挖礦加密貨幣：這是什麼以及它是如何工作的

小心！很多文字。

• 加密貨幣挖礦用於驗證和確認區塊鏈中的交易，以及創造新的加密貨幣單位。

• 礦工的工作需要大量的計算資源，但它對於確保區塊鏈網路的安全至關重要。

什麼是加密貨幣挖礦

加密貨幣挖礦是一個基本過程，它確保基於工作量證明共識機制的加密貨幣的安全性和去中心化 (PoW)。在這個過程中，礦工驗證用戶交易並將其添加到區塊鏈的公共帳本中。正是由於挖礦，比特幣等加密貨幣才能在沒有中央管理機構的情況下運作。

挖礦的關鍵功能：

1. 檢查和確認交易
2. 維護網路安全
3. 新幣發行

加密貨幣的挖礦嚴格遵循一套規則，這些規則防止隨意創建新幣。這些規則嵌入在加密貨幣的基本協議中，並在數千個節點的整個網路中傳播。

加密貨幣的挖礦是如何運作的？

挖礦過程可以分爲幾個連續的階段。首先，所有新的交易都被發送到內存池(mempool)。礦工的任務是驗證這些交易的有效性並將它們合並成一個區塊。

區塊可以被視爲區塊鏈帳本中的一頁，其中記錄了若幹筆交易的信息。挖礦節點從內存池中收集未確認的交易並形成候選區塊。

在候選區塊形成後，礦工試圖通過解決一個復雜的數學問題將其轉化爲確認的區塊，這需要大量的計算資源。每成功創建一個區塊，礦工都會獲得以新幣和交易手續費的形式的獎勵。

第一步：交易哈希

在第一階段，礦工從內存池中提取未處理的交易並對其進行哈希處理。哈希處理是將任意大小的輸入數據轉換爲固定長度的輸出數據的過程(哈希)。

每筆交易的哈希是一個獨特的字母數字字符串，作爲標識符。重要的是要注意，哈希以壓縮形式包含了交易的所有信息。

除了對用戶交易進行哈希處理外，礦工還會添加自己的交易，稱爲 coinbase，在其中將獎勵發送給自己。這筆交易生成新的硬幣，通常位於新區塊的首位。

第2步：創建梅克爾樹

在對所有交易進行哈希處理後，得到的哈希被組織成一種稱爲梅克爾樹或哈希樹的結構。該結構是通過連續合並成對的交易哈希並對其進行重新哈希形成的。

過程持續進行，直到只剩下一個哈希值——根哈希 (根梅克爾)。該哈希包含區塊中所有交易的信息，從而有效地驗證數據的完整性。

第3步。查找有效的區塊標題

區塊標題是鏈中每個區塊的唯一標識符。在創建新區塊時，礦工會將其合並：

• 候選區塊的根哈希
• 鏈中前一個區塊的哈希
• 任意數字 (nonce)

然後礦工對這些數據組合進行哈希。礦工的目標是找到一個 nonce 值，使得生成的哈希符合特定要求，例如，以一定數量的零開始。這一要求被稱爲挖礦難度。

由於無法預測哈希結果，礦工們不得不遍歷不同的nonce值，進行數百萬次計算以尋找合適的哈希.

( 第4步。將區塊傳輸到網路

當礦工成功找到一個有效的區塊哈希時，他會將這個區塊傳遞到網路中。其他節點會驗證區塊的正確性，如果一切正確，就會將其添加到自己區塊鏈的副本中。

此時，區塊候選人成爲已確認的區塊，所有礦工開始着手下一個區塊，使用新的已確認區塊作爲基礎。

解決同時挖礦區塊的衝突

有時兩個礦工同時找到有效區塊並將其傳遞到網路。在這種情況下，區塊鏈會出現暫時的分歧，一部分礦工繼續基於一個區塊進行工作，而另一部分則基於另一個區塊。

衝突在鏈的一個選項變得比另一個長時解決。根據共識規則，網路始終將最長的鏈視爲有效。處於被拒絕鏈中的區塊稱爲孤兒區塊或分叉區塊，而在其上工作的礦工則切換到主鏈上。

挖礦的難度及其監管

挖礦難度是一個參數，用於確定找到有效區塊哈希的難度。協議會自動調整難度，以確保新塊的創建時間穩定。

當新的礦工連接到網路並且總計算能力)哈希率###增加時，難度也會增加，以保持區塊生成時間不變。相反，如果礦工離開網路，難度會降低。

這種自動調節確保了新幣的可預測發行和網路的穩定運行，無論礦工數量如何。

加密貨幣的主要挖礦類型

在加密貨幣存在的時間裏，出現了幾種挖礦方式。我們來看看其中最常見的幾種：

( 中央處理器挖礦 )CPU###

在比特幣存在的頭幾年，挖礦只需要普通的計算機處理器。任何人都可以使用家用電腦挖掘BTC。

然而，隨着加密貨幣的日益普及和挖礦難度的增加，CPU挖礦變得不再高效。今天，這種方法幾乎不再用於流行的加密貨幣，因爲電力成本超過了潛在的利潤。

( 圖形處理器挖礦 )GPU###

圖形處理器最初是爲處理圖形而開發的，但它們的架構在加密貨幣挖礦中也表現出了高效性。GPU能夠執行大量並行計算，這使得它們在哈希任務中遠比CPU更具生產力。

GPU挖礦的優勢：

• 相對可接受的設備成本
• 通用性 ( 可用於各種加密貨幣 )
• 設備再出售用於其他目的的可能性

GPU挖礦仍然用於某些替代幣的開採，盡管對於許多加密貨幣來說，這種方法已經不再具有盈利性。

( 在專用集成電路上進行挖礦 )ASIC###

ASIC礦機是專門爲挖掘特定加密貨幣而設計的設備。與CPU和GPU這類通用計算設備不同，ASIC則專門用於解決特定的哈希算法。

ASIC礦機挖礦的特點：

• 最大的效率和生產力
• 設備成本高
• 模型快速過時
• 缺乏通用性 (每個ASIC都是爲特定算法設計的)

目前，ASIC礦機在比特幣和其他一些使用SHA-256算法的加密貨幣的挖礦中佔主導地位。

( 礦池

由於單個礦工獨自找到區塊的概率極低，因此創建了礦池——礦工的聯合體，共同使用他們的計算能力。

當礦池找到區塊時，獎勵會根據參與者對總計算能力的貢獻進行分配。這使得礦工能夠獲得更穩定但較少的收入。

然而，大型礦池中的計算能力集中會導致網路集中化風險。如果一個礦池控制超過51%的總算力，它理論上可以對網路發起攻擊。

比特幣挖礦的特點

比特幣使用由中本聰創建的工作量證明機制 )PoW###。這個機制定義了網路如何在沒有中心化中介的參與下，就區塊鏈的狀態達成一致。

比特幣挖礦的特點：

• SHA-256哈希算法
• 區塊生成目標時間 - 大約 10 分鍾
• 每2016個區塊調整一次難度 (大約每兩周一次)
• 每四年左右減半的區塊獎勵 (減半)

自2009年比特幣創建以來，其挖礦難度已經增長了數百萬倍。如今，只有使用專門的ASIC設備，並通常在礦池中，才能有效地挖掘BTC。

盡管競爭激烈和成本高昂，比特幣挖礦仍然是生態系統的重要組成部分，爲世界上第一個也是最知名的加密貨幣提供安全性和去中心化。