈希值以及这个Nonce值一起进行哈希运算后，得到的结果小于一个目标值，这个过程就是“哈希碰撞”。
• “挖”的是记账权：第一个找到正确Nonce值的矿工，就获得了这个区块的记账权,并将该区块添加到区块链的末端。
• “挖”的是奖励：作为记账的回报，该矿工会获得一定数量新产生的比特币（目前是3.125个，每四年减半一次）以及该区块中包含的所有交易的手续费。

比特币挖矿的核心原理：工作量证明（PoW）

理解了“挖”什么，我们再来看看“怎么挖”，这背后就是比特币的共识机制——工作量证明（Proof of Work, PoW）。

• 为什么需要PoW？ 在没有中心化机构的情况下，如何让所有参与者对账本的状态达成一致？PoW要求节点（矿工）必须付出真实的计算工作，才能参与记账，这种“付出”是有成本的（电力、硬件设备等），从而提高了作恶的成本，如果一个恶意矿工想要篡改账本，他需要拥有超过全网51%的计算能力，这在算力高度分散的今天几乎是不可能的,因此保证了比特币网络的安全。
• 哈希函数的作用：PoW的核心是哈希函数，比如SHA-256，哈希函数有一个特点：输入任意数据，都会输出一个固定长度的、看似完全随机的字符串（哈希值），微小的输入变化都会导致输出的哈希值发生巨大改变（“雪崩效应”），这意味着，矿工只能通过不断尝试不同的Nonce值（也就是暴力破解），来找到符合条件的哈希值，这个过程没有捷径,纯粹依赖计算量。

比特币挖矿的“进化史”：从CPU到GPU再到ASIC

随着比特币的发展，挖矿的方式也经历了翻天覆地的变化,这背后是算力竞争的必然结果。

1. CPU挖矿（早期）：比特币刚诞生时，用普通电脑的CPU就可以挖矿，因为当时参与的人少,算力需求低。
2. GPU挖矿（中期）：人们发现，显卡（GPU）拥有更多的计算核心，在处理并行计算任务上远胜CPU，GPU挖矿成为主流,算力开始迅速提升。
3. ASIC挖矿（现今）：为了追求更高的算力和能效，专门为比特币哈希运算设计的集成电路芯片——ASIC矿机应运而生，ASIC矿机将挖矿效率提升到了一个全新的高度，使得CPU和GPU挖矿彻底退出历史舞台,比特币挖矿几乎被ASIC矿机垄断。
4. 矿池挖矿（主流）：随着矿机性能越来越强，单个矿工独立挖到区块的概率变得极低，为了提高收益稳定性，矿工们纷纷加入“矿池”，矿池将众多矿工的算力集中起来，共同挖矿，一旦挖到区块，奖励会根据每个矿工贡献的算力按比例分配,绝大部分比特币都由各大矿池挖出。

比特币挖矿需要什么？（知乎er常问的“硬件与成本”）

如果你想现在开始比特币挖矿（目前个人独立挖矿已极其困难，以下仅为科普）,你需要考虑：

• ASIC矿机：这是最主要的投入，不同型号的矿机算力（单位：TH/s，每秒万亿次哈希运算）和功耗（单位：W）不同，价格也差异巨大，比特大陆的蚂蚁S19系列、神马矿机等。
• 电力成本：挖矿是“电老虎”，电费是最大的运营成本，很多大型矿场会选择电价便宜的地区，如四川、云南等水电丰富的地方。
• 散热与维护：矿机运行时会产生大量热量，需要良好的散热措施，矿机也需要定期维护,确保稳定运行。
• 矿池账号：选择一个信誉良好、费率合理的矿池进行合作。
• 比特币钱包：用于接收挖矿所得的比特币。
• 初始资金：矿机本身是一笔不小的开销，加上电费等,门槛较高。

比特币挖矿还值得吗？（知乎上的争议与思考）

这是知乎上关于比特币挖矿最热门的争议话题之一。

• 支持观点：
  • 价值支撑：挖矿是比特币网络安全的基石，消耗电力保障了去中心化安全，这种“工作量”本身赋予了比特币内在价值。
  • 投资回报：对于早期参与者或拥有廉价电力资源的矿工而言,挖矿曾带来丰厚回报。
  • 技术探索：推动了芯片设计、散热技术、可再生能源利用等领域的发展。
• 反对观点：
  • 能源消耗巨大：比特币挖矿年耗电量堪比一些中等国家，引发对环境问题的担忧（尽管有越来越多矿场使用清洁能源）。
  • 中心化风险：算力向大型矿池和矿企集中,可能对比特币的去中心化特性构成威胁。
  • 入门门槛高，竞争激烈：现在个人挖矿几乎无利可图,市场已被专业矿工和机构占据。
  • 政策风险：部分国家对比特币挖矿持禁止或限制态度。

知乎er如何看待比特币挖矿？

综合知乎上的诸多回答,我们可以得出一个相对客观的看法：

比特币挖矿从一个简单的技术概念，演变成一个资本密集、技术密集、能源密集的全球性产业，它既是比特币网络能够安全、稳定运行的“引擎”,也因其高能耗和潜在的中心化问题而备受争议。

对于普通用户而言，如今想通过个人挖矿来“暴富”已经不现实，其门槛和风险远高于早期，但理解比特币挖矿的原理，对于我们深入认识比特币的底层逻辑、价值来源以及区块链技术的本质,都具有非常重要的意义。