挖比特币:它是什么,如何运作?

在传统经济体系中,国家和政府可以随意印制钞票。而这种情况在比特币中不会发生,原因有两点:

  1. 比特币的总量上限为2,100万枚,且这一数量无法更改
  2. 作为工作奖励而释放的币的数量在软件中受到限制,并且每210,000个区块通过一种名为“减半”(halving)的过程减少一半

在2,100万枚比特币全部发行完毕之前(约在2140年),每10分钟就会有新的币进入流通。这些币由矿工获得,作为其所完成工作的报酬。矿工同时生成并验证区块,这些区块构成了区块链网络这本庞大的账本。

想想金矿开采,它是用重型机械翻动泥土,以获得足够数量的黄金来支付开采成本并获取利润。比特币挖矿也是如此,不同之处在于,这里的机械是复杂的计算机设备,它们执行计算运算,并作为回报获得两种激励:

  • 进入流通的新比特币
  • 交易手续费

比特币挖矿过程始终如一:矿工每十分钟收到一道新的数学难题,最快解出答案的人将获得进入流通的新币。这道数学难题基于随机计算,目的是找到答案,从而获得区块的验证权。破解难题的人将获得奖励,前提是网络中的其他成员确认该答案正确。“网络通过将交易哈希化(进行一种密码学转换)并纳入一条基于哈希的持续工作量证明链,来为交易打上时间戳。由此形成一份记录,若不重做工作量证明就无法修改。最长的链不仅是所发生事件顺序的证明,也证明它来自最大的CPU算力集合。只要大部分CPU算力由不合作攻击网络的节点所控制,它们就会生成最长的链并超越攻击者。”

Satoshi Nakamoto,《比特币白皮书》

挖矿的作用

由于加密货币是一个去中心化的系统,我们需要一个能够核查所有已完成操作的机制。这一点非常重要,可以防止有人将同一笔比特币使用不止一次,或向市场中引入伪造的币。挖矿的使命基本上就是证明没有人重复使用币,也没有人能向市场引入伪造的比特币。

因此,矿工会审查交易,并将最新生成的交易打包成一个称为区块的组合。所有区块的集合可以比作一本总账(会计账本)的全部页面,它记录并证明了用户的所有资金流动和余额。

挖矿合作社或矿池

拥有的计算能力越强,就越容易解出一个区块,从而获得奖励。正因如此,矿池应运而生,其目的是共同工作,从而让所有成员根据所完成的工作公平分配奖励。

加入矿池可以确保我们有更大的机会解出区块并获得奖励。如果以个人用户的方式单独挖矿,我们可能永远都得不到奖励,这可能纯粹出于概率,也可能是因为我们的算力不及竞争对手。

因此,与其他提供矿机的用户联合,能确保我们有更高的概率获得奖励。

矿工的奖励

比特币的代码中规定,每验证一个区块,就可以获得一定数量的币。目前,每验证一个新区块可获得12.5枚比特币,但不久之后这一数值将被修改并减半。需要注意的是,除了这一固定数量的比特币之外,还要加上每笔交易的手续费。

每210,000个区块,作为奖励发放的比特币数量就会减半,这被称为减半(halving)。这意味着每枚比特币的价值必须上涨,挖矿才能保持盈利。

下一次减半将于2020年5月23日06:29:48进行,届时区块奖励将从目前的12.5 BTC降至6.25 BTC。“按照惯例,区块中的第一笔交易是一笔特殊交易,它会生成一枚新币,其所有者为该区块的创建者。这为节点支持网络增加了激励,并提供了一种初始分配方式,使币进入流通,因为没有任何权威机构来创造它们。这种稳定地增加固定数量新币的方式,类似于金矿矿工消耗资源让黄金进入流通。在我们的情况中,所消耗的资源是CPU时间和电力。”

Satoshi Nakamoto,《比特币白皮书》

挖比特币需要什么?

最早的比特币是用计算机的处理器挖出来的,因为当时挖矿的人很少。随着越来越多的人加入挖矿,网络算力的增长使难度上升,获得奖励变得十分困难。于是人们转向显卡,因为GPU(图形处理器)的计算能力比处理器更强。

2009年12月16日,比特币软件0.2版本发布,其中包含一项有趣的新功能:允许在同一系统中使用多个处理器。那一天成为了一个分水岭。

比特币v0.2所带来的,是专用计算机器的发展:ASIC。基本上,ASIC是一台拥有众多处理器的计算机。每台此类设备的算力都要强大得多,使显卡挖矿彻底过时。

难度与算力

我们需要明白,加入网络的计算机设备越多,网络的计算能力就越强。与此同时,争夺奖励的竞争也越激烈。

难度是确保每十分钟产出一个区块所需的计算量。如果在2016个区块期间,新区块的平均生成时间突然少于10分钟,比特币就会自动调整以提高难题的复杂度。反之,如果这2016个区块的平均时间突然超过10分钟,则情况相反。

另一方面,算力(hash rate)是每台加入比特币网络的设备所提供的处理能力。网络中所有设备算力的总和,就是全网总算力。

比特币挖矿的盈利能力

根据我们所拥有的ASIC的算力以及所在的矿池,我们获得比特币的机会或多或少。盈利能力取决于比特币的价值、网络难度以及决定性因素:电费成本。

电价才是真正决定挖比特币是否可行、我们能否为所完成的工作获得回报的因素。大型矿场通常设在能够获得廉价电力的国家或地区,尤其是基于可再生能源的电力,主要是水电。遗憾的是,在西班牙,由于电费高昂,挖比特币并不可行。

我们不仅要考虑为矿机供电所需的直接电力,还需要对其产生的全部热量进行散热,因此电费成本会显著增加。

我们还必须考虑设备的购置成本和竞争情况,也就是网络中运行的机器数量,而这一数量通常会不断增加。这些因素再加上电费成本,将决定我们的挖矿业务是否能够盈利。

最后,还应考虑新型专用系统的发展。比特币挖矿系统仍在不断发展,这可能意味着我们的ASIC随时会过时,换句话说,盈利能力会下降。