十分钟区块链系列04：一篇文章看懂比特币挖矿全过程

比特币的总量早就确定了，但比特币不是从数量上确定的。

比特币就像埋在地下的金子，需要矿工去挖掘，才能让比特币遇见大家。因为比特币的数量是固定的，越挖越深，越挖越难，直到最后完全挖完。

区块链“挖矿”其实是一个“算法”：根据一定的规则确定的计算规则。

我们知道有一个比特币客户端，每个人都可以使用它来上传交易交易和传输数据。在数据传输过程中，所有节点都参与记账和数据同步。

为了保持效率，会选择单独的节点负责数据打包，验证交易交易，最后将信息广播给大家记录在账本中。因为打包数据的节点做更多的工作，他们会得到一定的积分奖励。这个奖励是BTC。

有了奖励，节点将争夺打包权。为保证公平，将制定规则。

那么规则是什么？如果同时满足规则，块将如何分配？什么是计算能力？带着这些问题，一起来看看吧。

1、比特币挖矿有什么用？

主要功能是抢夺区块打包权、验证交易交易、奖励新币发行和广播新区块。

2、如何确定打包权？

以每日掷骰子为例，即使你赢了一定的点数，比特币客户端也采用类似的规则来确定数据打包的权利。当然，比特币打包权的争夺会复杂很多。

在比特币软件中，有一个难度系数不断调整（大约每两周一次），称为难度值。

比特币钱包中的交易数据会不断上传，数据会被放入缓存池中，缓存池中包含各种未打包的交易数据。缓冲池对单个矿工可见。

通过前面的研究，我们知道每个交易区块头都有一个唯一代表区块的哈希值，挖矿程序会计算缓存池中的交易数据（SHA256，哈希算法之一）。计算中涉及的参数由区块版本、难度、时间戳等组成，从而得到一个哈希值，然后比较挖矿的难度值。如果计算出的hash值小于目标hash值，则挖矿成功！

上述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？

从以上确定打包权的过程可以得出，在比特币挖矿中，挖矿程序不断计算缓存数据的哈希值，然后匹配目标哈希值。

如果计算出的值小于目标值，客户端可以将打包的新区块同步给其他客户端，大家可以一起验证。这个区块没有问题，可以将数据写入公共账本，然后就可以获得相应的比特币奖励。

4、奖励在哪里？

赢得包装权的客户将获得奖励。奖励实际上是写在新生成区块的交易交易中，一般位于区块交易的第一项比特币骰子算法，类似于转账记录。

5、奖励金额如何确定？

因为比特币的数量是有限的，所以数量会越来越少，当然奖励也不会保持不变。比特币挖矿的奖励实际上每 210,000 个区块减半，奖励也随之减少。 2009年是50，2012年11月变成25，现在是12.5，2020年年会又是6.25。

大家谈比特币减半的时候，一个意思也是挖矿奖励减半。毫无疑问，奖励越来越小，竞争越来越大！

6、区块广播的过程（新区块的验证）

客户端A生成的hash值满足要求，此时会广播信息。邻居节点收到后会去验证，验证哈希值、时间戳等，验证后写入自己的区块链账本。

当挖矿节点收到新节点的确认信息后，将放弃当前挖矿，进入下一个区块。

7、多个矿工同时满足计算结果怎么办？

矿工计算出的哈希值小于目标值，表示他们有打包权。那么，如何应对这种情况呢？比特币的处理方式是让他们广播信息，看看哪个区块拥有最广泛的信息并且在最长的链中。

如果此时只有两个节点参与确认，两个节点选择了相反的区块，意见悬而未决比特币骰子算法，会导致节点失效，这可能是挖矿的问题。

8、挖矿方式的演进

从上面我们了解到，挖矿最关键的部分就是计算hash值，而我们通常使用excel表格进行计算也知道数据太多，电脑的配置会更高。

挖矿的竞争最终变成了算力的竞争。算力越高，获得打包权的机会就越大。

在硬件方面，挖矿的竞争也从CPU演变到GPU（显卡）再到ASIC（集成电路）等顶级矿机。

战斗模式，从单人挖矿到矿池，越来越复杂！

也因为算力挖矿、矿机等行业而衍生。目前这些行业都需要不断提升设备的算力，而且因为功耗等问题，PoW挖矿似乎不太环保。